计算机组成原理实验指导书

“计算机组成原理”实验指导书伟丰编写2014年12月实验一算术逻辑运算实验一、实验目的1、掌握简单运算器的组成以及数据传送通路。

2、验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能。

二、实验容运用算术逻辑运算器进行算术运算和逻辑运算。

三、实验仪器1、ZY15Comp12BB计算机组成原理教学实验箱一台2、排线若干四、实验原理实验中所用的运算器数据通路如图1-1所示。

其中运算器由两片74LS181以并/串形式构成8位字长的ALU。

运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器（74LS273）锁存，锁存器的输入连至数据总线，数据输入开关（INPUT）用来给出参与运算的数据，并经过一三态门（74LS245）和数据总线相连。

运算器的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线相连。

数据显示灯已和数据总线（“DATA BUS”）相连，用来显示数据总线容。

图1-l 运算器数据通路图图1-2中已将实验需要连接的控制信号用箭头标明（其他实验相同，不再说明）。

其中除T4为脉冲信号，其它均为电平控制信号。

实验电路中的控制时序信号均已部连至相应时序信号引出端，进行实验时，还需将S3、S2、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU_G、SW_G 各电平控制信号与“SWITCH”单元中的二进制数据开关进行跳线连接,其中ALU_G、SW_G 为低电平有效，LDDR1、LDDR2为高电平有效。

按动微动开关PULSE，即可获得实验所需的单脉冲。

五、实验步骤l、按图1-2连接实验线路，仔细检查无误后，接通电源。

（图中箭头表示需要接线的地方，2、用INPUT UNIT的二进制数据开关向寄存器DR1和DR2置数，数据开关的容可以用与开关对应的指示灯来观察，灯亮表示开关量为“1”，灯灭表示开关量为“0”。

以向DR1中置入11000001（C1H）和向DR2中置入01000011（43H）为例，具体操作步骤如下：首先使各个控制电平的初始状态为：CLR=1，LDDR1=0，LDDR2=0，ALU_G=1，SW_G=1，S3 S2 S1 S0 M CN=111111，并将CONTROL UNIT的开关SP05打在“NORM”状态，然后按下图所示步骤进行。

LDDR1=0LDDR2=1T4=LDDR1=1LDDR2=0T4=SW_G=0上面方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进行，其中T4的正脉冲是通过按动一次CONTROL UNIT的触动开关PULSE来产生的。

置数完成以后，检验DR1和DR2中存的数是否正确，具体操作为：关闭数据输入三态门（SW_G=1），打开ALU输出三态门（ALU_G=0），使ALU单元的输出结果进入总线。

当设置S3、S2、S1、S0、M、CN的状态为111111时，DATA BUS单元的指示灯显示DR1中的数；而设置成101011时，DATA BUS单元的指示灯显示DR2中的数，然后将指示灯的显示值与输入的数据进行对比。

3、验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑）74LS181的功能见表1-1，可以通过改变S3 S2 S1 S0 M CN的组合来实现不同的功能，表中“A”和“B”分别表示参与运算的两个数，“+”表示逻辑或，“加”表示算术求和。

然后改变运算器的控制电平S3 S2 S1 S0 M CN的组合，观察运算器的输出，填入表1-2中，并和理论值进行比较、验证74LS181的功能。

六、实验报告1、在显示结果后将指示灯显示的值与输入的数据进行比较；2、完成表1－2，比较理论分析值与实验结果值,并对结果进行分析。

七、实验思考题1、运算器的功能是什么？核心部分是什么？实验二进位控制实验一、实验目的验证带进位控制的算术运算功能发生器的功能。

二、实验容按给定的数据完成几种指定的算术运算。

三、实验仪器1、ZY15Comp12BB计算机组成原理教学实验箱一台2、排线若干四、实验原理进位控制运算器的实验原理如图1-3所示，在实验1.1的基础上增加进位控制部分，其中74LS181的进位进入一个锁存器，其写入是由T4和AR信号控制，T4是脉冲信号，实验时将T4连至“SIGNAL UNIT”的TS4上。

AR是电平控制信号（低电平有效），可用于实现带进位控制实验，而T4脉冲是将本次运算的进位结果锁存到进位锁存器中。

图l-3 进位控制实验原理图五、实验步骤1、按图1-4连接实验线路，仔细检查无误后，接通电源。

（图中箭头表示需要接线的地方，接总线和控制信号时要注意高低位一一对应，可用彩排线的颜色来进行区分）。

2、进位标志清零。

具体操作方法如下：实验板中“SWITCH ”单元中的CLR 开关为标志位CY 、ZI 的清零开关，它为0时（开关向上为1，向下为0）是清零状态，所以将此开关做l →0→1操作，即可使标志位CY 、ZI 清零（清零后CY 、ZI 指示灯亮）。

3、用INPUT UNIT 的二进制数据开关向DR1存入11000001，向DR2存入01000011。

具体操作步骤如下：首先使各个控制电平的初始状态为：CLR=1，LDDR1=0，LDDR2=0，ALU_G=1，AR=1，SW_G=1，S3 S2 S1 S0 M CN=111111，并将CONTROL UNIT 的开关SP05打在“NORM ”状态，SP06打在“RUN ”状态，SP03打在“STEP”状态，SP04打在“RUN”状态。

然后按下图所示步骤进行。

LDDR1=0LDDR2=1T4=LDDR1=1LDDR2=0T4=SW_G=0上面方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进行，其中T4的正脉冲是通过按动一次CONTROL UNIT 的触动开关START 来产生的。

4、验证带进位运算及进位锁存功能。

进行带进位算术运算：前面的操作已经向DR1、DR2置数，然后关闭数据输入三态门（SW_G=1）并使LDDR2=0，打开ALU输出三态门（ALU_G=0），使ALU单元的输出结果进入总线，当S3 S2 S1 S0 M CN的状态为100101时，DATA BUS指示灯显示的数据为DR1加DR2加当前进位标志得到的结果。

这个结果是否产生进位，则要使AR=0，然后按动触动开关START，若进位标志灯CY仍然亮，表示无进位；若进位标志灯CY灭，表示有进位。

在本例中DR1为11000001，DR2为01000011，结果为00000100；当AR=0时，按动开关START，CY灭，表示有进位。

六、实验报告记录实验数据，总结收获。

七、实验思考题1、74LS181能提高运算速度的原因是什么？2、在定点二进制运算器中，减法运算一般通过什么方式实现？实验三移位运算实验一、实验目的验证移位控制的功能。

二、实验容使用一片74LS299来实现移位控制。

三、实验仪器1、ZY15Comp12BB计算机组成原理教学实验箱一台2、排线若干四、实验原理移位运算实验中使用了一片74LS299作为移位发生器，其八位输入/输出端以排针方式和总线单元连接。

299_G信号控制其使能端，T4时序为其时钟脉冲，由S1 S0 M控制信号控制其功能状态，列表如下：五、实验步骤1、按图1-5连接实验线路，仔细检查无误后接通电源。

（图中箭头表示需要接线的地方，接总线和控制信号时要注意高低位一一对应，可用彩排线的颜色来进行区分）。

2、按照如下步骤用INPUT UNIT 的二进制数据开关把数据写入74LS299：首先使各个控制电平的初始状态为：299_G=1，SW_G=1，S1 S0 M =111，CLR= l →0→1，并将控制台单元的开关SP05打在“NORM ”状态，SP06打在“RUN ”状态,SP03打在“STEP”状态，SP04打在“RUN ”状态。

然后按下图所示步骤进行。

SW_G=0S0=1S1=1T4=SW_G=1上面方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进行，其中T4的正脉冲是通过按动一次CONTROL UNIT 的触动开关START 来产生的。

3、参照前面的表格1-3，改变S0 S1 M 299_G 的状态，按动触动开关START ，观察移位结果。

六、实验报告对照表1－3，列表记录移位结果。

七、实验思考题1、本实验用到的移位发生器是什么？其功能表是什么？实验四存储器实验一、实验目的1、掌握静态随机存储器RAM工作特性；2、掌握静态随机存储器RAM的数据读写方法。

二、实验容运用静态随机存储器RAM进行单步读、写和连续写数据。

三、实验仪器1、ZY15Comp12BB计算机组成原理教学实验箱一台2、排线若干四、实验原理实验所用的半导体静态存储器电路原理如图1-6所示，实验中的静态存储器由一片6116（2Kx8）构成，其数据线接至数据总线，地址由地址锁存器（74LS273）给出。

地址灯LI01—LI08与地址总线相连，显示地址容。

INPUT单元的数据开关经一三态门（74LS245）连至数据总线，分时给出地址和数据。

“SWITCH”单元的二进制开关给出，其中SW_G为低电平有效，LDAR为高电平有效。

五、实验步骤1、形成时钟脉冲信号T3，具体接线方法和操作步骤如下：（1）将SIGNAL UNIT中的CLOCK和CK，TS3和T3用排线相连。

（2）将SIGNAL UNIT中的两个二进制开关“SP03”设置为“RUN”状态、“SP04”设置为“RUN”状态（当“SP03”开关设置为“RUN”状态、“SP04”开关设置为“RUN”状态时，每按动一次触动开关START，则T3的输出为连续的方波信号。

当“SP03”开关设置为“STEP”状态、“SP04”开关设置为“RUN”状态时，每按动一次触动开关START，则T3输出一个单脉冲，其脉冲宽度与连续方式相同。

）2、按图1-7连接实验线路，仔细检查无误后接通电源。

（图中箭头表示需要接线的地方，接总线和控制信号时要注意高低位一一对应，可用彩排线的颜色来进行区分）。

接到DATA BUS接到ADDR BUS图1-7 存储器实验接线图3、给存储器的00、01、02、03、04地址单元中分别写入数据11、22、33、44、55，具体操作步骤如下：（以向00号单元写入11为例）首先使各个控制电平的初始状态为：SW_G=1，CE=1，WE=1，LDAR=0，CLR= l →0→1，并将CONTROL UNIT 的开关SP05打在“NORM ”状态，然后按下图所示步骤进行操作。

图中方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进行，其中T3的正脉冲是通过按动一次CONTROL UNIT 的触动开关START 来产生的，而WE 的负脉冲则是通过让SWITCH 单元的WE 开关做l →0→1变化来产生的。

SW_G=1LDAR=0SW_G=0LDAR=1T3=SW_G=0CE=0WE=4、依次读出第00、01、02、03、04号单元中的容，在DATA BUS 单元的指示灯上进行显示，观察上述各单元中的容是否与前面写入的一致。