计算机组成原理实验安排

计算机组成原理上机实验指导

一、实验准备和实验注意事项

1．本课程实验使用专门的TDN-CM++计算机组成原理教学实验设备，使用前后均应仔细检查主机板，防止导线、元件等物品落入装置内导致线路短路、元件损坏。

2．完成本实验的方法是先找到实验板上相应的丝印字及其对应的引出排针，将排针用电缆线连接起来，连接时要注意电缆线的方向，不能反向连接；如果实验装置中引出排针上已表明两针相连，表明两根引出线内部已经连接起来，此时可以只使用一根线连接。

3．为了弄清计算机各部件的工作原理，前面几个实验的控制信号由开关单元“SWITCH UNIT”模拟输入；只有在模型机实验中才真正由控制器对指令译码产生控制信号。在每个实验开始时需将所有的开关置为初始状态“1”。

4．本实验装置的发光二极管的指示灯亮时表示信号为“0”，灯灭时表示信号为“1”。

5．实验接线图中带有圆圈的连线为实验中要接的线。

6．电源关闭后，不能立即重新开启，关闭与重启之间至少应有30秒间隔。

7．电源线应放置在机内专用线盒中。

8．保证设备的整洁。

二、实验设备的数据通路结构

利用本实验装置构造的模型机的数据通路结构框图如下图。其中各单元内部已经连接好，单元之间可能已经连接好，其它一些单元之间的连线需要根据实验目的用排线连接。

图0-2 模型机数据通路结构框图

实验一运算器实验：算术逻辑运算实验

一．实验目的

1．了解运算器的组成结构；

2．掌握运算器的工作原理；

3．掌握简单运算器的数据传送通路。

4．验证运算功能发生器(74LSl81)的组合功能。

二．实验设备

TDN-CM++计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。

三．实验原理

实验中所用的运算器数据通路如图1-l所示。其中两片74LSl81以串行方式构成8位字长的ALU，ALU的输出经过一个三态门(74LS245)和数据总线相连。三态门由ALU-B控制，控制运算器运算的结果能否送往总线，低电平有效。

为实现双操作数的运算，ALU的两个数据输入端分别由二个锁存器DR1、DR2(由74LS273实现)锁存数据。要将数据总线上的数据锁存到DR1、DR2中，锁存器的控制端LDDR1和LDDR2必须为高电平，同时由T4脉冲到来。

数据开关(“INPUT DEVICE”)用来给出参与运算的数据，经过三态门(74LS245)后送入数据总线，三态门由SW-B控制，低电平有效。数据显示灯(“BUS UNIT”)已和数据总线相连，用来显示数据总线上的内容。

图中已将用户需要连接的控制信号用圆圈标明(其他实验相同，不再说明)，其中除T4为脉冲信号外，其它均为电平信号。由于实验电路中的时序信号均已连至“W／R UNIT”的相应时序信号引出端，因此，在进行实验时，只需将“W／R UNIT”的T4接至“STATE UNIT”的微动开关KK2的输出端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲。

ALU运算所需的电平控制信号S3、S2、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B均由“SWITCH UNIT”中的二进制数据开关来模拟，其中Cn、ALU-B、SW-B为低电平有效，LDDRl、LDDR2为高电平有效。

对单总线数据通路，需要分时共享总线，每一时刻只能由一组数据送往总线。

图1-1 运算器数据通路图

四．实验内容

1．输入数据通过三态门74LS245后送往数据总线，在数据显示灯和数码显示管LED 上显示

2．向DR1(或DR2)中置数，经ALU直传后，经过三态门245送入数据总线，在数据显示灯和数码显示管LED上显示

3．将输入DR1和DR2中的两个数进行算术逻辑运算，验证ALU的功能，结果在数

据显示灯和数码显示管LED上显示

五．实验步骤

1．输入数据通过三态门74LS245后经过数据总线在数据显示灯和数码显示管LED 上直接显示

(1) 按下图连接实验线路，仔细查线无误后，接通电源。

图1-2 总线数据显示连线图

(注：可以选择PC-B开关，或者是本实验中不用的任一个开关)

(2) 用二进制数码开关输入数据65H，观察总线数据显示灯和LED的变化。设置：

结果：

2．向DR1(或DR2)中置数，经ALU直传后，经过三态门245送入数据总线，在数据显示灯和数码显示管LED上显示

(1) 重新按下图连接实验线路，仔细查线无误后，接通电源

图1-3 实验接线图

(2)向DRl和DR2寄存器中置入数据65H和A7H。输入的流程为：

使用以下操作步骤向DRl寄存器中置入数据65。设置：

结果是：

使用以下操作步骤向DR2寄存器中置入数据A7。设置：

结果是：

(3) 检查输入DRl和DR2寄存器中的数据是否正确。操作步骤如下，设置：

结果(显示

设置：

结果(显示DR2中的数据)：

3．将输入DR1和DR2中的两个数进行算术逻辑运算，验证ALU的功能，结果在数据显示灯和数码显示管LED上显示

(1) 接线图同2，保持DR1,DR2中的数据不变，若不知道DR1,DR2中是否有数据，

可按实验步骤2中的(3)去检查；

(2) 通过“SWITCH UNIT”改变开关S3、S2、S1、S0、Cn、M的值，可将两数进行不同的运算，例如：设置S3S2S1S0CnM=10010，运算器进行加法运算，设置S3S2S1S0CnM=01100，运算器进行减法运算。具体设置的值见74LS181的功能表。然后根据运算结果填写下表：

六．思考题

1．在运算器数据通路图中,DR1、DR2连接到74LS181时为什么要交叉？

2．两个4位的74LS181是如何构成8位的ALU的？

3．“+”和“加”的区别是什么？

4．两个三态门74LS245的控制有何限制？数据输入DR1、DR2时控制有何限制？

5．运算器是如何完成多种不同的功能的？怎样控制它？

6．你认为计算机是怎样实现连续运行的？