实验一 运算器组成实验一、实验目的1、学习数据信息的表示方法，熟练掌握几种四则运算方法。2、掌握运算器的工作原理及其组成结构，学习运算器的设计方法。3、熟悉简单运算的数据传送通路。4、验证运算器功能发生器(74LS181)的组合功能。二、实验设备TWL-PCC计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干；PC微机一台（选配）。三、实验原理本实验中所用的运算器数据通路图如图1.1所示。本通路图中运算器单元由算术逻辑运算单元（ALU）、两个字长的工作暂存器TR1和TR2及一个8位的输出三态门组成。其中ALU是由两片74LS181以并-串型构成的8位字长的算术逻辑运算单元。两个芯片的控制端S3、S2、S1、S0、M相应的控制信号相互并到一起由排针引出至外部。74LS181的功能表见表1-1。参与运算的两数据暂存器TR1和TR2由锁存器74LS273来实现。当C_TR1或C_TR2为高电平时，此时来一个T4脉冲，内总线上的数据即被打入到相应的暂存器中。运算器的运算结果数据输出经过一个三态门（74LS245）连接到内总线上，此三态门输出由一个B_ALU控制信号控制，当B_ALU为低电平（0）时，运算器的运算结果输出至内总线上，而为高电平（1）时，则输出高阻态，不影响内总线上的其他数据。图1.1 运算器数据通路图 “输入设备单元”的8位数据开关经过一个三态门（74LS245）连接到内总线上，该三态门的输出由B_SW和RD控制信号相或得出，当或的结果为低电平（0）时，数据开关所置的数据输出至内总线上。“数据总线”单元上的总线数据显示灯已与内总线相连，用来显示内总线上的数据。运算器单元所须的T4脉冲信号连接至该单元的T4排针端。实验时，微动开关KK2的输出KK2+连接到该单元的T4排针端，按动一下微动开关，即可获得一个单脉冲信号。此实验中的其他S3、S2、S1、S0、M、CN、C_TR1、C_TR2、B_ALU、B_SW、RD等都为电平信号，将他们连接到“开关组单元”中的二进制数据开关上来模拟不同的电平状态。“开关组单元”的SW1-SW17为相互独立的二进制数据开关，开关向上时为0，开关向下时为1。表1.1 74LS181的逻辑功能表输入为A和B，输出为F，为正逻辑S3 S2 S1 S0M=0(算术运算)M=1(逻辑运算)Cn=1(无进位)Cn=0(有进位)0 0 0 0F=AF=A加1F=A0 0 0 1F=A+BF=(A+B)加1F=A+B0 0 1 0F=A+BF=(A+B)加1F=AB0 0 1 1F=0减1F=0F=00 1 0 0F=A加ABF=A加AB加1F=AB0 1 0 1F=AB加(A+B)F=AB加(A+B)加1F=B0 1 1 0F=A减B减1F=A减BF=AB0 1 1 1F=AB减1F=ABF=AB1 0 0 0F=A加ABF=A加AB加1F=A+B1 0 0 1F=A加BF=A加B加1F=AB 1 0 1 0F=AB加(A+B)F=AB加(A+B)加1F=B 1 0 1 1F=AB减1F=ABF=AB1 1 0 0F=A加AF=A加A加1F=11 1 0 1F=A加(A+B)F=A加(A+B)加1F=A+B1 1 1 0F=A加(A+B)F=A加(A+B)加1F=A+B1 1 1 1F=A减1F=AF=A当向TR1或TR2工作暂存器打入数据时，数据开关三态门打开，这时应保证运算器输出三态门关闭；同样，当运算器输出结果至总线时也应保证数据输入三态门是在关闭状态。本TWL-PCC计算机组成原理实验系统中的所有LED指示灯均为亮时所示状态为高电平（1），灯不亮时所示其状态为低电平（0）。四、实验步骤1、连接实验线路。参考实验连线图见图1.2。仔细检查无误后，接通电源。图1.2 运算器组成实验接线图2、先置相关的控制信号为初始态，即使运算器和输入设备的输出都为高阻态（B_ALU=1、B_SW=1）,“输入设备单元”中的RD信号可以一直为低电平（RD=0）,暂存器TR1和TR2的门控信号都为低电平（C_TR1=0、C_TR2=0）。3、通过“输入设备单元”的数据开关向暂存器TR1中置数。 拨动8位数据开关形成一个8位二进制数。（如01100010）。 数据开关上的数据输出至总线（B_SW=0）,打开暂存器TR1的门控信号（C_TR1=1）。 按动微动开关KK2，产生一个T4脉冲，将数据开关上的数据（01100010）打入到TR1中。然后关掉暂存器TR1的门控信号（C_TR1=0）。4、通过“输入设备单元”的数据开关向暂存器TR2中置数。 拨动8位数据开关形成一个8位二进制数。（如10101101）。 数据开关上的数据输出至总线（B_SW=0）,打开暂存器TR2的门控信号（C_TR2=1）。 按动微动开关KK2，产生一个T4脉冲，将数据开关上的数据（10101101）打入到TR2中。然后关掉暂存器TR2的门控信号（C_TR2=0）。5、关掉数据开关的输出三态门（B_SW=1），打开运算器的数据输出三态门（B_ALU=0）,使运算器输出至总线上。此时，改变运算器的控制信号S3、S2、S1、S0、M及CN的状态，就可获得不同的运算结果。参照表1.1其逻辑功能表。如：先检验TR1和TR2中打入的数是否正确，可将S3、S2、S1、S0及M分别置为1、1、1、1、1时总线上显示的为TR1中的数；置成1、0、1、0、1时则显示的为TR2中的数。五、实验要求1、做好预习，掌握ALU的功能特性，并熟悉本实验中所用的控制开关的作用和使用方法。2、置数TR1=62H，TR2=ADH，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，记录到下表1.2中，并进行理论分析，得出实验结论。表1.2DR1DR2S3S2S1S0M=0（算术运算）M=1（逻辑运算）Cn=1无进位Cn=0有进位理论值实验值理论值实验值理论值实验值62HADH0 0 0 0F=62HF=F=63HF=F=9DHF=62HADH0 0 0 1F=EFHF=F=F0HF=F=10HF=62HADH0 0 1 0F=72HF=F=73HF=F=8DHF=62HADH0 0 1 1F=FFHF=F=00HF=F=00HF=62HADH0 1 0 0F=A4HF=F=A5HF=F=DFHF=62HADH0 1 0 1F=31HF=F=32HF=F=52HF=62HADH0 1 1 0F=B4HF=F=B5HF=F=CFHF=62HADH0 1 1 1F=41HF=F=42HF=F=42HF=62HADH1 0 0 0F=82HF=F=83HF=F=BDHF=62HADH1 0 0 1F=0FHF=F=10HF=F=30HF=62HADH1 0 1 0F=92HF=F=93HF=F=ADHF=62HADH1 0 1 1F=1FHF=F=20HF=F=20HF=62HADH1 1 0 0F=C4HF=F=C5HF=F=FFHF=62HADH1 1 0 1F=51HF=F=52HF=F=72HF=62HADH1 1 1 0F=D4HF=F=D5HF=F=EFHF=62HADH1 1 1 1F=61HF=F=62HF=F=62HF=实验二 静态存储器实验一、实验目的 1、掌握静态随机存储器RAM的工作特性及使用方法。2、了解半导体存储器存储和读出数据的方法。二、实验设备TWL-PCC计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干；PC微机一台（选配）。三、实验原理 SRAM通路图见图2.1，由一片6116构成，其容量为20488位。6116的A10-A8脚接地，只有A7-A0地址使用，实际使用存储容量为256字节。存储器的地址线A7-A0、数据线D7-D0、控制线片选线CS、写线WE及输出使能线OE均由排针引出，供用户接线。6116功能表见表2.1所示。表2.1 6116功能表状态CSOEWED7D0未选中1XX高阻抗禁止011高阻抗读出001数据读出写入010数据写入写入000数据写入存储器的地址由“地址寄存器单元”给出。地址寄存器的输入和存储器的数据都接到内总线上，由“输入设备单元”的数据开关经三态门连接到总线上分时给出地址和数据。地址寄存器的打入时钟是由C_AR和T3脉冲相与得到。图2.1 静态存储器通路图四、实验步骤 1、连接实验线路。参考实验连线图如图2.2所示。仔细检查无误后，接通电源。2、连续写存储器。给00H、01H、02H、03H、04H地址单元分别写入数据AAH、BBH、CCH、DDH、EEH。 写地址。关存储器的片选线（CS=1），CLR=1,WE=1、OE=1，打开数据开关的输出三态门（B_SW=0、RD=0）,此时数据开关中的数输出占领总线，将数据开关的数置为00H（00000000），打开地址寄存器打入门控信号（C_AR=1），然后按动微动开关KK2产生T3脉冲，即将00H打入到地址寄存器中，同时地址总线指示灯显示。 写数据。关掉地址寄存器的门控信号（C_AR=0）,将数据开关置为AAH（10101010），打开存储器的片选线（CS=0），将写线WE进行101操作，此时数据开关中的数AAH以被写到存储器的00H地址单元中。 重复，分别在01H、02H、O3H、O4H地址单元中写入数据BBH、CCH、DDH、EEH。3、连续读存储器。将存储器00H、01H、02H、03H、04H地址单元中的数分别读出，观察读出的结果与写入结果是否一致。 写地址。CS=1，CLR=1,WE=1、OE=1，打开数据开关的三态门（B_SW=0、RD=0）,此时数据开关中的数输出占领总线，将数据开关的数置为00H（00000000），打开地址寄存器打入门控信号（C_AR=1），然后按动微动开关KK2产生T3脉冲，即将00H打入到地址寄存器中，同时地址总线指示灯显示。 读数据。B_SW=1, CS=0，置读线有效OE=0，总线显示的即为从存储器00H地址单元读出的数据AAH。 重复，分别读出01H、02H、O3H、O4H地址单元中的数据，观察与写入的数据是否一致。图2.2 静态存储器实验接线图4完成下表数据输入数据输出00H