计算机组成原理报告\计算机组成原理之实验报告.

组成原理

实验报告

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 目 录
一、 实验目的....................................................................................................................... 5
1、 掌握简单运算器的组成以及数据传送通路...................................................................5
2、 验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能.............................................................5
二、 实验设备....................................................................................................................... 5
ZY15Comp12BB 计算机组成原理教学实验箱一台...............................................................5
三、 实验原理....................................................................................................................... 5
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
内容。.................................................................................................................................... 5
 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内部连
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。. .5
四、 实验步骤....................................................................................................................... 6
1、 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，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）6
2、 用 INPUT UNIT 的二进制数据开关向寄存器 DR1 和 DR2 置数，数据开关的内容可以
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”。.........6
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：............................................................................................................................ 6
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。..................6
................................................................................................................................................ 6
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。....................................................6
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。......................................................................6
3、 验证 74LS181 的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑）........................................7
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。.........7
五、 心得体会....................................................................................................................... 8
一、 实验目的....................................................................................................................... 9

1、 验证带进位控制的算术运算功能发生器的功能...........................................................9
2、 按给定的数据完成几种指定的算术运算......................................................................9
二、 实验设备....................................................................................................................... 9
ZY15Comp12BB 计算机组成原理教学实验箱一台，排线若干............................................9
三、 实验原理....................................................................................................................... 9
进位控制运算器的实验原理如图 1-3 所示，在实验一的基础上增加进位控制部分，其
中 181 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终中。......9
四、 实验步骤..................................................................................................................... 10
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）
.............................................................................................................................................. 10
3、 用 INPUT UNIT 的二进制数据开关向 DR1 存入 11000001，向 DR2 存入 01000011。
.............................................................................................................................................. 10
4、 具体操作步骤如下：.................................................................................................... 10
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，然后按下图所示步骤进行。........10
5、 验证带进位运算及进位锁存功能。............................................................................10
使 Cn=1，Ar=0 来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），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 PULSE，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。.............................................................................................................. 10
五、 心得体会..................................................................................................................... 11
一、 实验目的..................................................................................................................... 11
验证移位控制的功能........................................................................................................... 11
二、 实验设备..................................................................................................................... 11
ZY15Comp12BB 计算机组成原理教学实验箱一台，排线若干..........................................11
三、 实验原理..................................................................................................................... 11
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/输出端以排队方式
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：................................................................................... 11
表 1-3  74LS299 功能表........................................................................................................ 11
四、 实验步骤..................................................................................................................... 12
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）..12
2、 按照如下步骤用 INPUT UNIT 的二进制数据开关把数据写入 74LS299：...................12
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 CONTROL UNIT 的开关 SP05 打在“NORM”状态，然后按下图所示步骤进行。
.............................................................................................................................................. 12
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
2

按动一次 CONTROL UNIT 的触动开关 PULSE 来产生的。..................................................12
.............................................................................................................................................. 12
五、 心得体会..................................................................................................................... 12
一、 实验目的..................................................................................................................... 13
1、 掌握静态随机存储器 RAM 工作特性...........................................................................13
2、 掌握静态随机存储器 RAM 的数据读写方法...............................................................13
二、 实验设备..................................................................................................................... 13
ZY15Comp12BB 计算机组成原理教学实验箱一台，排线若干..........................................13
三、 实验原理..................................................................................................................... 13
实验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 L101-L108 与地址总线相连，显示地址内容，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。......................................................14
地址总线为 8 位，接入 6116 的地址 A7-A0，将 6116 的高三位 A8-A10 接地，所以其实
际容量为 256 字节，6116 有三个控制线：CE（片选线）、OE（读线）、WE（写线），
本实验中将 OE 常接地，在此情况，当 CE=0、WE=0 时进行写操作，CE=0、WE=1 时进
行读操作，其写时间与 T3 脉冲宽度一致。......................................................................14
实验时，将 T3 脉冲接至实验板上时序电路模板的 TS3 相应插针中，其它电平控制信号
由“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.14
四、 实验步骤..................................................................................................................... 14
1、 形成时钟脉冲信号 T3，具体接线方法和操作步骤如下：........................................14
将 SIGNAL UNIT 中的 CLOCK 和 CK，TS3 和 T3 用排线相连。............................................14
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。）....................................................................................... 14
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）..14
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）.....................................................15
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。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。........................................................................... 15
.............................................................................................................................................. 15
4、 依次读出第 00、01、02、03、04 号单元中的内容，在 DATA BUS 单元的指示灯上
进行显示，观察上述各单元中的内容是否与前面写入的一致。具体操作步骤如下：
（以从 00 号单元读出 11 数据为例）................................................................................ 15
.............................................................................................................................................. 15
其中 AR 的值在 ADDR BUS 单元的指示灯上显示，RAM 相应单元的值在 DATA BUS 单元
的指示灯上显示。.............................................................................................................. 15
五、 心得体会..................................................................................................................... 16
3

一、 实验目的..................................................................................................................... 16
1、 理解总线的概念及其特性............................................................................................ 16
2、 掌握总线传输控制特性................................................................................................ 16
二、 实验设备..................................................................................................................... 16
ZY15Comp12BB 计算机组成原理教学实验箱一台，排线若干..........................................16
三、 实验原理..................................................................................................................... 16
总线是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路，是构成计算机系统的骨架，借助
总线连接，计算机在系统各部件之间实现传送地址、数据和控制信息的操作。因此，
所谓总线就是指能为多个功能部件服务的一组公用信息线。........................................16
.............................................................................................................................................. 16
图 1-8  总线示意图............................................................................................................... 16
总线传输实验框图如图 1-8 所示，它将几种不同的设备挂至总线上，有存储器、输入
设备、输出设备、寄存器，这些设备都需要有三态输出控制，按照传输要求恰当有序
的控制它们，就可实现总线信息传输。........................................................................... 17
四、 实验步骤..................................................................................................................... 17
1、 根据挂在总线上的几个基本部件，设计一个简单的流程：.....................................17
输入设备将一个数写入地址寄存器................................................................................... 17
输入设备将另一个数写入到存储器的当前地址单元中....................................................17
将存储器当前地址单元中的数用 LED 数码管显示............................................................17
2、 按照图 1-9 实验接线图进行连线，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）.............................................................................................................................. 17
3、 具体操作步骤图示如下：............................................................................................ 17
首 先 使 各 个 控 制 电 平 的 初 始 状 态 为 ：
SW_G=1 ， CE=1 ， WE=1 ， LDAR=0 ， 299_G （ LED_G ） =1 ， PC_G （ WE ） =1 ， 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。
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 LDAR 的正脉冲是通
过让 SWITCH 单元的 LDAR 开关做 0→1→0 变化来产生的，而 WE 和 PC_G（WE）的负脉
冲则是通过让 SWITCH 单元的 WE 和 PC_G 开关做 1→0→1 变化来产生的。..................17
.............................................................................................................................................. 17
完成上述操作后，在 OUTPUT UNIT 的数码管上观察结果。............................................17
五、 心得体会..................................................................................................................... 18
这个实验显示了总线控制传输的特性，通过实验大体了解了总线在计算机内部数据的
传送流程，输入设备通过总线将一个数送入地址寄存器，将另外一个数送入存储器，
输出时首先将存储单元的数送入寄存器中，然后通过输出设备输出，本实验是用数码
管显示存储单元中的数，当在地址为 1 的单元输入 11100111 时数码管显示 7 的字样。
但实验过程中有一次出现了 F，并且发现很多人也是显示 F，但不知道这个结果的由来，
还是坚持认为应该时 7，经过一番检查，发现时一不小心将接线管脚插错了地方，所
以这次实验给我印象最深。............................................................................................... 18
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