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计 算 机 组 成 原 理 实 验
讲 义
实 验 室
2005年10月
目 录
基础实验
实验一 算术逻辑运算实验
实验二 移位运算实验
实验三 存储器实验
实验四 总线控制实验
实验五 微程序控制器的组成与微程序设计实验
二、综合实验
实验六 基本模型机实验
选做实验
实验七 8259中断控制器实验
实验八 复杂模型机实验
附录
附录一：实验用芯片介绍
附录二：模块布局图
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.实验设备
ZY15Comp12BB计算机组成原理教学实验箱一台，排线若干。
三.实验原理
图1-l 运算器数据通路图
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。
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。
四.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，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)
图1-2 算术逻辑运算实验接线图
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”。以向DR1中置C1H)和向DR2中置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。
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。
表1-1 74LS181功能表
S3
S2
S1
S0
M=0(算术运算)
M=1
(逻辑运算)
CN=1无进位
CN=0有进位
0
0
0
0
F=
F=A加1
F=
0
0
0
1
F=
F=()加1
F=
0
0
1
0
F=
F=()加1
F=
0
0
1
1
F=0减1
F=0
F=
0
1
0
0
F=加
F=加加1
F=
0
1
0
1
F=()加
F=()加加1
F=
0
1
1
0
F=减减1
F=减
F=
0
1
1
1
F=减1
F=
F=
1
0
0
0
F=加
F=加加1
F=
1
0
0
1
F=加
F=加加1
F=
1
0
1
0
F=()加
F=()加加1
F=
1
0
1
1
F=减1
F=
F=
1
1
0
0
F=加
F=加加1
F=1
1
1
0
1
F=()加
F=()加加1
F=
1
1
1
0
F=()加
F=()加加1
F=
1
1
1
1
F=减1
F=
F=
通过前