组成原理实验一、二.doc

实验一 运算器实验一、实验目的：一、实验目的：1． 掌握运算器的组成及工作原理；2．了解 4 位函数发生器 74LS181 的组合功能，熟悉运算器执行算术操作和逻辑操作的具体实现过程；3． 验证带进位控制的 74LS181 的功能二、实验设备：二、实验设备：EL-JY-II 型计算机组成原理实验系统一套，排线若干三、预习要求：三、预习要求：１ 复习本次实验所用的各种数字集成电路的性能及工作原理；２ 预习实验步骤，了解实验中要求的注意之处四、实验原理：四、实验原理：运算器的结构框图如图 1-1 示 图图 1-1 运算器的结构框图运算器的结构框图算术逻辑单元 ALU 是运算器的核心此处由四片 74LS181（U7、U8、U9、U10）以并／串形式构成 16 位运算器。

它可以对两个 16 位二进制数进行多种算术或逻辑运算，74LS181 有高电平和低电平两种工作方式，高电平方式采用原码输入输出，低电平方式采用反码输入输出，这里采用高电平方式算术逻辑单元 ALU 是 74LS181 的功能控制条件由 S3、S2、S1、S0、 M、Cn 决定高电平方式的 74LS181 的功能、管脚分配和引出端功能符号详见表 1-1、图 1-2 和表 1-2 四片 74LS273（U3、U4、U5、U6）构成两个 16 位数据暂存器，其控制信号分别为 LDR1 和 LDR2，当 LDR1 和 LDR2 为高电平有效时，在 T4 脉冲的前沿，总线上的数据被送入暂存器保存74LS273 的管脚分配和引出端功能符号详见图 1-3两个三态门 74LS244（U11、U12）作为运算器的输出缓冲器由 ALU-G 信号控制，ALU-G 为“0”时，三态门开通，此时其输出等于其输入；ALU-G 为“1”时，三态门关闭，此时其输出呈高阻其管脚分配和引出端功能符号详见图 1-4 74LS181 功能表见表 1－1，其中符号“＋”表示逻辑“或”运算，符号“*”表示逻辑“与”运算，符号“/”表示逻辑“非”运算，符号“加”表示算术加运算，符号“减”表示算术减运算。

选择 M=0 算术操作S3 S2 S1 S0M=1 逻辑操作 Cn=1（无进位）Cn=0（有进位）0 0 0 0F=/A F=AF=A加10 0 0 1F=/(A+B)F=A+BF=(A+B)加10 0 1 0F=/A*BF=A+/BF=(A+/B)加10 0 1 1F=0F=－1F=00 1 0 0F=/(A*B)F=A加A*/BF=A加A*/B加10 1 0 1F=/BF=(A+B)加A*/BF=(A+B) 加A*/B加1 0 1 1 0F=(/A*B+A*/B) F=A减B减1F=A减B0 1 1 1F=A*/BF=A*/B减1F=A*/B1 0 0 0F=/A+BF=A加A*BF=A加A *B加1 1 0 0 1F=/(/A*B+A*/B)F=A加BF=A加B加1 1 0 1 0F=BF=(A+/B)加A*BF=(A+/B)加A*B加11 0 1 1 F=A*BF=A*B减1F=A*B 1 1 0 0F=1F=A加AF=A加A 加11 1 0 1F=A+/BF=(A+B)加AF=(A+B)加A加1 1 1 1 0F=A+BF=(A+/B)加AF=(A+/B)加A加11 1 1 1F=AF=A减1F=A表表 1-1 74LS181 功能表功能表 图图 1-2 74LS181 管脚分配管脚分配 表表 1-2 74LS181 输出端功能符号输出端功能符号图图 1-3（（a）） 74LS273 管脚分配管脚分配 图图 1-3（（b））74LS273 功能表功能表图图 1-4（（a）） 74LS244 管脚分配管脚分配 图图 1-4（（b）） 74LS244 功能功能 五、实验内容：五、实验内容：验证 74LS181 运算器的逻辑运算功能和算术运算功能。

六、实验步骤：六、实验步骤：说明：本次实验采用开关控制操作方式，为了避免总线冲突，首先将控制开关电路的 ALU-G 和C-G 拨到输出高电平“1”状态(所对应的指示灯亮)本实验中所有控制开关拨动，相应指示灯亮代表高电平“1”，指示灯灭代表低电平“0” 1、 按图 1－5 接线图接线： 连线时应注意：为了使连线统一，对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上运算器接口S3S2S1S0MCn ALU-G AR LDR1 LDR2 BD15 ……. BD8 数据总线 BD7 ……. BD0 DIJ1 DIJ-G DIJ2 数据输入电路 C-G S3S2S1S0MCn ALU-G AR LDR1 LDR2控制开关电路T+ fin f/8 脉冲源及时序电路图图 1－－7 实验一实验一 开关实验开关实验 接线图接线图 2、、 通过数据输入电路的拨开关开关向两个数据暂存器中置数：注意：本实验中注意：本实验中 ALU-G 和和 C-G 不能同时为不能同时为 0，否则造成总线冲突，损坏芯片！故每次实验，否则造成总线冲突，损坏芯片！故每次实验时应时刻保持只有一路与总线相通。

时应时刻保持只有一路与总线相通1）拨动清零开关 CLR，使其指示灯灭再拨动 CLR，使其指示灯亮置 ALU-G＝1：关闭 ALU 的三态门；再置 C-G=0：打开数据输入电路的三态门；2） 向数据暂存器 LT1（Ｕ3、U4）中置数：（1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为要输入的数值；（2）置 LDR1＝1：使数据暂存器 LT1（Ｕ3、U4）的控制信号有效，置 LDR2＝0：使 数据暂存器 LT2（Ｕ5、U6）的控制信号无效；（3）按一下脉冲源及时序电路的【单脉冲】按钮，给暂存器 LT1 送时钟，上升沿有效，把数据存在 LT1 中3）向数据暂存器 LT2（Ｕ5、U6）中置数：（1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为想要输入的数值；控制总线 T4（2）置 LDR1＝0：数据暂存器 LT1 的控制信号无效；置 LDR2＝1：使数据暂存器 LT2 的控制信号有效3）按一下脉冲源及时序电路的“单脉冲”按钮，给暂存器 LT2 送时钟，上升沿有效，把数据存在 LT2 中4）置 LDR1＝0、LDR2＝0，使数据暂存器 LT1、LT2 的控制信号无效4 ）检验两个数据暂存器 LT1 和 LT2 中的数据是否正确：（1）置 C-G=1，关闭数据输入电路的三态门，然后再置 ALU-G=0，打开 ALU的三态门 ；（2）置“S3S2S1S0M”为“11111”，数据总线显示灯显示数据暂存器 LT1 中的数 ，表示往暂存器 LT1 置数正确；（3）置“S3S2S1S0M”为“10101”，数据总线显示灯显示数据暂存器 LT2 中的数 ，表示往暂存器 LT2 置数正确。

3、验证 74LS181 的算术和逻辑功能:M=0（算术运算） LT1LT2S3S2S1S0Cn=1（无进位）Cn= 0（有进位）M=1（逻辑运算）0 0 0 0F=F=F= 0 0 0 1F=F=F= 0 0 1 0F=F=F= 0 0 1 1F=F=F= 0 1 0 0F=F=F= 0 1 0 1F=F=F= 0 1 1 0F=F=F= 0 1 1 1F=F=F= 1 0 0 0F=F=F= 1 0 0 1F=F=F= 1 0 1 0F=F=F= 1 0 1 1F=F=F= 1 1 0 0F=F=F= 1 1 0 1F=F=F= 1 1 1 0F=F=F=1234H5678H1 1 1 1F=F=F= 按实验步骤 2 往两个暂存器 LT1 和 LT2 分别存十六进制数“1234H”和“5678H”，在给定 LT1=1234H、LT2=5678H 的情况下，通过改变“S3S2S1S0MCn”的值来改变运算器的功能设置，通过数据总线指示灯显示来读出运算器的输出值 F，填入上表中，参考表 1－1 的功能表，分析输出 F 值是否正确分别将“AR”开关拨至“1”和“0”的状态，观察进位指示灯“CY”的变化并分析原因。

七、思考题七、思考题如何利用 4 位并行算术逻辑运算单元 74LS181 实现 16 位二进制数运算？有哪些解决方案？八、实验报告要求：八、实验报告要求：实验后及时完成实验报告，要求用专用的实验报告纸书写，具体应包括以下几方面内容：实验题目、实验目的、实验仪器、实验原理图、实验记录（所有的运算结果，故障现象及排除经过）、思考题、本次实验的收获及想法实验二实验二 存储器实验存储器实验 一、实验目的：一、实验目的：1、掌握半导体静态随机存储器 RAM 的特性和使用方法2、掌握地址和数据在计算机总线的传送关系3、了解运算器和存储器如何协同工作二、预习要求：二、预习要求：预习半导体静态随机存储器 6116 的功能 三、实验设备：三、实验设备：EL-JY-II 型计算机组成原理实验系统一套，排线若干四、实验原理：四、实验原理：电路图见图 2-1，6116 的管脚分配和功能见图 2-2图图 2-1 存储器电路存储器电路图图2-2（（a）） 6116 管脚分配管脚分配 图图 2-2（（b）） 6116 功能功能 实验中的静态存储器由 2 片 6116（2K×8）构成，其数据线 D0~D15 接到数据总线，地址线 A0~A7 由地址锁存器 74LS273(集成于 EP1K10 内)给出。

黄色地址显示灯 A7-A0 与地址总线相连，显示地址总线的内容绿色数据显示灯与数据总线相连，显示数据总线的内容图 2-3 读写控制及地址寄存器电路6116 有三个控制线，/CE（片选）、/R（读）、/W（写）其写时间与 T3 脉冲宽度一致当 LARI 为高时，T3 的上升沿将数据总线的低八位打入地址寄存器当 WEI 为高时，T3 的上升沿使 6116 进入写状态五、实验内容：五、实验内容：学习静态 RAM 的存储方式，往 RAM 的任意地址里存放数据，然后读出并检查结果是否正确六、实验步骤六、实验步骤1、 按图 2－4 接线图接线：MDJ2MDJ1MAJ1CEWEAD7……AD0BD15……BD8B BD D7 7…………B BD D0 0WEILARIWRfinT3CELARWE数据总线主存储器电路控 制 开 关地址总线微控器接口DIJ2D DI IJ J1 1数据输入电路DIJ-GC-G控 制 总 线 f/8脉冲源T32、拨动清零开关 CLR，使其指示灯显示状态为亮—灭—亮3、往存储器写数据：图图 2-3 实验接线图实验接线图以往存储器的（FF） 地址单元写入数据“AABB”为例，操作过程如下： (操作。