DVCC-C8JH计算机组成原理实验指导书print.doc

计算机组成原理实验指导书李翠玉 主编沈阳工业大学2010年8月前 言计算机组成原理是计算机科学与技术及相关专业的一门专业基础课，是工程性、技术性和实践性都非常强的一门课程，不仅在开展理论教学中讲授计算机的基本组成与工作原理的基础知识的同时，还要重视实践教学环节以训练学生一定的硬件实践动手能力。计算机组成原理实验是利用中大规模集成电路等器件，对组成计算机的各相关部件进行逻辑设计、连线及测试。在实验过程中，通过对各部件的实现原理进行逻辑设计，经过对器件的选择及连线、编译、仿真等工作后，对于设计出的各个部件进行正确性测试。本实验实践环节在课程教学内容基础上提出基础实验和深度更广、综合性更强的设计性实验，要求学生通过基本实验验证运算器的算术逻辑运算、存储器的读写操作和寄存器、存储器、外设之间的数据传送通路等内容。在设计性实验中给出设计要求和设计思路，由学生自行设计和调试，独立完成，加深学生对计算机的组成原理和指令在计算机中运行过程的理解，学生可体验设计一个简单计算机模型的方案、通过微指令、微程序的设计实现计算机的基本功能、不断调试最终达到设计要求的全过程。课程实验环节的目的是帮助学生系统地掌握计算机中的运算器、寄存器、译码电路、存储器、和存储微指令的控制存储器等硬件组成的相关知识，实现知识融会贯通的目的。通过实验使学生在实际操作中加深对计算机硬件组成与设计、指令的调试和运行维护等多方面的技能，同时训练一定的实验动手能力。也使学生系统科学地受到分析问题和解决问题的训练，制定了一些实验项目。本书由李翠玉主编，由于作者水平有限，加之时间紧迫，书中难免有疏漏之处，请广大读者批评指正。 作 者 2010年8月目 录dvcc系列计算机组成原理系统概述1第二章 调试软件简介5实验一 8位算术逻辑运算实验8实验二 带进位控制8位算术逻辑运算实验14实验三 16位算术逻辑运算实验20实验四 移位运算器实验26实验五 存储器实验30实验六 数据通路实验35实验七 微控制器实验38第一章 dvcc系列计算机组成原理系统概述一、dvcc系列计算机组成原理系统简介dvcc系列计算机组成原理系统是江苏启动计算机公司研制的。dvcc实验机能很好地完成计算机硬件系统各功能部件的教学实验，它包括运算器部件、控制器部件、主存储器部件、总线和几种最重要的外设接口实验，包括中断、定时计数器、输入/输出接口等，在相应软件的配合下，将各功能部件有机的结合起来，完成计算机整机的实验。通过它能体现出重要教学内容、能完成主要教学实验项目。在基本系统上支持多项扩展功能，它包括一个在系统大规模可编程器件，一个并行接口电路。dvcc系列实验系统可支持高级与初级两个层次上两种方式的实验，高层次的实验方式是指dvcc系列机与pc微机连起来运行，可以动态显示整个实验过程中数据流的流向和当前的各种参数；初级实验方式是指不接任何计算机外围设备，只用dvcc系列机上的开关、按键及指示灯、数码管显示器等操作，控制实验机的运行，同时显示运行的结果。二、dvcc系列计算机组成原理系统硬件技术指标1、实验系统的字长为8位、16位兼容设计。可进行16位运算器实验。 2、实验系统的基本指令系统类pc 机，有多种指令格式，多种寻址方式。 3、主存储器采用8k字节静态存储器6264，用于存放用户程序和数据。 4、由4片4位的算术逻辑单元功能发生器级联而成16位运算器。另配有一个双向通用移位/寄存器，以实现逻辑移位功能。 5、控制器采用微程序方案实现，控存字长为24位，可用最大容量为1024字节，且用电可擦写的e2rom存储器芯片组成，支持动态微程序设计。 6、实验系统上配有一个rs232串行接口，能直接与微机相连，在软件的配合下，完成全部的部件实验和整机组成实验。 7、作为实验系统的扩展部分：（1）主板上扩展有一个6000门cpld器件，以实现可重构原理计算机组成设计实验以及系统结构的实验，培养学生综合设计能力；（2）扩展有并行i/o口8255、定时/计数器8253，便于学生掌握计算机i/o口扩展方法；（3）配有万能接线板组成的通用实验板。 8、实验系统工作频率源由555时基电路和74ls123可再触发单稳态多谐振荡器组成产生，频率范围为330hz580hz。 9、实验系统上装有24个微程序输入开关，16个数据开关，18个控制开关，2个微动开关和2位七段数码管以及多个发光二极管等。在不接入计算机的情况下能在手动方式下完成全部部件实验和整机组成实验。而且数据的输入/输出显示为高电平亮，低电平灭，符合人们的习惯。 10、实验系统须采用总线结构，使实验计算机具有结构简单清晰、扩展方便、灵活易变等诸多优点，实验时只要少些接线即可。 三、dvcc系列计算机组成原理系统软件性能1、独创的查错功能，通过上位机软件实时显示硬件运行情况，错误定位一目了然。 2、代码程序、微程序直接屏幕编辑。 3、微程序动作屏幕上直接解释，让学生充分理解计算机系统硬件与软件的结合点。 4、实验原理、目的、内容和动态调试软件集成于一体，计算机内部程序运行流程彩色动态显示，直观生动，便于多媒体教学。 5、提供双通道虚拟示波器，用于实验过程中信号的观察，以便在设计性、创新性实验过程中及时分析排除故障，这样，可以减少实验室硬件设备的投入，提高实验设备的综合利用率。四、dvcc系列计算机组成原理实验机平面图dvcc系列实验机平面图如图1所示。从图1中可看到，dvcc系列实验机为学生提供了运算器alu、寄存器堆模块、指令部件模块、内存模块、微程序模块、启停和时序电路模块、控制台控制模块以及扩展模块。各功能模块的输出均通过三态器件，部分模块间的总线已连好，另一部分模块的总线学生可按需要连接。各模块所用的控制线全部用跳线器跳接，简单方便。- 2 -i/o扩展区扩展数据输出显示总线数据显示数据输入并显示微地址控制微地址显示微地址输入微程序模块启动运行手动脉冲编程写读运行单步运行方式停止运行控制swcswa总清外部总线内部总线程序ramrs232串行通信口低8位运算器地址总线显示24个微程序输入开关高8位运算器部分信号控制开关手动、自动切换跳线器图1-1 dvcc-c8jh实验机平面图- 44 -第二章 调试软件简介dvcc实验机系统在控制软件的协调控制下，提供灵活的实验操作方式。在实验计算机独立使用时，通过拨动开关及发光二极管以及二进制数码形式进行输入、编程、显示、调试，而且数据的输入/输出显示为高电平亮，低电平灭，符合人们的习惯。在实验计算机通过rs232通信接口与上位机联机时，可以在上位机上进行编程、相互传送装载实验程序、动态调试和运行实验程序等全部操作，实验者可根据实验题目的需要在两种实验操作方式之间随意切换。dvcc实验计算机系统提供windows环境下集成调试软件，有多个显示窗口，如寄存器窗口、微代码窗口、程序代码窗口、动态代码调试窗口、实时数据流动显示窗口等，可在屏幕上显示本实验计算机的组成逻辑示意图，如图2所示。在此环境下，微代码、程序代码可以直接在屏幕上修改或编程；微代码字段可以直接动作解释；调试运行过程实时动态跟踪显示，如数据流的流向及数据总线、地址总线、控制总线的各种信息，使调试过程极为生动形象；并具有逻辑示波器测量等强大功能。为同学们提供了良好的实验操作环境，增强同学们的学习、实验的兴趣，从而提高教学效果。在dvcc实验计算机上还配有双通道虚拟示波器测量软件，用于实验过程中信号的观察，以便在设计性、创新性实验过程中及时分析排除故障，这样，可以减少实验室硬件设备的投入，提高实验设备的综合利用率。dvcc实验计算机系统的集成调试软件的硬件要求： 一台 ibm 兼容个人计算机，至少 pentium 或 pentiumii或更高。 光驱和鼠标； microsoft windows95/97/98/nt/2000 操作系统； 至少32兆内存，建议使用64兆； 至少4兆可用硬盘空间； 至少256色显示卡。图2-1 dvcc计算机系统的windows环境下集成调试软件界面 第三章 计算机各部件实验实验一 8位算术逻辑运算实验一、实验目的1、掌握算术逻辑运算器单元alu（74ls181）的工作原理。2、掌握简单运算器的数据传送通路组成原理。3、验证算术逻辑运算功能发生器74lsl8l的组合功能。4、按给定数据，完成实验指导书中的算术逻辑运算。二、实验内容1、实验原理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以并串形成8位字长的alu构成。运算器的输出经过一个三态门74ls245 （u33）到aluo1插座，实验时用8芯排线和内部数据总线busd0d7插座busl6中的任一个相连，内部数据总线通过lzdolzd7显示灯显示；运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器74ls273（u29、u30）锁存，两个锁存器的输入并联后连至插座alubus，实验时通过8芯排线连至外部数据总线exd0d7插座exjlexj3中的任一个；参与运算的数据来自于8位数据开并kd0kd7，并经过一三态门74ls245（u51）直接连至外部数据总线exd0exd7，通过数据开关输入的数据由ld0ld7显示。 图1.1中算术逻辑运算功能发生器74ls18l（u3l、u32）的功能控制信号s3、s2、sl、s0、cn、m并行相连后连至sj2插座，实验时通过6芯排线连至6位功能开关插座uj2，以手动方式用二进制开关s3、s2、s1、s0、cn、m来模拟74lsl8l（u31、u32）的功能控制信号s3、s2、s1、s0、cn、m；其它电平控制信号lddrl、lddr2、alub、swb以手动方式用二进制开关lddrl、lddr2、alub、swb来模拟，这几个信号有自动和手动两种方式产生，通过跳线器切换，其中alub、swb为低电平有效，lddrl、lddr2为高电平有效。另有信号t4为脉冲信号，在手动方式下进行实验时，只需将跳线器j23上t4与手动脉冲发生开关的输出端sd相连，按动手动脉冲开关，即可获得实验所需的单脉冲。2、实验接线本实验用到4个主要模块：（1）低8位运算器模块（2）数据输入并显示模块（3）数据总线显示模块（4）功能开关模块（借用微地址输入模块）。根据实验原理详细接线如下：（1）alubus连exj3；（2）alu01连busl；（3）sj2连uj2； （4）跳线器j23上t4连sd； （5）lddrl、lddr2、alub、swb四个跳线器拨在左边(手动方式)；（6）ar跳线器拨在左边，同时开关ar拨在“1”电平。3、实验步骤（1）连接线路，仔细查线无误后，接通电源。（2）用二进制数码开关kd0kd7向drl和dr2寄存器置数。方法：关闭alu4输出三态门(alub=1)，开启输入三态门(swb=0)，输入脉冲t4按手动脉冲发生按钮产生。设置数据开关具体操作步骤图示如下：lddr1=1lddr2=0t4= 数据开关置数开输入三态门数据存入寄存器dr1alub=1swb=0kd7kd000110101数据开关置数开输入三态门数据存入寄存器dr2alub=1swb=0lddr1=0lddr2=1t4= kd7kd001001000说明：lddrl、lddr2、alub、swb四个信号电平由对应的开关lddrl、lddr2、alub、swb给出，拨在上面为“1”，拨在下面为“0”，电平值由对应的显示灯显示，t4由手动脉冲开关给出。 （3）检验drl和dr2中存入的数据是否正确，利用算术逻辑运算功能发生器74lsl 8l的逻辑功能进行验算，即m=1。具体操作如下：关闭数据输入三态门swb=1，打开alu输出三态门alub=0，当置s3、s2、s1、s0、m为11111时，总线指示灯显示dr1中的数，而置成10101时总线指示灯显示dr2中的数（4）验证74lsl81的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑）在给定drl35、dr2=48的情况下，改变算术逻辑运算功能发生器的功能设置，观察运算器的输出，填入实验报告表中，并和理论分析进行比较、验证。三、实验电路本实验中使用的运算器数据通路如图1.1所示。四、74ls181功能表实验中用到的运算器74ls181功能表如表1.1所示。表1.1 运算器74ls181功能表（正逻辑）4位alus3 s2 s1 s0（算数运算）（逻辑运算）n=1无进位n=0有进位0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1f=af=a+bf=a+bf=减1f=a加（a*b）f=（a+b）加（a*b）f=a减b减1f=（a*b）减1f=a加a*bf=a加bf=（a+b）加a*bf=a*b减1f=a加af=（a+b）加af=（a+b）加af=a减1f=a加1f=（a+b）加1f=（a+ b）加1f=0f=a加（a*b）加1f=(a+b)加(a* b)加1f=a减bf=（a*b）f=a加a*b加1f=a加b加1f=(a+ b)加a*b加1f=a*bf=a加a加1f=(a+b)加a加1f=(a+ b)加a加1f=af= af=（a+b）f= a*bf=0f= (a*b)f= bf=(ab)f=(a* b)f= a+bf= (ab)f=bf=a*bf=1f=a+bf=a+bf=a其中：“+”表示或运算；“*”表示与运算；“”表示异或运算图1.1 运算器数据通路五、实验数据1、实验数据记录加数1 dr1加数2dr2s3s2 s1s0m0（算术运算）m1（逻辑运算）cn=1无进位cn=0有进位35480000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111ff f ff f ffff f f f f f f ff f f f f f f f f f f f f f f fffffff f f f f f f f f f 加数1dr1加数2dr2s3s2 s1s0m0（算术运算）m1（逻辑运算）cn=1无进位cn=0有进位354800000001010101111011110011011111f（35）f（7d）f（b2）f（34）f（ff）f（6a）f（b2） f（34） f（36）f（7e）f（b3） f（35） f（00）f（6b） f（b3）f（35）f（ca）f（82）f（b7）f（35） f（00） f（ff）f（b7）f（35）2、 理论计算结果 六、思考题1、在向dr1和dr2寄存器置数时s3、s2、s1、s0、m、cn如何设置？2、dr1置数完成后，如果不关闭控制端，lddr1会怎样？3为什么在读取74ls181的输出结果时要打开输出三态门的控制端alub ？实验二 带进位控制8位算术逻辑运算实验一、实验目的1、验证带进位控制的算术逻辑运算发生器74lsl8l的功能。2、按指定数据完成几种指定的算术运算。 二、实验内容1、实验原理带进位控制运算器的实验原理如图2.1所示，在实验一的基础上增加进位控制部分，其中高位74ls181（u31）的进位cn4通过门un4e、un2c、un3b进入un5b的输入端d，其写入脉冲由t4和ar信号控制，t4是脉冲信号，在手动方式下进行实验时，只需将跳线器j23上t4与手动脉冲发生开关的输出端sd相连，按动手动脉冲开关，即可获得实验所需的单脉冲。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。从图中可以看出，ar必须为“0”电平，d型触发器74ls74（un5b）的时钟端clk才有脉冲信号输入。才可以将本次运算的进位结果cy锁存到进位锁存器74ls74（un5b）中。2、实验接线实验连线(1)(5)同实验一，详细如下：（1）alubus连exj3；（2）aluo1连busl；（3）sj2连uj2；（4）跳线器j23上t4连sd；（5）lddrl、lddr2、alub、swb四个跳线器拨在左边（手动方式)；（6）ar、299b跳线器拨在左边，同时开关ar拨在“0电平，开关299b拨在“1”电平；（7）j25跳线器拨在右边。（8）总清开关拨在“1”电平。若总清开关拨在“0”电平，cy清零。3、实验步骤（1）仔细查线无误后，接通电源。（2）用二进制数码开关kdokd7向drl和dr2 寄存器置数。方法：关闭alu输出三态门alub=1，开启输入三态门swb=0，输入脉冲t4按手动脉冲发生按钮产生。如果选择参与操作的两个数据分别为55h、aah，将这两个数存入dr1和dr2的具体操作步骤如下：lddr1=1lddr2=0t4= 数据开关置数开输入三态门数据存入寄存器dr1alub=1swb=0kd7kd001010101lddr1=0lddr2=1t4= 数据开关置数开输入三态门数据存入寄存器dr2alub=1swb=0kd7kd010101010（3）开关alub=0，开启输出三态门，开关swb=1，关闭输入三态门，同时让lddr1=0，lddr2=0。（4）如果原来有进位，cy=1，进位灯亮，但需要清零进位标志时，具体操作方法如下：u ar信号置为“0”电平，drl寄存器中的数应小于ff。u s3、s2、s1、s0、m的状态置为0 0 0 0 0。u 按动手动脉冲发生开关，cy=0，即清进位标志。注：进位标志指示灯cy亮时，表示进位标志为“1”，有进位；进位标志指示灯cy灭时，表示进位位为“0”，无进位。（5）验证带进位运算及进位锁存功能 这里有两种情况：l 进位标志已清零，即cy=0，进位灯灭。 使开关cn=0，再来进行带进位算术运算。例如步骤（2）参与运算的两个数为55h和aah，当s3、s2、s1、s0状态为10010，此时输出数据总线显示灯上显示的数据为drl加dr2再加初始进位位“1” （因cn=0），相加的结果应为alu=00，并且产生进位，此时按动手动脉冲开关，则进位标志灯亮，表示有进位。 使开关cn=1，当s3、s2、s1、s0状态为10010，则相加的结累alu=ff，并且不产生进位。l 原来有进位，即cy=1，进位灯亮。此时不考虑cn的状态，再来进行带进位算术运算。同样步骤（2）参与运算的两个数为55h和aah，当s3、s2、s1、s0、m状态为10010，此时输出数据总线显示灯上显示的数据为drl加dr2再加当前进位标志cy，相加的结果同样为alu=00，并且产生进位，此时按动手动脉冲开关，则进位标志灯亮，表示有进位。三、实验电路带进位控制运算器的实验原理电路如图2.1所示。四、验证两种操作下带进位的运算功能的实验数据记录 cy=0 进位灯灭dr1dr2s3 s2 s1 s0m=0,cn=0(带进位算术运算) 运算结果运算后进位状态cy理论计算结果8ch9fh0 0 0 00 0 0 10 1 1 01 0 0 11 1 0 01 1 0 1 cy=1 进位灯亮dr1dr2s3 s2 s1 s0m=0, cy=1(带进位算术运算) 运算结果运算后进位状态 cy理论计算结果8ch9fh0 0 0 00 0 0 10 1 1 01 0 0 11 1 0 01 1 0 1五、思考题1、如何在进位运算操作前对进位标志清零？2、在进行进位运算操作时，在何种情况下要对进位标志清零？3、分析硬件电路说明在什么条件下，才能锁存8位运算后的进位标志？图2.1 带进位控制运算器的数据通路实验三 16位算术逻辑运算实验一、实验目的1、验证算术逻辑运算功能发生器 74ls181的16位运算组合功能。2、掌握16位运算器的数据传送通路组成原理。3、按要求和给出的数据完成几种指定的算术逻辑运算。二、实验内容1、实验原理16位运算器数据通路如图3.1所示，其中运算器由四片74ls181以并串形成16位字长的alu构成。低8位运算器的输出经过一个三态门74ls245（u33）到aluo1插座，实验时用8芯排线和内部数据总线busd0d7插座bus16中的任一个相连，低8位数据总线通过lzd0lzd7显示灯显示；高8位运算器的输出经过一个三态门74ls245（u33）到aluo1插座，实验时用8芯排线和高8位数据总线busd8d15插座kbus1或kbus2相连，高8位数据总线通过lzd8lzd15显示灯显示；参与运算的四个数据输入端分别由四个锁存器74ls273（u29、u30、u29、u30）锁存，实验时四个锁存器的输入并联后用8芯排线连至外部数据总线exd0d7插座exj1exj3中的任一个；参与运算的数据源来自于8位数据开并kd0kd7，并经过一三态门74ls245（u51）直接连至外部数据总线exd0exd7，输入的数据通过ld0ld7显示。2、实验接线本实验需用到6个主要模块： 低8位运算器模块； 数据输入并显示模块； 数据总线显示模块； 功能开关模块（借用微地址输入模块）； 高8位运算器模； 高8位（扩展）数据总线显示模块。根据实验原理详细接线如下（接线同实验一）： alubus连exj3； aluo1连bus1； sj2连uj2； 跳线器j23上t4连sd； lddr1、lddr2、alub、swb四个跳线器拨至左侧（手动方式）； ar跳线器拨至左侧，同时开关ar拨至“1”电平； alubus 连exj2； aluo1 连kbus1； 跳线器j19、j25拨至左侧（16位alu状态）； 高8位运算器区跳线器zi2、cn0、cn4连上短路套。 aluo1连kbus1； 跳线器j19、j25拨至左侧（16位alu状态）； 高8位运算器区跳线器zi2、cn0、cn4连上短路套。图3.1 16位运算器数据通路图3、实验步骤（1）连接线路，仔细查线无误后，接通电源。（2）用二进制数码开关kd7kd0向dr1、dr2、dr3、dr4寄存器置数。方法：关闭alu输出三态门应使alub=1（即开关alub=1），开启输入三态门应使swb=0（即开关swb=0），选通哪一个寄存器用对应开关lddr1lddr4（高电平有效），其中lddr3、lddr4开关在高8位运算器上部，输入脉冲t4按手动脉冲发生按钮。设置数据开关具体操作步骤图示如下：kd7-d0=11111110数据开关置数alub=1swb=0开输入三态门lddr1=1lddr2=0数据存入寄存器dr1kd7-d0=00000010数据开关置数alub=1swb=0开输入三态门数据存入寄存器dr2lddr1=0lddr2=1kd7-d0=00000001数据开关置数alub=1swb=0开输入三态门数据存入寄存器dr3kd7-d0=00000001数据开关置数alub=1swb=0开输入三态门数据存入寄存器dr4lddr1=0lddr2=0lddr3=1lddr4=0lddr2=0lddr3=0lddr4=1lddr1=0t4=t4=t4=t4=说明：lddr1、lddr2、alub、swb、lddr3、lddr4六个信号电平由对应的开关lddr1、lddr2、alub、swb、lddr3、lddr4给出，拨至上面为“1”，拨至下面为“0”，电平值由对应显示灯显示；t4由手动脉冲开关给出。（3）验证74ls181的16位算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑）。开关swb=1，关闭输入三态门；开关alub=0，打开输出三态门；lddr1lddr4四个开关全拨至“0”电平。说明：如果要实现16位带进位控制算术逻辑运算，只需在实验二的基础上将开关ar=1置成ar=0即可。根据表3.1所示内容，置功能开关s3、s2、s1、s0、m、cn改变74ls181的算术运算和逻辑运算功能设置，观察运算器输出，将观察结果填入表3.1中，并将理论计算结果写入表3.2中，进行比较验证。加数1高位 dr3加数1低位 dr1加数2高位 dr4加数2低位 dr2s3 s2 s1 s0m0（算术运算）m1（逻辑运算）cn=1无进位cn=0有进位01fe 01020000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111ff f ff f ffff f f f f f f ff f f f f f f f f f f f f f f fffffff f f f f f f f f f 表3.1 实验结果 加数1高位 dr3加数1低位 dr1加数2高位 dr4加数2低位 dr2s3 s2 s1 s0m0（算术运算）m1（逻辑运算）cn=1无进位cn=0有进位01 fe 010200000001010101111011110011011111f( 01fe )f( 01fe ) f( 02fa )f( 00fb ) f( 0101 )f( 03fc )f( 03fc ) f( 01fd ) f( 01ff )f( 01ff ) f( 02fb ) f( 00fc ) f( 0102 ) f( 03fd ) f( 03fd ) f( 01fe ) f(fe01 )f(fe01 )f(fefd )f( 00fc )f( 0102 ) f( ffff ) f( ffff ) f( 01fe ) 表3.2 理论计算结果 注意：本实验做完后，拔掉连线alubus和aluo1，去掉短路套zi2、cn0、cn4。三、设计内容1、 若有两个16位二进制数 ：00ffh和2d5ah， 要求通过74ls181的运算，计算这两数相与的结果。（1）实现的方法（2）实验步骤（3）实验结果（4）理论计算结果2、 若有两个16位二进制数 ：1234h和a987h， 要求通过74ls181的运算，计算这两数之和。（1）实现的方法（2）实验结果（3）理论计算结果3、若被减数为7c69h和减数为1234h， 要求通过74ls181的运算，计算这两数之差。（1）实现的方法（2）实验结果（3）两数之差4、若被减数为1234 h和减数为7c69h， 要求通过74ls181的运算，计算这两数之差。和题4结果比较。（1）实验步骤（2）实验结果（3）实验结果表示的是什么（4）比较题4和题3结果，并加以说明。实验四 移位运算器实验一、实验目的验证移位控制器的组合功能。二、实验内容1、实验原理移位运算实验原理如图4.1所示。本实验使用了一片74ls299（u34）作为移位发生器，其八位输入输出端引到8芯排座aluo2，实验时用8芯排线连至数据总线插座bus4。299b信号由开关299b提供，控制其使能端，t4为其时钟脉冲，手动方式实验时将t4与手动脉发生器输出端sd相连，即j23跳线器上t4连sd。由信号s0 、s1、 m控制其功能状态，详细见表4.1。图4.1 移位运算实验原理图表4.1 74ls299功能表2、实验接线 aluo2连bus4； exj1连bus3； sj2连uj2； 跳线器alub、299b、swb拨至左侧（手动位置），且开关alub拨至“1”电平，299b拨至“0”电平。 跳线器j23的t4连sd； 总清开关拨到“1”位置。3、实验步骤 连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。 置数，具体步骤如下： 移位，参照表4.1改变s0、 s1、 m、 299b 的状态，按动手动脉冲开关以产生时钟脉冲t4，观察移位结果。kd7-d0=00110101数据开关置数swb=0开输入三态门s0=1s1=1数据置入移位寄存器swb=1关输入三态门t4=四、实验数据记录1、移位寄存器初始数据为：35h第1次按动手动脉冲开关，移位寄存器数据为：第2次按动手动脉冲开关，移位寄存器数据为：第3次按动手动脉冲开关，移位寄存器数据为：第4次按动手动脉冲开关，移位寄存器数据为：2、实验结果记录表置入移位寄存器数据进位cy299b s1 s0 m 移位操作移位后结果理论计算结果 9ah00 0 1 0100 0 1 1100 1 0 0100 1 0 11五、思考题若移位寄存器存放一个8位数，通过怎样的移位运算后可使移位寄存器存放的数据保持不变？实验五 存储器实验一、实验目的掌握静态随机存取存储器ram工作特性及数据的读写方法。二、实验内容1、实验原理主存储器单元电路主要用于存放实验机的机器指令，如图5.1所示，它的数据总线连到外部数据总线exd0exd7上；它的地址总线由地址寄存器单元电路中的地址寄存器74ls273（u37）给出，地址值由8个led灯lad0lad7显示，高电平点亮，低电平熄灭；在手动方式下，输入数据由8位数据开关kd0kd7提供，并经一三态门74ls245（u51）连至外部数据总线exd0exd7，实验时将外部数据总线exd0exd7用8芯排线连到内部数据总线busd0busd7，分时给出地址和数据。它的读信号直接接地；它的写信号和片选信号由写入方式确定。该存储器中机器指令的读写分手动和自动两种方式。手动方式下，写信号由w/r提供，片选信号由ce提供；自动方式下，写信号由控制cpu的p1.2提供，片选信号由控制cpu的p1.1提供。由于地址寄存器为8位，故接入6264的地址为a0a7，而高4位a8a12接地，所以其实际使用容量为256字节。6264有四个控制线：cs1为第一片选线、cs2为第二片选线、oe读出使能线及we写使能线。其功能如表5.1所示。cs1片选线由ce控制（对应开关ce）、oe读出使能线直接接地、we写使能线由w/r控制（对应开关we）、cs2直接接+5v。图5.1中信号线ldar由开关ldar提供，手动方式实验时，跳线器ldar拨至左侧，脉冲信号t3由实验机上时序电路模块ts3提供，实验时只需将j22跳线器连上即可，t3的脉冲宽度可调。2、实验接线 总清开关拨到“1”位置。mbus连bus2；exj1连bus3；跳线器j22的t3连ts3；跳线器j16的sp连h23；跳线器swb、ce、we、ldar拨至左侧（手动位置）。图5.1 主存储器单元电路表5.1 6264功能表工作方式i/o输入dido/oe/we/cs1非选择xhigh-zxxh读出high-zdolhl写入dihigh-zhll写入dihigh-zlll选择xhigh-zhhl3、实验步骤 连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。 形成时钟脉冲信号t3。方法如下：在时序电路模块中有两个二进制开关“运行控制”和“运行方式”。将“运行控制”开关置为“运行”状态、“运行方式”开关置为“连续”状态时，按动“运行启动”开关，则t3有连续的方波信号输出，此时调节电位器w1，用示波器观察，使t3输出实验要求的脉冲信号；本实验中“运行方式”开关置为“单步”状态，每按动一次“启动运行”开关，则t3输出一个正单脉冲，其脉冲宽度与连续方式相同。 向存储器的00地址单元中写入数据11，具体操作步骤如下：swb=0ce=1ldar=1t3= 数据开关置数开输入三态门数据置入地址寄存器ce=1swb=0swb=1kd7d0=00000000ldar=0swb=00swb=0ce=0we=1ldar=0t3= 数据开关置数开输入三态门数据置入存储器ramswb=1kd7d0=00010001如果要对其它地址单元写入内容，方法同上，只是输入的地址和内容不同。 读出刚才写入00地址单元的内容，观察内容是否与写入的一致。具体操作步骤如下：swb=0ce=1ldar=1t3= 数据开关置数开输入三态门数据置入地址寄存器ce=1swb=0swb=1kd7d0=00000000swb=1ce=0ldar=0we=0 数据从存储器读出三、实验数据记录1、根据存储器的读写原理，填写下表。控制信号写地址 写内容 读内容swb开关ldar开关ce 开关we开关2、记录向存储器写入数据的操作过程。按照前面介绍的实验步骤向存储器地址为00h， 01h，02h，03h，04h，05h的单元分别写入数据：55h，33h，44h，66h，08h，f0h。3、写出读出存储器单元内容的操作过程并记录以下地址单元读出的内容。地址内容地址内容0000000000000100000000010000010100000010000010000000001100000100四、根据电路图分析向存储器置数和从存储器读数的工作原理。五、思考题1、存储器的地址是放在哪个芯片中的，为什么在输入地址时，控制开关ce=1、 ldar=1？2、在读存储器内容时控制信号swb=1、ce=0、we=0、ldar=0的含义是什么？实验六 数据通路实验一、实验目的1、理解数据通路的概念及特性。2、掌握数据通路传输控制特性。二、实验内容1、实验原理数据通路就是将不同的设备，如存储器、输入设备、输出设备、寄存器等连至总线上。这些设备的输出都需要三态输出控制，如按照传输要求恰当有序的控制它们，便可以实现数据通路的传输。实验框图如图6.1所示。数据总线数据输入开关地址寄存器ar存储器ram数码管显示r0寄存器图6.1 数据通路的框图2、实验接线 regbus连exj2； exj1连bus1，mbus连bus2； 跳线器swb、ldar、ce、we拔至左侧（手动位置）； 拔掉跳线器j13，j14，j18，j24，j22，j23。 用单芯线连接j13（中间端ldr0）到uj2最右端，j14（中间端r0b）到uj2右端第二针，j18（中间端outwr）连uj2右端第三针，j24（中间端ledb）连uj2右端第四针，即ua0控制ldr0、ua1控制r0b、ua2控制outwr、ua3控制ledb。3、实验步骤 连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。 初始状态设为：关闭所有三态门（swb=1，ce=1，r0b=1，ledb=1），其它控制信号为ldar=0，ldr0=0，we=0，outwr=1。 送数据63到寄存器r0