实验二 脱机运算器实验及实验二 组合逻辑电路的设计与测试

计算机学院软件工程专业<>班学号：姓名协作者教师评定实验题目脱机运算器实验一、实验目的：深入了解AM2901运算器的功能与具体用法；深化运算器部件的组成、设计、控制与使用等知识二、实验设备与器材：TEC-XP+教学实验系统三、实验说明和原理：脱机运算器实验，是指让运算器从数学计算机整机中脱离出来，此时，他的全部控制与操作均需通过两个12位的卫星开关来完成，这就谈不上执行指令，只能通过开关，案件控制数学机的运算器完成指定的运算功能，并通过指示灯观察运算器结果。下面先把前边几讲过的，与该实验直接有关的结论性内容汇总如下。1、12位微型开关的具体控制功能分配如下：A口，B口地址：送给AM2901器件用于选择源与目的操作数的寄存器编号：I8-I0：选择操作数来源，运算操作功能，选择操作数处理结果和运算器输出内容的3组3位的控制码：SCI、SSH和SST：用于确定运算器最低位的进位输入，移位信号的入/出和怎样处理AM2901产生的状态标志位的结果。2、开关位置说明：做脱机运算器实验时，要用到提供24位控制信号的微动开关和提供16位数据的拔动开关。微动开关是红色的，一共有三个，一个微动开关可以提供12位的控制信号，三个开关分别标有SW1microswitch1和SW2microswitch和SW3microswitch，他们所对应的控制信号见下表；数据开关是黑色的，左边的标有SWH的是高8位：右边的标有SWL的是低8位。微动开关与控制信号对应关系见表：微动开关与控制信号对应关系表SW1MicroswitchSW2MicroswitchSW3MicroswitchT3-T0REQ/MIO/WEI2-I0I8-I7I6-I3BPORTAPORTSSTSSHSCIDC2DC13、开关检测红色微动开关是该实验系统使用寿命最短的器件，开关好坏的检测方法比较简单，用户将五个控制机器工作方式的开关置于“1XX00”，从左面其第二个和第三个的开关处于任意位置，然后将两个未动开关上的24小纽子依次置为1（开关拨到上方为1），看对应的指示灯是否亮，如果有一个或数个指示灯不亮，则一般是开关出了问题。四、实验内容：在脱机方式下，对于给定指令分析其执行过程中运算的步骤，通过对AM2901运算器反需控制信号的设置，使之完成运算，并核对运算结果。实验步骤：在脱机方式下，通过设置SW1、SW2、SW3各微码字段和数据开关，可实现多种运算。以实现AAAAH→R1为例说明操作过程。1、按照下表中的微码和数据开关，对运算器的功能进行设置。操作步骤如下：微动开关及数据开关设置微动开关数据开关I8-I6I5-I3I2-I0SSTSSHSCiBAD15-D00110001110010000001不用AAAAH将教学机左下方的6个拨动开关置为1XX000（单步、16位、脱机、MACH）；先按一下RESET按键，再按一下START按键，进行初始化。通过16个数据开关设置立即数AAAAH。通过SW1、SW2、SW3设置各微码。按一次START键，立即数XXXXH置入R1，通过显示灯察看按START键后的输出。若要进行其它操作：重新设置SW1、SW2、SW3、数据开关，通过显示灯观察输出。然后按START键执行操作，通过显示灯观察按下START键后的输出，检查运算结果是否正确。完成下表的各种运算，记录按START键前和按START键后的ALU输出及标志位C、Z、V、S的值。指令微码及输出状态表运算I8-I0SSTSSHSCIBA压START前压START后ALU输出CZVSALU输出CZVS0101→R00110001110010000000不用0101随机010100001010→R10110001110010000001不用1010000010100000R0+R1→R001100000100l000000000011111000021210000R0-R1→R001100100100100l0000000101010000F0F01000R1-R0→R101100100100100l000l00000F0F10000E0E1000R0∨Rl→R0011011001001000000100000F0F10000F1000R0∧R1→R0011100001001000000000010101100001011000R0⊕R1→R0011110001001000000000010E0E100001011000¬(R0⊕R1)→R00111110010010000000000lFEFE10000E0E10012*R0→R01110100110010000000不用FEFE100lF0F00001R0/2→010100001100100000000不用FDFC00017EFE0001六、思考题:分析比较各指令按START键前和按START键后的值，是否有不同并解释。答：大多数指令按START键前和按START键后的值不一样，这是因为按START键后会继续执行运算。 七、实验心得:首先，我意识到动手对做实验的重要性。再者，通过这次实验，初步了解了AM2901运算器的基本结构，学会了分析指令执行过程中运算的步骤，初步掌握微动开关及数据开关的设置，了解到拨动开关设置正确与否对实验的影响，拨动开关若设错，实验会无法进行。实验二组合逻辑电路的设计与测试一、实验目的1、掌握组合逻辑电路的设计方法及功能测试方法。2、熟悉组合电路的特点。二、实验原理1、使用中、小规模集成电路来设计组合电路是最常见的逻辑电路。设计组合电路的一般步骤如图2－1所示。图2－1组合逻辑电路设计流程图根据设计任务的要求建立输入、输出变量，并列出真值表。然后用逻辑代数或卡诺图化简法求出简化的逻辑表达式。并按实际选用逻辑门的类型修改逻辑表达式。根据简化后的逻辑表达式，画出逻辑图，用标准器件构成逻辑电路。最后，用实验来验证设计的正确性。2、组合逻辑电路设计举例用“与非”门设计一个表决电路。当四个输入端中有三个或四个为“1”时，输出端才为“1中。表2－1D0000000011111111A0000111100001111B0011001100110011C0101010101010101Z0000000100010111表2－2DABC00011110000000010010110111100010由卡诺图得出逻辑表达式，并演化成“与非”的形式Z＝ABC＋BCD＋ACD＋ABD＝根据逻辑表达式画出用“与非门”构成的逻辑电路如图2－2所示。图2－2表决电路逻辑图用实验验证该逻辑功能在实验装置适当位置选定三个14P插座，按照集成块定位标记插好集成块CC4012。按图2－2接线，输入端A、B、C、D接至逻辑开关输出插口，输出端Z接逻辑电平显示输入插口，按真值表（自拟）要求，逐次改变输入变量，测量相应的输出值，验证逻辑功能，与表2－1进行比较，验证所设计的逻辑电路是否符合要求。三、实验设备与器件1、＋5V直流电源2、逻辑电平开关3、逻辑电平显示器4、直流数字电压表5、CC4011×2（74LS00）CC4012×3（74LS20）CC4030（74LS86）CC4081（74LS08）74LS54×2(CC4085)CC4001(74LS02)四、实验内容1、设计用与非门及用异或门、与门组成的半加器电路。（1）真值表如下表ABSC0000011010101101(2)简化逻辑表达式为（3）逻辑电路图如下2、设计一个一位全加器，要求用异或门、与门、或门组成。用四2输入异或门（74LS86）和四2输入与非门（74LS00）设计一个一位全加器。（1）列出真值表如下表。其中Ai、Bi、Ci分别为一个加数、另一个加数、低位向本位的进位；Si、Ci+1分别为本位和、本位向高位的进位。AiBiCiSiCi+10000000110010100110110010101011100111111（2）由全加器真值表写出函数表达式。（3）将上面两逻辑表达式转换为能用四2输入异或门（74LS86）和四2输入与非门（74LS00）实现的表达式。（4）画出逻辑电路图如下图，并在图中标明芯片引脚号。按图选择需要的集成块及门电路连线，将Ai、Bi、Ci接逻辑开关，输出Si、Ci+1接发光二极管。改变输入信号的状态验证真值表。3、按图2－2接线，输入端A、B、C、D接至逻辑开关