计算机组成原理实验教程[2016][1]

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1、word格式文档计算机组成原理实验教程山西大学计算机与信息技术学院2015年8月专业整理word格式文档专业整理word格式文档实验系统硬件布局图实验注意事项1、根据实验要求接线。由于实验箱中配备的排线只有2口、4口、6口和8口四种,当需要用1口、3口线时,可用2口、4口替代,但要注意连线两端的颜色一定要对应。2、接好线路并检查无误后,再打开实验箱的电源。3、插线、拔线前一定要关闭电源,不要带电操作。4、电源关闭后,不能立即重启,至少间隔30秒。5、使用前后仔细检查主机板,防止导线、元件等物品落入导致线路短路、元件损坏。6、实验分组第一次确定后,即固定不变

2、。7、实验结束后收好线,关闭电源,清理桌面,将椅子摆放整齐。专业整理word格式文档实验一基本运算器实验1.1实验目的(1)了解运算器的组成结构。(2)掌握运算器的工作原理。1.2实验设备PC机一台,TD-CMA实验系统一套。1.3实验原理本实验的原理如图1-1所示。运算器内部含有三个独立运算部件,分别为算术、逻辑和移位运算部件,要处理的数据存于暂存器A和暂存器B,三个部件同时接受来自A和B的数据,各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3…S0和CN来决定,任何时候,多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU的输出。如果是影响进位的运算,还将置进位

3、标志FC,在运算结果输出前,置ALU零标志。ALU中所有模块集成在一片CPLD中。图1-1运算器原理图运算器部件由一片CPLD实现。ALU的输入和输出通过三态门74LS245连到CPU内总线上,另外还有指示灯标明进位标志FC和零标志FZ。请注意:实验箱上凡丝印标注有马蹄形标记‘’,表示这两根排针之间是连通的。图中除T4和CLR,其余信号均来自于ALU单元的排线座,实验箱中所有单元的T1、T2、T3、T4都连接至控制总线单元的T1、T2、T3、T4,CLR都连接至CON单元的CLR按钮。T4由时序单元的TS4提供,其余控制信号均由CON单元的二进制数据开关模

4、拟给出。控制信号中除T4为脉冲信号外,其余均为电平信号,其中ALU_B为低有效,其余为高有效。暂存器A和暂存器B的数据能在LED灯上实时显示,原理如图1-2所示(以A0为例,其它相同)。进位标志FC、零标志FZ和数据总线D7…D0的显示原理也是如此。专业整理word格式文档1KVCCA0图1-2A0显示原理图ALU和外围电路的连接如图1-3所示,图中的小方框代表排针座。运算器的逻辑功能表如表1-1所示,其中S3S2S1S0CN为控制信号,FC为进位标志,FZ为运算器零标志,表中功能栏内的FC、FZ表示当前运算会影响到该标志。图1-3ALU和外围电路连接原理

5、图表1-1运算器逻辑功能表(表中“X”为任意态,下同)运算类型S3S2S1S0CN功能逻辑运算0000XF=A(直通)0001XF=B(直通)0010XF=AB(FZ)0011XF=A+B(FZ)0100XF=A'(FZ)移位运算0101XF=A不带进位循环右移B(取低3位)位(FZ)01100F=A逻辑右移一位(FZ)1F=A带进位循环右移一位(FC,FZ)01110F=A逻辑左移一位(FZ)1F=A带进位循环左移一位(FC,FZ)算术运算1000X置FC=CN(FC)1001XF=A加B(FC,FZ)1010XF=A加B加FC(FC,FZ)1011XF

6、=A减B(FC,FZ)1100XF=A减1(FC,FZ)1101XF=A加1(FC,FZ)1110X(保留)1111X(保留)专业整理word格式文档1.4实验步骤(1)按图1-4连接实验电路,并检查无误。图中将用户需要连接的信号用圆圈标明(其它实验相同)。图1-4实验接线图(2)将时序与操作台单元的开关KK2置为‘单拍’档,开关KK1、KK3置为‘运行’档。(3)打开电源开关,如果听到有‘嘀’报警声,说明有总线竞争现象,应立即关闭电源,重新检查接线,直到错误排除。然后按动CON单元的CLR按钮,将运算器的A、B和FC、FZ清零。(4)用输入开关向暂存器A

7、置数。①拨动CON单元的SD27…SD20数据开关,形成用户指定的二进制数,数据显示亮为‘1’,灭为‘0’。②置LDA=1,LDB=0,连续按动时序单元的ST按钮,产生一个T4上升沿,则将二进制数置入暂存器A中,暂存器A的值通过ALU单元的A7…A0八位LED灯显示。(5)用输入开关向暂存器B置数。①拨动CON单元的SD27…SD20数据开关,形成另外一个二进制数。②置LDA=0,LDB=1,连续按动时序单元的ST按钮,产生一个T4上升沿,则将二进制数置入暂存器B中,暂存器B的值通过ALU单元的B7…B0八位LED灯显示。(6)改变运算器的功能设置,观察运

8、算器的输出。置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0,然后按表1-

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