计算机组成原理实验教程(2016).doc

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1、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。7、实验结束后收好线，关闭电源，清理桌面，将椅子摆放整齐。

2、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

3、。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

4、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。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0

5、000XF=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=A减B（FC，FZ）1100XF=A减1（FC，FZ）1101XF=A加1（FC，FZ）1

6、110X（保留）1111X（保留）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

7、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，观察运算器的输出。置ALU_B=0、LDA=0、LDB=0，然后按表1-1置S3、S2、S1、S0和Cn的数值，并

8、观察数据总线LED显示灯显示的结果。如置S3、S2、S1、S0为0010，运算器作逻辑与运算，