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1、计算机组成原理实验计算机组成原理实验计算机组成原理计算机组成原理 实验实验实验教材：计算机组成原理实验指导书实验教材：计算机组成原理实验指导书实验教材：计算机组成原理实验指导书实验教材：计算机组成原理实验指导书5/16/20231计算机组成原理实验计算机组成原理实验实验实验1 1 运算器实验运算器实验 实验实验3 3 数据通路实验数据通路实验实验实验2 2 存储器实验存储器实验实验目录实验实验4 4 微程序控制实验微程序控制实验实验实验5 5 基本模型机的设计与实现基本模型机的设计与实现5/16/20232计算机组成原理实验计算机组成原理实验实验一 运算器实验 实验目的和要求 实验设备 实验内
2、容 实验步骤 实验注意事项5/16/20233计算机组成原理实验计算机组成原理实验1.1 实验目的和要求实验目的和要求 熟悉实验装置熟悉实验装置学习算术逻辑单元电路的构成及其工作原理，学习算术逻辑单元电路的构成及其工作原理，掌握运算器实验的数据传送通路的结构及不同掌握运算器实验的数据传送通路的结构及不同实验状态下的各运算数据的流程。实验状态下的各运算数据的流程。验证运算功能发生器（验证运算功能发生器（74LS18174LS181）的组合功能）的组合功能 按指定的数据完成几种指定的算术和逻辑运算按指定的数据完成几种指定的算术和逻辑运算 5/16/20234计算机组成原理实验计算机组成原理实验1.
3、2 实验设备实验设备 JYS-4JYS-4计算机组成原理教学实验装置计算机组成原理教学实验装置排线、导线若干排线、导线若干5/16/20235计算机组成原理实验计算机组成原理实验JYS-4硬件系统 布局图5/16/20236计算机组成原理实验计算机组成原理实验1.3 实验内容实验内容 1）熟悉算术逻辑运算单元电路实验原理）熟悉算术逻辑运算单元电路实验原理算术逻辑运算单元电路的结构算术逻辑运算单元电路的结构使用使用2 2片片74LS18174LS181以并串连形式构成以并串连形式构成8 8位字长位字长ALUALU，ALUALU输输出经过三态门同数据总线相连。运算器的两输入端的出经过三态门同数据总
4、线相连。运算器的两输入端的数据分别由两个锁存器锁存，锁存器输入与数据总线数据分别由两个锁存器锁存，锁存器输入与数据总线相连，数据开关用来给出参与运算的数据，通过三态相连，数据开关用来给出参与运算的数据，通过三态门和数据总线相连，数据显示灯与数据总线相连，用门和数据总线相连，数据显示灯与数据总线相连，用来显示数据总线内容。实验过程中，来显示数据总线内容。实验过程中，ALUALU根据不同运算根据不同运算控制信号对控制信号对2 2个锁存器中的二进制数进行算术或逻辑运个锁存器中的二进制数进行算术或逻辑运算。运算结果经三态门送到数据总线。算。运算结果经三态门送到数据总线。5/16/20237计算机组成原
5、理实验计算机组成原理实验1.3 实验内容实验内容 1）熟悉算术逻辑运算单元电路实验原理）熟悉算术逻辑运算单元电路实验原理算术逻辑运算单元电路的主要控制信号算术逻辑运算单元电路的主要控制信号 算术逻辑单元电路中用到的控制信号主要有算术逻辑单元电路中用到的控制信号主要有T4T4、S0S0、S1S1、S2S2、S3S3、CnCn、M M、LDDR1LDDR1、LDDR2LDDR2、SW-BSW-B、ALU-BALU-B。在实际应用中，只需将在实际应用中，只需将“W/R UNIT”“W/R UNIT”的的T4T4接至接至“STATE“STATE UNIT”UNIT”的微动开关的微动开关KK2KK2的输
6、出端，按动微动开关，即可的输出端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲，其中获得实验所需的单脉冲，其中CnCn、SW-BSW-B、ALU-BALU-B为低电为低电平有效，它们是分别控制运算器进位、数据开关至数平有效，它们是分别控制运算器进位、数据开关至数据总线的三态门以及运算器输出至数据总线三态门的据总线的三态门以及运算器输出至数据总线三态门的控制信号。控制信号。5/16/20238计算机组成原理实验计算机组成原理实验1.3 实验内容实验内容 1）熟悉算术逻辑运算单元电路实验原理）熟悉算术逻辑运算单元电路实验原理算术逻辑运算单元电路的主要控制信号算术逻辑运算单元电路的主要控制信号 LDDR1
7、LDDR1、LDDR2LDDR2为高电平有效，它们分别是运算器的为高电平有效，它们分别是运算器的“A“A寄存器寄存器”和和“B“B寄存器寄存器”数据锁存控制信号，有效时当数据锁存控制信号，有效时当有有T4T4脉冲来临便接收数据，无效时便锁存数据。脉冲来临便接收数据，无效时便锁存数据。S0S0、S1S1、S2S2、S3S3以及以及M M和和CnCn是运算器的运算功能控制信号，是运算器的运算功能控制信号，其状态与功能见其状态与功能见74LS18174LS181功能表。功能表。5/16/20239计算机组成原理实验计算机组成原理实验SN74181型型ALU逻辑图及在正逻辑下功能表逻辑图及在正逻辑下功
8、能表功能表中功能表中“加加”表示算术加，表示算术加，“+”表示逻辑加表示逻辑加S3S2S1S0正正 逻逻 辑辑M=H逻辑逻辑运算运算M=L 算算术术运算运算Cn=1Cn=0LLLL/AAA+1LLLHA+BA+B(A+B)加加1LLHLABA+B(A+B)加加1LLHH“0”减减1“0”LHLLABA加加(AB)A加加(AB)加加1LHLHB(AB)加加(A+B)(AB)加加(A+B)加加1LHHLABA减减B减减1A减减BLHHHAB(AB)减减1A5/16/202310计算机组成原理实验计算机组成原理实验S3S2S1S0正正 逻逻 辑辑M=H逻辑逻辑运算运算M=L 算算术术运算运算 Cn=
9、1Cn=0HLLLA+BA加加(AB)A加加(AB)加加1HLLHA BA加加BA加加B加加1HLHLB(AB)加加(A+B)(AB)加加(A+B)加加1HLHHAB(AB)减减1ABHHLL“1”A加加AA加加A加加1HHLHA+BA加加(A+B)A加加(A+B)加加1HHHLA+BA加加(A+B)A加加(A+B)加加1HHHHAA减减1A5/16/202311计算机组成原理实验计算机组成原理实验1.3 实验内容实验内容 2）运算器实验）运算器实验原理图原理图5/16/202312计算机组成原理实验计算机组成原理实验1.4 实验步骤实验步骤 0）打开实验装置，熟悉实验装置各部分结构和功打开实
10、验装置，熟悉实验装置各部分结构和功能能;练习正确的插拔线方法。练习正确的插拔线方法。5/16/202313计算机组成原理实验计算机组成原理实验1.4 实验步骤实验步骤 1）按要求打开实验装置，把上述原理图中用到的按要求打开实验装置，把上述原理图中用到的单元电路及控制信号与实验装置上各单元电路单元电路及控制信号与实验装置上各单元电路和相关信号控制开关等实物相对照，熟悉应用和相关信号控制开关等实物相对照，熟悉应用和操作对象。本次实验用到的所有数据开关和和操作对象。本次实验用到的所有数据开关和控制开关如果不在初始状态，则要先将其打到控制开关如果不在初始状态，则要先将其打到初始状态（即断开状态），在本
11、装置中，开关初始状态（即断开状态），在本装置中，开关断开，其输出均为高电平状态（开关指示灯灭）断开，其输出均为高电平状态（开关指示灯灭）5/16/202314计算机组成原理实验计算机组成原理实验1.4 实验步骤实验步骤 2）按图按图2-2连连接线路，连接线路，连接完毕后要接完毕后要进行仔细检进行仔细检查，确保无查，确保无误后方可通误后方可通电实验电实验 5/16/202315计算机组成原理实验计算机组成原理实验1.4 实验步骤实验步骤 3）用二进制数据开关向用二进制数据开关向DR1(寄存器寄存器A)和和DR2(寄存寄存器器B)置运算数据，步骤如下：置运算数据，步骤如下：再次查看开关单元再次查看
12、开关单元ALU-B开关是否处于初始状态开关是否处于初始状态不在初始状态则打到初始状态（不在初始状态则打到初始状态（ALU-B=1），关闭），关闭ALU输出的三态门。输出的三态门。接通接通WS-B开关，打开数据输入单元的三态门。开关，打开数据输入单元的三态门。分别向寄存器分别向寄存器A和寄存器和寄存器B置数，操作流程如图置数，操作流程如图关闭数据输入三态门，即断开关闭数据输入三态门，即断开SW-B开关（开关（SW-B=1）5/16/202316计算机组成原理实验计算机组成原理实验1.4 实验步骤实验步骤 3）用二进制数据开关向用二进制数据开关向DR1(寄存器寄存器A)和和DR2(寄存寄存器器B)
13、置运算数据置运算数据拨动输入单元的数据开关生成八位二进制数据X 向寄存器A置数据：LDDR1=1 LDDR2=0 T4=拨动输入单元的数据开关生成八位二进制数据Y 向寄存器B置数据：LDDR1=0 LDDR2=1 T4=5/16/202317计算机组成原理实验计算机组成原理实验1.4 实验步骤实验步骤 4）验证寄存器验证寄存器A(DR1)和寄存器和寄存器B(DR2)中数据的正中数据的正确性，步骤如下：确性，步骤如下：关闭数据输入三态门关闭数据输入三态门(SW-B=1)，打开，打开ALU输出三态门输出三态门(ALU-B=0)。当当S3S0、初始状态时，控制开关均在断开状态，、初始状态时，控制开关
14、均在断开状态，ALU输出寄存器输出寄存器A的数据，对照总线指示灯数据。只接通的数据，对照总线指示灯数据。只接通S2和和S0控制开关控制开关(S2=0,S0=0)，其余开关状态不变，其余开关状态不变，ALU输出寄存器输出寄存器B的数据，对照总线指示灯数据。的数据，对照总线指示灯数据。如果两个寄存器显示数据与置入数据一致，表明实验装如果两个寄存器显示数据与置入数据一致，表明实验装置所用到单元电路、实验接线和操作都正确。否则必有置所用到单元电路、实验接线和操作都正确。否则必有实验环节发生错误，必须认真检查分析，找出出错原因。实验环节发生错误，必须认真检查分析，找出出错原因。后续实验必须在上述结果正确
15、无误的基础方可进行。后续实验必须在上述结果正确无误的基础方可进行。5/16/202318计算机组成原理实验计算机组成原理实验1.4 实验步骤实验步骤 5）验证验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能的算术运算和逻辑运算功能(正逻正逻辑辑)，在给定寄存器，在给定寄存器A(DR1=X)和寄存器和寄存器B(DR2=Y)数据的情况下，改变运算器的功能，数据的情况下，改变运算器的功能，观察运算器的输出，把相关功能下的输出结果填观察运算器的输出，把相关功能下的输出结果填入表入表2-2，并做出理论分析和比较，验证实验的，并做出理论分析和比较，验证实验的正确性。正确性。5/16/202319计算机组成原理实
16、验计算机组成原理实验表2-2 运算器实验数据记录表 5/16/202320计算机组成原理实验计算机组成原理实验1.5 实验注意事项实验注意事项 1）全部接好线并检查无误方可通电，严禁带电插拔全部接好线并检查无误方可通电，严禁带电插拔排线；排线；2）每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录；每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录；3）根据实验内容写出实验报告；根据实验内容写出实验报告；5/16/202321计算机组成原理实验计算机组成原理实验实验一实验一 运算器实验运算器实验 实验二实验二 进位运算和移位运算实验进位运算和移位运算实验实验四实验四 数据通路实验数据通路实验实验三实验三 存储
17、器实验存储器实验实验目录5/16/202322计算机组成原理实验计算机组成原理实验实验二 进位运算和移位运算实验 实验目的和要求 实验设备 实验内容 实验步骤 实验注意事项5/16/202323计算机组成原理实验计算机组成原理实验2.1 实验目的和要求实验目的和要求 验证待进位控制的算术运算功能发生器的进位验证待进位控制的算术运算功能发生器的进位功能功能 验证移位控制的组合功能验证移位控制的组合功能 5/16/202324计算机组成原理实验计算机组成原理实验2.2 实验设备实验设备 JYS-4JYS-4计算机组成原理教学实验装置计算机组成原理教学实验装置排线、导线若干排线、导线若干5/16/2
18、02325计算机组成原理实验计算机组成原理实验2.3 实验内容实验内容 1）进位计算实验原理）进位计算实验原理进位控制单元电路是在算术逻辑运算单元基础上增加进位控制单元电路是在算术逻辑运算单元基础上增加进位控制部分形成的单元电路，其作用是验证运算器进位控制部分形成的单元电路，其作用是验证运算器在进行运算的过程中是否产生进位，并将结果用指示在进行运算的过程中是否产生进位，并将结果用指示灯显示出来灯显示出来进位控制单元电路结构原理如图进位控制单元电路结构原理如图3-13-1，进位控制单元电，进位控制单元电路以算术逻辑运算单元电路为基础，具有算术逻辑运路以算术逻辑运算单元电路为基础，具有算术逻辑运算
19、单元所有控制信号，为控制进位锁存器，增加了算单元所有控制信号，为控制进位锁存器，增加了ARAR控制信号，当该信号处于低电平，同时发送控制信号，当该信号处于低电平，同时发送T4T4信号，信号，ALUALU进位被锁存在锁存器中进位被锁存在锁存器中 进位控制单元电路的数据通路进位控制单元电路的数据通路 5/16/202326计算机组成原理实验计算机组成原理实验图图3-1进位控制单进位控制单元电路结构元电路结构原理图原理图5/16/202327计算机组成原理实验计算机组成原理实验2.3 实验内容实验内容 2）移位运算实验原理）移位运算实验原理移位运算单元电路是运算器单元电路中负责完成二进移位运算单元电
20、路是运算器单元电路中负责完成二进制数的逻辑左移、逻辑右移、算术左移、算术右移的制数的逻辑左移、逻辑右移、算术左移、算术右移的器件及其移动控制操作电路来实现的器件及其移动控制操作电路来实现的 移位运算结构如图移位运算结构如图3-33-3，使用一片，使用一片74LS29974LS299作为移位发作为移位发生器，其八位输入生器，其八位输入/输出端以排针方式和总线单元电路输出端以排针方式和总线单元电路连接。连接。299-B299-B信号控制使能端，信号控制使能端，T4T4时序为时钟脉冲，实时序为时钟脉冲，实验时将读写单元的验时将读写单元的T4T4接至状态单元的接至状态单元的KK2KK2脉冲发生器，脉冲
21、发生器，由由S0 S1 MS0 S1 M信号控制功能状态，其列表信号控制功能状态，其列表3-13-1通过控制信号，改变单元功能。每使用一次通过控制信号，改变单元功能。每使用一次T4T4信号，信号，产生一次移位运算产生一次移位运算 5/16/202328计算机组成原理实验计算机组成原理实验表表3-1 移位控制功能表移位控制功能表5/16/202329计算机组成原理实验计算机组成原理实验图图3-3移位运算结移位运算结构图构图5/16/202330计算机组成原理实验计算机组成原理实验2.4 实验步骤实验步骤 1）进位计算实验步骤）进位计算实验步骤1按图按图3-2连接试验线路，连接完毕仔细检查无误后通
22、电连接试验线路，连接完毕仔细检查无误后通电 5/16/202331计算机组成原理实验计算机组成原理实验2.4 实验步骤实验步骤 1）进位计算实验步骤）进位计算实验步骤2从输入单元电路向寄存器从输入单元电路向寄存器A和寄存器和寄存器B置数，步骤为：置数，步骤为：关闭关闭ALU输出三态门输出三态门,开启输入三态门，开启输入三态门，要向要向DR1寄存器中输入寄存器中输入01010101，先将数据开关置，先将数据开关置01010101，将，将LDDR1置置1，LDDR2置置0，按，按KK2发送发送T4脉冲，脉冲，数据数据01010101便送入寄存器便送入寄存器A中。再将数据开关置中。再将数据开关置10
23、101010，将，将LDDR1置置0，LDDR2置置1，按，按KK2发送发送T4脉冲，数据脉冲，数据10101010便送入寄存器便送入寄存器B中。中。5/16/202332计算机组成原理实验计算机组成原理实验2.4 实验步骤实验步骤 1）进位计算实验步骤）进位计算实验步骤3进位标志位清零进位标志位清零，清零的方法是，将，清零的方法是，将S3 S2 S1 S0 M的状态置为的状态置为0 0 0 0 0，AR状态置为状态置为0（要注意的是清（要注意的是清零时零时DR1寄存器中的数不能等于寄存器中的数不能等于FF）。然后按动微动）。然后按动微动开关开关KK2。5/16/202333计算机组成原理实验
24、计算机组成原理实验2.4 实验步骤实验步骤 1）进位计算实验步骤）进位计算实验步骤4验证带进位运算及进位锁存功能验证带进位运算及进位锁存功能，实验使用加法运算，实验使用加法运算来验证。首先向来验证。首先向DR1、DR2置数，并将进位标志位清置数，并将进位标志位清零。然后使零。然后使ALU-B=0，S3 S2 S1 S0 M状态为状态为 1 0 0 1 0，此时将数据显示灯上显示的数据位，此时将数据显示灯上显示的数据位DR1、DR2加当加当前进位标志位，这个结果是否产生进位，则要按动微前进位标志位，这个结果是否产生进位，则要按动微动开关动开关KK2，若进位标志灯亮，表示无进位；反之，若进位标志灯
25、亮，表示无进位；反之，则表示有进位则表示有进位。5/16/202334计算机组成原理实验计算机组成原理实验2.4 实验步骤实验步骤 2）移位运算实验步骤）移位运算实验步骤1按图按图3-4连接线路，将连接线路，将“W/R UNIT”的的T4接至接至“STATE UNIT”的的KK2。ALU UNIT的的AUJ1连接至连接至BUS UNIT再接再接到到INPUT UNIT的的SWJ3，299-B S1 S0 M接到接到SWITCH UNIT相应接口。连接完毕检查无误后接通电源相应接口。连接完毕检查无误后接通电源。5/16/202335计算机组成原理实验计算机组成原理实验2.4 实验步骤实验步骤 2
26、）移位运算实验步骤）移位运算实验步骤2置数：将数据输入单元的数据开关置成置数：将数据输入单元的数据开关置成01101011状状态，然后将态，然后将SW-B置为置为0。要置数时将。要置数时将S0置成置成1，S1置成置成1，此时，此时74LS299处于装数状态，按动微动开关处于装数状态，按动微动开关KK2发送发送T4信号，数据装入后再将信号，数据装入后再将SW-B置为置为1。移位操作：参照表移位操作：参照表3-1改变改变S0 S1 M 299-B 状态，按状态，按动微动开关动微动开关KK2，就可观察移位结果。在实验过程，就可观察移位结果。在实验过程中，每按动一次中，每按动一次KK2键，显示灯显示数
27、据就移动一键，显示灯显示数据就移动一位位。5/16/202336计算机组成原理实验计算机组成原理实验2.5 实验注意事项实验注意事项 1）全部接好线并检查无误方可通电，严禁带电插拔全部接好线并检查无误方可通电，严禁带电插拔排线；排线；2）每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录；每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录；3）根据实验内容写出实验报告；根据实验内容写出实验报告；5/16/202337计算机组成原理实验计算机组成原理实验实验一实验一 运算器实验运算器实验 实验二实验二 进位运算和移位运算实验进位运算和移位运算实验实验四实验四 数据通路实验数据通路实验实验三实验三 存储器实验存储
28、器实验实验目录5/16/202338计算机组成原理实验计算机组成原理实验实验三 存储器实验 实验目的和要求 实验设备 实验内容 实验步骤 实验注意事项5/16/202339计算机组成原理实验计算机组成原理实验3.1 实验目的和要求实验目的和要求 掌握静态随机存储器（掌握静态随机存储器（61166116）的工作原理及数）的工作原理及数据的读写方法据的读写方法 5/16/202340计算机组成原理实验计算机组成原理实验3.2 实验设备实验设备 JYS-4JYS-4计算机组成原理教学实验装置计算机组成原理教学实验装置排线、导线若干排线、导线若干示波器一台示波器一台5/16/202341计算机组成原理
29、实验计算机组成原理实验3.3 实验内容实验内容 1）存储器实验原理）存储器实验原理实验所用的静态存储器原理如图实验所用的静态存储器原理如图4-14-1，存储器，存储器由一片由一片61166116（2K*82K*8）构成，其数据线接至数据）构成，其数据线接至数据总线，地址线由地址锁存器给出。数据开关经总线，地址线由地址锁存器给出。数据开关经三态门连至数据总线，分时给出地址和数据。三态门连至数据总线，分时给出地址和数据。因地址寄存器为因地址寄存器为8 8位，接入位，接入61166116的地址的地址A7-A0A7-A0，而高三位而高三位A8-A10A8-A10接地，所以其实际容量为接地，所以其实际容
30、量为256256字节。字节。61166116有有3 3个控制线：个控制线：CECE（片选），（片选），OEOE（读控制），（读控制），WEWE（写控制）（写控制）5/16/202342计算机组成原理实验计算机组成原理实验3.3 实验内容实验内容 1）存储器实验原理）存储器实验原理当片选信号有效（当片选信号有效（CE=0CE=0）时，）时，OE=0OE=0时进行读操时进行读操作（本电路中，作（本电路中，OEOE接地，只要片选信号接地，只要片选信号CE=0CE=0有有效，不在写状态就在读状态），效，不在写状态就在读状态），CE=0CE=0，WE=1WE=1时时进行写操作，其写时间与进行写操作，其写
31、时间与T3T3脉冲宽度一致。实脉冲宽度一致。实验时将验时将T3T3脉冲接至时序电路模块的脉冲接至时序电路模块的TS3TS3插孔中，插孔中，其脉宽可调，其他电平控制信号由其脉宽可调，其他电平控制信号由“SWITCH“SWITCH UNIT”UNIT”单元的二进制开关模拟，其中单元的二进制开关模拟，其中SW-BSW-B为低为低电平有效，电平有效，LDARLDAR为高效电平有效为高效电平有效 5/16/202343计算机组成原理实验计算机组成原理实验3.3 实验内容实验内容 2）实验原）实验原理图理图5/16/202344计算机组成原理实验计算机组成原理实验3.4 实验步骤实验步骤 1）形成时钟脉信
32、号形成时钟脉信号T3，操作步骤如下操作步骤如下 接通电源，接入示波器方波信号源输出孔接通电源，接入示波器方波信号源输出孔H24H24，调节，调节电位器电位器W1W1，使，使H24H24端输出实验期望频率方波。端输出实验期望频率方波。将时序电路模块的将时序电路模块的和和H23H23排针相连。排针相连。将时序电路模块将时序电路模块“STOP”“STOP”开关置为开关置为“RUN”“RUN”状态，状态，“STEP”“STEP”开关置为开关置为“EXEC”“EXEC”状态，按动微动开关状态，按动微动开关STARTSTART，T3T3输出连续方波信号，调节电位器输出连续方波信号，调节电位器W W，用示波
33、器观察，用示波器观察，使使T3T3输出实验要求脉冲信号。当输出实验要求脉冲信号。当“STOP”“STOP”开关置为开关置为“RUN”“RUN”状态，状态，“STEP”“STEP”开关置为开关置为“STEP”“STEP”状态时，每状态时，每按动一次微动开关按动一次微动开关STARTSTART，则，则T3T3输出一个单脉冲，其脉输出一个单脉冲，其脉冲宽度与连续方式相同。冲宽度与连续方式相同。关闭电源。关闭电源。5/16/202345计算机组成原理实验计算机组成原理实验3.4 实验步骤实验步骤 2）按图按图4-2连接实验线路，检查无误后接通电源连接实验线路，检查无误后接通电源 5/16/202346
34、计算机组成原理实验计算机组成原理实验3.4 实验步骤实验步骤 3）存储器的存储器的00,01,02,03,04地址单元中分别写入地址单元中分别写入数据数据11,12,13,14,15,操作步骤如下操作步骤如下 5/16/202347计算机组成原理实验计算机组成原理实验3.4 实验步骤实验步骤 4）将存储器的）将存储器的00,01,02,03,04地址单元数据读出，地址单元数据读出，观察上述各单元内容是否与前面写入一致观察上述各单元内容是否与前面写入一致,操操作步骤如下（以从作步骤如下（以从0号单元读出数据为例）号单元读出数据为例）5/16/202348计算机组成原理实验计算机组成原理实验3.5
35、 实验注意事项实验注意事项 1）全部接好线并检查无误方可通电，严禁带电插拔全部接好线并检查无误方可通电，严禁带电插拔排线；排线；2）每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录；每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录；3）根据实验内容写出实验报告；根据实验内容写出实验报告；5/16/202349计算机组成原理实验计算机组成原理实验实验一实验一 运算器实验运算器实验 实验二实验二 进位运算和移位运算实验进位运算和移位运算实验实验四实验四 数据通路实验数据通路实验实验三实验三 存储器实验存储器实验实验目录5/16/202350计算机组成原理实验计算机组成原理实验实验四 数据通路实验 实验目的和要
36、求 实验设备 实验内容 实验步骤 实验注意事项5/16/202351计算机组成原理实验计算机组成原理实验4.1 实验目的和要求实验目的和要求 在在JYS-4JYS-4实验装置上模拟计算机最基本的工作过实验装置上模拟计算机最基本的工作过程，打通程，打通“键盘键盘”、“CPU”“CPU”、“RAM”“RAM”之间的之间的数据通路数据通路 。掌握计算机的数据通路组成及其工作原理掌握计算机的数据通路组成及其工作原理 5/16/202352计算机组成原理实验计算机组成原理实验4.2 实验设备实验设备 JYS-4JYS-4计算机组成原理教学实验装置计算机组成原理教学实验装置排线、导线若干排线、导线若干5/
37、16/202353计算机组成原理实验计算机组成原理实验4.3 实验内容实验内容 1）数据通路实验原理）数据通路实验原理该实验实际是上述实验一与实验三的综合实验。该实验实际是上述实验一与实验三的综合实验。把把JYS-4实验装置上的实验装置上的INPUT DEVICE、SWITCH UNIT、SIGNAL UNIT、STATE UNIT、ALU UNIT、MAIN MEM、ADDRESS UNIT、BUS UNIT、W/R UNIT、OUTPUT DEVICE等单元电路连接起来，构等单元电路连接起来，构成一个最基本的计算机系统，以模拟计算机的成一个最基本的计算机系统，以模拟计算机的实际工作过程。电
38、路构成也是运算器实验和存实际工作过程。电路构成也是运算器实验和存储器实验电路的综合，如图储器实验电路的综合，如图5-15/16/202354计算机组成原理实验计算机组成原理实验图5-1数据通路实验原理图 5/16/202355计算机组成原理实验计算机组成原理实验4.3 实验内容实验内容 1）数据通路实验原理）数据通路实验原理在本装置开关单元里，在本装置开关单元里，LDDR1LDDR1与与CECE、LDDR2LDDR2与与WEWE分别共用一个控制开关，在前面实验中，这两分别共用一个控制开关，在前面实验中，这两个开关不矛盾。但本实验里，这四个控制信号个开关不矛盾。但本实验里，这四个控制信号都用到，
39、因而产生矛盾，为解决这个问题，规都用到，因而产生矛盾，为解决这个问题，规定在本实验接线时，保持图定在本实验接线时，保持图2-22-2接线不变，将接线不变，将图图4-24-2中存储器单元的片选信号中存储器单元的片选信号(CE)(CE)输入端连输入端连接至开关单元里的接至开关单元里的ARAR控制端，同时将写存储器控制端，同时将写存储器控制信号控制信号(WE)(WE)输入端连接至开关单元里的输入端连接至开关单元里的SWASWA输。如有其他信号冲突，可用类似办法解决输。如有其他信号冲突，可用类似办法解决 5/16/202356计算机组成原理实验计算机组成原理实验4.4 实验步骤实验步骤 1）接线前的准
40、备、实验电路的接线程序参见实验接线前的准备、实验电路的接线程序参见实验一和实验三。一和实验三。2）从输入单元电路输入四个八位二进制数据，并从输入单元电路输入四个八位二进制数据，并存入存储器单元存入存储器单元(四个数据及四个存放数据的内四个数据及四个存放数据的内存单元地址由各组定义，但要求不能与其它组存单元地址由各组定义，但要求不能与其它组定义的数据相同定义的数据相同)5/16/202357计算机组成原理实验计算机组成原理实验4.4 实验步骤实验步骤 3）从内存单元取出两组八位二进制分别送入从内存单元取出两组八位二进制分别送入DR1和和DR2，并进行四种不同的算术运算，并把不，并进行四种不同的算
41、术运算，并把不同算术运算的结果保存在存储器单元里同算术运算的结果保存在存储器单元里4）再从内存单元里取出剩下的两个原始数据分别再从内存单元里取出剩下的两个原始数据分别送入送入DR1和和DR2，并进行四种不同的逻辑运算，并进行四种不同的逻辑运算，并把不同逻辑运算结果存入存储器单元里并把不同逻辑运算结果存入存储器单元里5）分别从存储器单元读出算术运算和逻辑运算的分别从存储器单元读出算术运算和逻辑运算的结果，并进行理论分析其正确性结果，并进行理论分析其正确性 5/16/202358计算机组成原理实验计算机组成原理实验4.5 实验注意事项实验注意事项 1）全部接好线并检查无误方可通电，严禁带电插拔全部
42、接好线并检查无误方可通电，严禁带电插拔排线；排线；2）每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录；每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录；3）根据实验内容写出实验报告；根据实验内容写出实验报告；5/16/202359计算机组成原理实验计算机组成原理实验实验一实验一 运算器实验运算器实验 实验二实验二 进位运算和移位运算实验进位运算和移位运算实验实验四实验四 数据通路实验数据通路实验实验三实验三 存储器实验存储器实验实验目录实验五实验五 微程序控制实验微程序控制实验实验六实验六 基本模型机的设计与实现基本模型机的设计与实现5/16/202360计算机组成原理实验计算机组成原理实验实验五 微控
43、制器实验 实验目的和要求 实验设备 实验内容 实验步骤 实验注意事项5/16/202361计算机组成原理实验计算机组成原理实验5.1 实验目的和要求实验目的和要求 掌握时序产生器的组成原理掌握时序产生器的组成原理掌握微程序控制器的组成原理掌握微程序控制器的组成原理掌握微程序的编制、写入，观察微程序的掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行运行5/16/202362计算机组成原理实验计算机组成原理实验5.2 实验设备实验设备 JYS-4JYS-4计算机组成原理教学实验装置计算机组成原理教学实验装置排线、导线若干排线、导线若干5/16/202363计算机组成原理实验计算机组成原理实验5.3 实验内
44、容实验内容 1 实验原理实验原理（1 1）微程序控制器工作）微程序控制器工作原理原理微程序控制器是根据微地址微程序控制器是根据微地址寄存器指向的微代码地址，寄存器指向的微代码地址，把预先存储在微程序控制存把预先存储在微程序控制存储器里面的微代码，在时序储器里面的微代码，在时序电路的控制下，通过指令译电路的控制下，通过指令译码器解释成各单元电路的控码器解释成各单元电路的控制信号，以协调整机工作的制信号，以协调整机工作的单元电路单元电路 5/16/202364计算机组成原理实验计算机组成原理实验5.3 实验内容实验内容 时序电路时序电路 实验所用的时序电路原理如图实验所用的时序电路原理如图5-15
45、-1所所示，可产生示，可产生4 4个等间隔的时序信号个等间隔的时序信号TS1-TS4TS1-TS4，为时钟信号，由实验台为时钟信号，由实验台左上方的方波信号源提供，可产生左上方的方波信号源提供，可产生频率及脉冲宽度可调的方波信号频率及脉冲宽度可调的方波信号。当当STEPSTEP开关为开关为EXECEXEC时，按下启动键，时，按下启动键，时序信号时序信号TS1-TS4TS1-TS4将周而复始地发送将周而复始地发送出去。当出去。当STEPSTEP为为STEPSTEP时，按下启动时，按下启动键，机器便处于单步运行状态，此键，机器便处于单步运行状态，此时只发送一个时只发送一个CPUCPU周期的时序信号
46、就周期的时序信号就停机。利用单步方式，每次只读一停机。利用单步方式，每次只读一条微指令，可观察微指令的代码与条微指令，可观察微指令的代码与当前微指令的执行结果当前微指令的执行结果 5/16/202365计算机组成原理实验计算机组成原理实验5.3 实验内容实验内容（2）微程序控制器单元电路微程序控制器单元电路 微程序控制电路的组成如图微程序控制电路的组成如图5-25-2，其中控制存储器采用，其中控制存储器采用3 3片片28162816的的E2PROME2PROM，具有断电保护功能，微指令寄存器，具有断电保护功能，微指令寄存器1818位，用两片位，用两片8D8D触发器触发器(273)(273)和一
47、片和一片4D(175)4D(175)触发器组成。触发器组成。微地址寄存器微地址寄存器6 6位，用三片正沿触发的双位，用三片正沿触发的双D D触发器触发器(74)(74)组组成成。实验中设有一个编程开关实验中设有一个编程开关(位于实验板右上方位于实验板右上方)，它具有，它具有三种状态：三种状态：PROM(PROM(编程编程)、READ(READ(校验校验)、RUN(RUN(运行运行)。“编程状态编程状态”时，可根据微地址和微指令格式将微指令二时，可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器进制代码写入到控制存储器2816E2PROM2816E2PROM中。中。“校验状态校验状态”时
48、，可对写入控制存储器中的二进制代码进行验证。时，可对写入控制存储器中的二进制代码进行验证。“运行状态运行状态”时，给出微程序的入口微地址，可根据微时，给出微程序的入口微地址，可根据微程序流程图自动执行微程序。程序流程图自动执行微程序。5/16/202366计算机组成原理实验计算机组成原理实验5/16/202367计算机组成原理实验计算机组成原理实验5.3 实验内容实验内容(3)(3)微指令格式微指令格式，微指令长共微指令长共2424位，其控制位顺序表位，其控制位顺序表5-5-1 15/16/202368计算机组成原理实验计算机组成原理实验5.3 实验内容实验内容（4）指令译码电路的原理）指令译
49、码电路的原理 uA5-uA0uA5-uA0为为6 6位后续的微地址，位后续的微地址，A,B,CA,B,C三个译码字段，分别三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位。由三个控制位译码出多位。C C字段中的字段中的P(1)-P(4)P(1)-P(4)是四个测试字位。其功能是根据机是四个测试字位。其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序中的顺序、分支、循环进行，地址入口，从而实现微程序中的顺序、分支、循环进行，其原理如图其原理如图5-35-3所示，图中所示，图中I7-I2I7-I2为指令寄存器的第为指令寄存
50、器的第7-27-2位位输出，输出，SE5-SE1SE5-SE1为微程序控制器单元微地址锁存器的强置为微程序控制器单元微地址锁存器的强置端输出端输出 。5/16/202369计算机组成原理实验计算机组成原理实验图5-3 C字段译码原理图5/16/202370计算机组成原理实验计算机组成原理实验5.4 实验步骤实验步骤 1）编制微程序，图编制微程序，图5-5为几条机器指令对应的参考微程序为几条机器指令对应的参考微程序流程图，将全部微程序按微指令格式变成二进制代码流程图，将全部微程序按微指令格式变成二进制代码 5/16/202371计算机组成原理实验计算机组成原理实验5/16/202372计算机组成