计算机组成原理实验讲义 - 图文

实验三 运算器组成实验（2）

一、实验目的

4．验证实验台的4位乘4位功能。

5．按给定数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。 二、实验电路

图6示出了本实验所用的运算器数据通路图。ALU由1片ispLSI1024构成。四片4位的二选一输入寄存器74HC298构成两个操作数寄存器DR1和DR2，保存参与运算的数据。DR1接ALU的B数据输入端口，DR2接ALU的A数据输入端口，ALU的输出在ispLSI1024内通过三态门发送到数据总线DBUS7-DBUS0上，进位信号C保存在ispLSI1024内的一个D寄存器中。当实验台下部的IR/DBUS开关拨到DBUS位置时，8个红色发光二极管指示灯接在数据总线DBUS上，可显示运算结果或输入数据。另有一个指示灯C显示运算器进位信号状态。由ispLSI1024构成的8位运算器的运算类型由选择端S2，S1，S0选择，功能如表3所示。

进位C只在加法运算和减法运算时产生，与、乘、直通操作不影响进位C的状态，即进位C保持不变。减法运算采用加减数的反码再加以1实现。在加法运算中，C代表进位；在减法运算中，C代表借位。运算产生的进位在T4的上升沿送入ispLSI1024内的C寄存器保存。

表3 运算器运算类型选择表 选 择 S2 0 0 0 0 1 S1 0 0 1 1 0 S0 0 1 0 1 0 操 作 A&B A&A（直通） A＋B A－B A（低4位）×B（低4位）

图6 运算器数据通路实验电路图

在SW-BUS＃信号为0时，参与运算的数据通过一个三态门74HC244（SW-BUS）送到DBUS总线上，进而送至DR1或DR2操作数寄存器。输入数据可由实验台上的8个二进制数据开关SW0－SW7来设置，其中SW0是最低位，SW7是最高位。开关向上时为1，开关向下时为0。

图中尾巴上带粗短线标记的信号都是控制信号，控制信号均为电位信号。T3，T4是脉冲信号，印制板上已连接到实验台的时序电路产生的T3，T4信号上。S2，S1，S0，ALU-BUS，LDDR2，LDDR1，M1，M2，SW-BUS＃各电位控制信号用电平开关K0－K15来模拟。K0－K15是一组用于模拟各控制电平信号的开关，开关向上时为1，开关向下时为0，每个开关无固定用途，可根据实验具体情况选用。S2，S1，S0，ALU-BUS，LDDR2，LDDR1为高电平有效，SW-BUS＃为低电平有效。M1＝1时，DR1选择D1-A1作为数据输入端；M1＝0时，DR1选择D0-A0作为数据输入端。当LDDR1＝1时，在T3的下降沿，选中的数据被打入DR1寄存器。M2＝1时，DR2选择D1-A1作为数据输入端；M2＝0时，DR2选择D0-A0作为数据输入端。当LDDR2＝1时，在T3的下降沿，选中的数据被打入DR2寄存器。

数据总线DBUS有5个数据来源：运算器ALU，寄存器堆RF，控制台开关SW0－SW7，双端口存储器IDT7132和中断地址寄存器IAR。在任何时刻，都不允许2个或者2个以上的数据源同时向数据总线DBUS输送数据，只允许1个（或者没有）数据源向数据总线DBUS输送数据。在本实验中，为了保证数据的正确设置和观察，请令RS-BUS＃＝1，LRW＝0，IAR-BUS＃＝1。

为了在实验中，每次只产生一组T1，T2，T3，T4脉冲，需将实验台上的DP，DB，DZ开关进行正确设置。将DP开关置1，将DB，DZ开关置0，每按一次QD按钮，则顺序产生T1，T2，T3，T4各一个单脉冲。本实验中采用单脉冲输出。 三、实验设备

1．TEC-4计算机组成原理实验系统1台 2．双踪示波器一台（并非必备） 3．直流万用表一只 4．逻辑测试笔一支 四、实验任务

（1）验证运算器的算术运算和逻辑运算功能。

1）令DR1＝01100011B，DR2＝10110100B，正确选择S2，S1，S0，一次进行加、减、与、直通、乘实验，记下实验结果（数据和进位）并对结果进行分析。

2）令DR1＝10110100B，DR2＝01100011B，正确选择S2，S1，S0，一次进行加、减、与、直通、乘实验，记下实验结果（数据和进位）并对结果进行分析。

3）令DR1＝01100011B，DR2＝01100011B，正确选择S2，S1，S0，一次进行加、减、与、直通、乘实验，记下实验结果（数据和进位）并对结果进行分析。

4）令DR1＝01001100，DR2＝10110011，正确选择S2，S1，S0，一次进行加、减、与、直通、乘实验，记下实验结果（数据和进位）并对结果进行分析。

5）令DR1＝11111111，DR2＝11111111，正确选择S2，S1，S0，一次进行加、减、与、直通、乘实验，记下实验结果（数据和进位）并对结果进行分析。

（3）M1，M2控制信号的作用是什么？改变M1，M2的高低电平，重复第（2）步，观察出现什么问题？ 五、实验要求

1．写出实验报告，内容是： ①列表比较实验任务（2）的理论分析值与实验结果值；并对结果进行分析。 ②实验任务（3），出现何种现象？为什么？

实验四 双端口存储器原理实验（1）

一、实验目的

1．了解双端口静态随机存储器IDT7132的工作特性及使用方法。 2．了解半导体存储器怎样存储和读出数据。 二、实验电路

图7示出了双端口存储器的实验电路图。这里使用了一片IDT7132（U36）（2048×8位），两个端口的地址输入A8－A10引脚接地，因此实际使用存储容量为256字节。左端口的数据部分连接数据总线DBUS7-DBUS0，右端口的数据部分连接指令总线INS7-INS0。一片GAL22V10（U37）作为左端口的地址寄存器（AR1），内部具有地址递增的功能。两片4位的74HC298（U28，U27）作为右端口的地址寄存器（AR2H，AR2L），带有选择输入地址源的功能。使用两组发光二极管指示灯显示地址和数据：通过开关IR/DBUS切换显示数据总线DBUS和指令寄存器IR的数据，

图7 双端口存储器实验电路图

通过开关AR1/AR2切换显示左右两个端口的存储地址。写入数据由实验台操作板上的二进制开关SW0－SW7设置，并经过SW-BUS三态门74HC244（U38）发送到数据总线DBUS上。指令总线INS上的指令代码输出到指令寄存器IR（U20），这是一片74HC374。

存储器IDT7132有6个控制引脚：CEL＃，LRW，OEL＃，CER＃，RRW，OER＃。