1、( (計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理) )實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)一運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)做實(shí)驗(yàn)之前，要認(rèn)真學(xué)習(xí)各做實(shí)驗(yàn)之前，要認(rèn)真學(xué)習(xí)各相關(guān)部件的工作原理。相關(guān)部件的工作原理。短路器：用于把每個(gè)部件掛上總線短路器：用于把每個(gè)部件掛上總線BUS信號(hào)線：是每個(gè)部件的控制信號(hào)線，實(shí)驗(yàn)信號(hào)線：是每個(gè)部件的控制信號(hào)線，實(shí)驗(yàn)時(shí)需要手工連接。時(shí)需要手工連接。返回返回由一套監(jiān)控電路組成，監(jiān)視實(shí)由一套監(jiān)控電路組成，監(jiān)視實(shí)驗(yàn)過(guò)程中總線上是否發(fā)生數(shù)據(jù)沖突：驗(yàn)過(guò)程中總線上是否發(fā)生數(shù)據(jù)沖突：如果總線上如果總線上：發(fā)出報(bào)警：發(fā)出報(bào)警信號(hào)信號(hào)：不發(fā)報(bào)警信號(hào)：不發(fā)報(bào)警信號(hào)返回返回返回返回v熟悉實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)及操作。熟悉實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)及操作。v掌握簡(jiǎn)

2、單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳送通路。掌握簡(jiǎn)單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳送通路。v驗(yàn)證運(yùn)算器功能發(fā)生器驗(yàn)證運(yùn)算器功能發(fā)生器(74LS181)的組的組合功能。合功能。返回返回v（一）實(shí)驗(yàn)原理邏輯框圖（一）實(shí)驗(yàn)原理邏輯框圖v（二）實(shí)驗(yàn)相關(guān)單元（二）實(shí)驗(yàn)相關(guān)單元1、ALU Unit2、 Input Device3、BUS Unit4、Manual Unit5、Clock Unit 返回返回（一）實(shí)驗(yàn)原理邏輯框圖（一）實(shí)驗(yàn)原理邏輯框圖返回返回1、ALU Unitv運(yùn)算器構(gòu)成運(yùn)算器構(gòu)成：ALU：由：由2片片74LS181芯片組成（芯片組成（8位）位）暫存器暫存器：由：由2片片74LS273組成組成三態(tài)門(mén)三態(tài)門(mén)：由：由74LS24

3、5組成組成標(biāo)志產(chǎn)生及進(jìn)位電路標(biāo)志產(chǎn)生及進(jìn)位電路v移位器：移位器：1片片74LS299組成。組成。返回返回運(yùn)算器邏輯框圖運(yùn)算器邏輯框圖紅色：運(yùn)算器控制信號(hào)紅色：運(yùn)算器控制信號(hào)藍(lán)色：器件中信號(hào)藍(lán)色：器件中信號(hào)運(yùn)算器電路圖運(yùn)算器電路圖運(yùn)算器電路圖運(yùn)算器電路圖返回返回0滅滅1亮亮CyZi Cn181DA1，DA2：兩片：兩片74LS273v74LS273：帶清零端的：帶清零端的8D寄存器寄存器異步清零信號(hào)異步清零信號(hào)（接（接5V）時(shí)鐘脈沖時(shí)鐘脈沖（B-DA1、 B-DA2）返回返回三態(tài)門(mén)：三態(tài)門(mén)：74LS245v74LS245：8雙向發(fā)送雙向發(fā)送/接受器芯片接受器芯片控制數(shù)據(jù)傳送方向是控制數(shù)據(jù)傳送方向

4、是AB或或BAv使能信號(hào)使能信號(hào)E：控制數(shù)據(jù)是否傳送。控制數(shù)據(jù)是否傳送。vA74LS181的的F端；端；BBUSvDIR5V；EALUB返回返回ALU：74LS1812v74LS181：4位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元v特點(diǎn)：在擴(kuò)展字長(zhǎng)時(shí)，可作超前進(jìn)位運(yùn)算；特點(diǎn)：在擴(kuò)展字長(zhǎng)時(shí)，可作超前進(jìn)位運(yùn)算； 32個(gè)運(yùn)算功能（個(gè)運(yùn)算功能（16種算術(shù)，種算術(shù)，16種邏輯運(yùn)算）種邏輯運(yùn)算）ALU-B#=1，B-DA1=0，B-DA2=0v1、第一個(gè)操作數(shù)、第一個(gè)操作數(shù)DA1/DA2v2、第二個(gè)操作數(shù)、第二個(gè)操作數(shù)DA2/DA1v3、M、S3S0、Civ4、ALU-B#=0，結(jié)果，結(jié)果FBUS控制控制ALU

5、的工作過(guò)程的工作過(guò)程返回返回標(biāo)志位的產(chǎn)生標(biāo)志位的產(chǎn)生v進(jìn)位標(biāo)志進(jìn)位標(biāo)志Cy產(chǎn)生方法產(chǎn)生方法：當(dāng)進(jìn)行當(dāng)進(jìn)行算術(shù)加算術(shù)加運(yùn)算時(shí)，若運(yùn)算時(shí)，若74LS181的的CN4信號(hào)信號(hào)0，則，則Cy 1；當(dāng)進(jìn)行當(dāng)進(jìn)行算術(shù)減算術(shù)減運(yùn)算時(shí)，若運(yùn)算時(shí)，若74LS181的的CN4信號(hào)信號(hào)1，則，則Cy 1；v結(jié)果為零標(biāo)志結(jié)果為零標(biāo)志Zi產(chǎn)生方法產(chǎn)生方法：當(dāng)運(yùn)算結(jié)果當(dāng)運(yùn)算結(jié)果F為全零時(shí)為全零時(shí)， Zi1；否則；否則Zi0。v當(dāng)進(jìn)行當(dāng)進(jìn)行邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算(M=1)時(shí)，時(shí)， Cy0, Zi仍根仍根據(jù)結(jié)果產(chǎn)生。據(jù)結(jié)果產(chǎn)生。標(biāo)志位的控制標(biāo)志位的控制vFC和和FZ的保存：的保存：2個(gè)觸發(fā)器個(gè)觸發(fā)器（在（在T4上跳上跳沿打入）沿打

6、入）vFC和和FZ的指示燈：的指示燈：Cy、Zi，0滅滅1亮亮v影響標(biāo)志位影響標(biāo)志位FC及及FZ的的控制方法控制方法：=0或者或者=0：則：則FCCy，F(xiàn)ZZi；=1：則：則FC、FZ不變；不變；MANUAL UNIT 中的中的總清開(kāi)關(guān)總清開(kāi)關(guān)CLR：101時(shí)，時(shí)，F(xiàn)C和和FZ清零清零運(yùn)算器（最低位）進(jìn)位的控制運(yùn)算器（最低位）進(jìn)位的控制v低位低位74LS181芯片的最低位進(jìn)位芯片的最低位進(jìn)位Cn：Cn181vCn181的來(lái)源的來(lái)源有有2種：種：(0有進(jìn)位，有進(jìn)位，1無(wú)進(jìn)位無(wú)進(jìn)位)上一次運(yùn)算結(jié)果的上一次運(yùn)算結(jié)果的FC（Cy）標(biāo)志）標(biāo)志Ci（通過(guò)微碼產(chǎn)生或者人為設(shè)置）（通過(guò)微碼產(chǎn)生或者人為設(shè)置）v

7、Cn181的控制：的控制：CyCn1，則，則Cn181CiCyCn0，且，且Ci1，則，則Cn181CyCyCn0，且，且Ci0，則，則Cn1810（有進(jìn)位）（有進(jìn)位）帶進(jìn)位運(yùn)算帶進(jìn)位運(yùn)算標(biāo)志產(chǎn)生及進(jìn)位控制邏輯表標(biāo)志產(chǎn)生及進(jìn)位控制邏輯表CyCn#CyNCn#CiCn181FC00X無(wú)意義無(wú)意義無(wú)意義無(wú)意義0100根據(jù)本次運(yùn)算置位根據(jù)本次運(yùn)算置位011Cy根據(jù)本次運(yùn)算置位根據(jù)本次運(yùn)算置位100=Ci=0根據(jù)本次運(yùn)算置位根據(jù)本次運(yùn)算置位101=Ci=1根據(jù)本次運(yùn)算置位根據(jù)本次運(yùn)算置位11 0=Ci=0不變（不影響）不變（不影響）111=Ci=1不變（不影響）不變（不影響）進(jìn)位和標(biāo)志位總結(jié)進(jìn)位和標(biāo)志

8、位總結(jié)返回返回CyCnCynCn帶進(jìn)位加法（帶進(jìn)位加法（DA1加加DA2加加FC）不帶進(jìn)位加法不帶進(jìn)位加法（DA1加加DA2加加Ci）影響標(biāo)志影響標(biāo)志(CyFC ,ZiFZ)=01,Ci=1=10,Ci=0:有進(jìn)位即加有進(jìn)位即加1 Ci=1:無(wú)進(jìn)位即加無(wú)進(jìn)位即加0不影響標(biāo)不影響標(biāo)志（志（FC和和FZ不變不變）不能實(shí)現(xiàn)不能實(shí)現(xiàn)=11,Ci=0:有進(jìn)位即加有進(jìn)位即加1 Ci=1:無(wú)進(jìn)位即加無(wú)進(jìn)位即加0INPUTD0D7D6D5D4D3D2D1+5A02A13A24A35A46A57A68A791817161514131211E19DIR174LS245B0B1B2B3B4B5B6B7I/O-R+5

9、D0D7AivE#：控制將開(kāi)控制將開(kāi)關(guān)值關(guān)值數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線vI/O-R#：IO讀信讀信號(hào)（讀開(kāi)關(guān)值）號(hào)（讀開(kāi)關(guān)值）vAi：I/O的端口的端口地址地址v只有當(dāng)只有當(dāng)I/O-R#和和Ai同時(shí)同時(shí)=0時(shí)時(shí)打開(kāi)，開(kāi)關(guān)打開(kāi)，開(kāi)關(guān)值值BUS(D7D0)v輸入設(shè)備（開(kāi)關(guān)）的輸入設(shè)備（開(kāi)關(guān)）的工作過(guò)程工作過(guò)程：初始初始：Ai=GND，I/O-R#=11、撥、撥8位開(kāi)關(guān)值位開(kāi)關(guān)值2、 I/O-R#=0，數(shù)據(jù)（，數(shù)據(jù)（ 開(kāi)關(guān)值開(kāi)關(guān)值 ）BUS返回返回v8位位BUS提供數(shù)據(jù)傳輸通路提供數(shù)據(jù)傳輸通路，可根據(jù)需，可根據(jù)需要連接各部件。要連接各部件。v連接方法：連接方法：由短路器連接由短路器連接自行接線自行接線返回返回

10、v所有開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)都相同。所有開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)都相同。v燈亮燈亮-1，燈滅，燈滅-0v插座輸出該開(kāi)關(guān)的值插座輸出該開(kāi)關(guān)的值v開(kāi)關(guān)之間是獨(dú)立的開(kāi)關(guān)之間是獨(dú)立的v除除外，用戶可以外，用戶可以自定義每個(gè)開(kāi)關(guān)的用途。自定義每個(gè)開(kāi)關(guān)的用途。v開(kāi)關(guān)下方絲印字指明該開(kāi)開(kāi)關(guān)下方絲印字指明該開(kāi)關(guān)的常規(guī)用途。關(guān)的常規(guī)用途。返回返回v單脈沖產(chǎn)生及消抖電路單脈沖產(chǎn)生及消抖電路：每按動(dòng)一下微動(dòng)：每按動(dòng)一下微動(dòng)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)KK，就產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的單脈沖，就產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的單脈沖KK2（正）和（正）和KK1（負(fù)）（負(fù)）v時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生電路：時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生電路：根據(jù)方波信號(hào)源根據(jù)方波信號(hào)源產(chǎn)生產(chǎn)生四個(gè)等間隔的四個(gè)等間隔的返回返回v時(shí)序信號(hào)的控制

11、：時(shí)序信號(hào)的控制：由連續(xù)由連續(xù)/單步開(kāi)關(guān)控制單步開(kāi)關(guān)控制當(dāng)當(dāng) “RUN#/STEP”=0（RUN）時(shí)，按動(dòng)微動(dòng)開(kāi)）時(shí)，按動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)關(guān)“”，產(chǎn)生，產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)時(shí)序信號(hào)T1T4；當(dāng)當(dāng) “RUN#/STEP”=1（STEP）時(shí)，每按動(dòng)開(kāi)關(guān)）時(shí)，每按動(dòng)開(kāi)關(guān)“”一次，產(chǎn)生一次，產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)時(shí)序信號(hào)T1T4。vClock Unit的的T1T4或或KK1、KK2可根據(jù)需可根據(jù)需要連接到要連接到的的T1T4，當(dāng)作，當(dāng)作CPU的時(shí)鐘周期信號(hào)使用的時(shí)鐘周期信號(hào)使用三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求v1、置數(shù)、置數(shù)DA1=65H，DA2=0A7H，改變運(yùn)，改變運(yùn)算器的功能設(shè)置，觀察運(yùn)算器的輸出，記算器的功能設(shè)置，

12、觀察運(yùn)算器的輸出，記錄到錄到P64頁(yè)表頁(yè)表5-1中，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論中，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果對(duì)比分析，得出你的結(jié)論。結(jié)果對(duì)比分析，得出你的結(jié)論。v2、思考題：若想要驗(yàn)證向、思考題：若想要驗(yàn)證向DA1或者或者DA2中中輸入的數(shù)據(jù)是否正確，如何實(shí)現(xiàn)？輸入的數(shù)據(jù)是否正確，如何實(shí)現(xiàn)？ 返回返回 四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟v按圖接線。按圖接線。v控制信號(hào)開(kāi)關(guān)置于控制信號(hào)開(kāi)關(guān)置于無(wú)效狀態(tài)。無(wú)效狀態(tài)。v數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1置入置入DA1v數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2置入置入DA2v選擇選擇181運(yùn)算功能，運(yùn)算功能，并將結(jié)果送上總線并將結(jié)果送上總線v觀察總線指示燈，觀察總線指示燈，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果 實(shí)驗(yàn)流程示意圖實(shí)驗(yàn)流程示意圖

13、返回返回 v一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?1、驗(yàn)證模型機(jī)運(yùn)算器的標(biāo)志位產(chǎn)生、驗(yàn)證模型機(jī)運(yùn)算器的標(biāo)志位產(chǎn)生和進(jìn)位控制方法。和進(jìn)位控制方法。2、按表格完成幾種指定的算術(shù)運(yùn)算。、按表格完成幾種指定的算術(shù)運(yùn)算。 v二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理 本實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)一的基礎(chǔ)上，增加進(jìn)位本實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)一的基礎(chǔ)上，增加進(jìn)位控制部分，主要通過(guò)控制部分，主要通過(guò)控制控制CyCn# 、CyNCn# 信號(hào)和信號(hào)和Ci來(lái)實(shí)現(xiàn)。來(lái)實(shí)現(xiàn)。v三、相關(guān)單元三、相關(guān)單元ALU Unit, Input Device, Manual Unit, Bus Unit, Clock Unitv四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求P66：在實(shí)驗(yàn)儀上對(duì)下面三

14、組數(shù)據(jù)進(jìn)行在實(shí)驗(yàn)儀上對(duì)下面三組數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，要求運(yùn)算，要求影響標(biāo)志位影響標(biāo)志位。記錄結(jié)果、。記錄結(jié)果、標(biāo)志及操作的流程（包括控制信號(hào)）。標(biāo)志及操作的流程（包括控制信號(hào)）。0FFH+01H (算術(shù)加算術(shù)加)5BH+0A0H+FC(算術(shù)加算術(shù)加)5BH0A0H（邏輯與）（邏輯與）79H+32H+FC（算術(shù)加）（算術(shù)加）v五、實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖接線。、按圖接線。五、實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)步驟返回返回v一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證移位控制的組合功能。驗(yàn)證移位控制的組合功能。v二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理 ALU Unit（移位器部件移位器部件）v移位器部件包括一片移位器部件包括一片8位移位器位移位器

15、74LS299芯芯片和片和GAL20V8實(shí)現(xiàn)的控制電路。實(shí)現(xiàn)的控制電路。74LS299移移位器的片選控制信號(hào)為位器的片選控制信號(hào)為299-B#，低電平有效。，低電平有效。S1、S0輸入輸入74LS299作為移位控制信號(hào)。作為移位控制信號(hào)。 移位器功能移位器功能299-B#299-B#S1S1S0S0M M74LS29974LS299操作操作0 00 00 0任意任意保持保持0 01 10 00 0循環(huán)右移循環(huán)右移0 01 10 01 1帶進(jìn)位帶進(jìn)位FCFC循環(huán)右移循環(huán)右移0 00 01 10 0循環(huán)左移循環(huán)左移0 00 01 11 1帶進(jìn)位帶進(jìn)位FCFC循環(huán)左移循環(huán)左移任意任意1 11 1任意任意裝數(shù)裝數(shù)移位器的控制移位器的控制v移位器的操作順序：移位器的操作順序：1、I/O-R#=1；2、撥、撥Input Device的開(kāi)關(guān)值；的開(kāi)關(guān)值；3、置控制信號(hào)、置控制信號(hào)I/O-R#=0，（并保證，（并保證Ai=0），）， Input Device的開(kāi)關(guān)值的開(kāi)關(guān)值BUS Unit；4、撥、撥S1S0開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)=11，T4=010，將數(shù)據(jù)置入，將數(shù)據(jù)置入299。5、置控制信號(hào)、置控制信號(hào)I