計算機學(xué)院軟件工程專業(yè)<>班學(xué)號：姓名協(xié)作者教師評定實驗題目脫機運算器實驗一、實驗?zāi)康模荷钊肓私釧M2901運算器的功能與具體用法；深化運算器部件的組成、設(shè)計、控制與使用等知識二、實驗設(shè)備與器材：TEC-XP+教學(xué)實驗系統(tǒng)三、實驗說明和原理：脫機運算器實驗，是指讓運算器從數(shù)學(xué)計算機整機中脫離出來，此時，他的全部控制與操作均需通過兩個12位的衛(wèi)星開關(guān)來完成，這就談不上執(zhí)行指令，只能通過開關(guān)，案件控制數(shù)學(xué)機的運算器完成指定的運算功能，并通過指示燈觀察運算器結(jié)果。下面先把前邊幾講過的，與該實驗直接有關(guān)的結(jié)論性內(nèi)容匯總?cè)缦隆?、12位微型開關(guān)的具體控制功能分配如下：A口，B口地址：送給AM2901器件用于選擇源與目的操作數(shù)的寄存器編號：I8-I0：選擇操作數(shù)來源，運算操作功能，選擇操作數(shù)處理結(jié)果和運算器輸出內(nèi)容的3組3位的控制碼：SCI、SSH和SST：用于確定運算器最低位的進位輸入，移位信號的入/出和怎樣處理AM2901產(chǎn)生的狀態(tài)標(biāo)志位的結(jié)果。2、開關(guān)位置說明：做脫機運算器實驗時，要用到提供24位控制信號的微動開關(guān)和提供16位數(shù)據(jù)的拔動開關(guān)。微動開關(guān)是紅色的，一共有三個，一個微動開關(guān)可以提供12位的控制信號，三個開關(guān)分別標(biāo)有SW1microswitch1和SW2microswitch和SW3microswitch，他們所對應(yīng)的控制信號見下表；數(shù)據(jù)開關(guān)是黑色的，左邊的標(biāo)有SWH的是高8位：右邊的標(biāo)有SWL的是低8位。微動開關(guān)與控制信號對應(yīng)關(guān)系見表：微動開關(guān)與控制信號對應(yīng)關(guān)系表SW1MicroswitchSW2MicroswitchSW3MicroswitchT3-T0REQ/MIO/WEI2-I0I8-I7I6-I3BPORTAPORTSSTSSHSCIDC2DC13、開關(guān)檢測紅色微動開關(guān)是該實驗系統(tǒng)使用壽命最短的器件，開關(guān)好壞的檢測方法比較簡單，用戶將五個控制機器工作方式的開關(guān)置于“1XX00”，從左面其第二個和第三個的開關(guān)處于任意位置，然后將兩個未動開關(guān)上的24小紐子依次置為1（開關(guān)撥到上方為1），看對應(yīng)的指示燈是否亮，如果有一個或數(shù)個指示燈不亮，則一般是開關(guān)出了問題。四、實驗內(nèi)容：在脫機方式下，對于給定指令分析其執(zhí)行過程中運算的步驟，通過對AM2901運算器反需控制信號的設(shè)置，使之完成運算，并核對運算結(jié)果。實驗步驟：在脫機方式下，通過設(shè)置SW1、SW2、SW3各微碼字段和數(shù)據(jù)開關(guān)，可實現(xiàn)多種運算。以實現(xiàn)AAAAH→R1為例說明操作過程。1、按照下表中的微碼和數(shù)據(jù)開關(guān)，對運算器的功能進行設(shè)置。操作步驟如下：微動開關(guān)及數(shù)據(jù)開關(guān)設(shè)置微動開關(guān)數(shù)據(jù)開關(guān)I8-I6I5-I3I2-I0SSTSSHSCiBAD15-D00110001110010000001不用AAAAH將教學(xué)機左下方的6個撥動開關(guān)置為1XX000（單步、16位、脫機、MACH）；先按一下RESET按鍵，再按一下START按鍵，進行初始化。通過16個數(shù)據(jù)開關(guān)設(shè)置立即數(shù)AAAAH。通過SW1、SW2、SW3設(shè)置各微碼。按一次START鍵，立即數(shù)XXXXH置入R1，通過顯示燈察看按START鍵后的輸出。若要進行其它操作：重新設(shè)置SW1、SW2、SW3、數(shù)據(jù)開關(guān)，通過顯示燈觀察輸出。然后按START鍵執(zhí)行操作，通過顯示燈觀察按下START鍵后的輸出，檢查運算結(jié)果是否正確。完成下表的各種運算，記錄按START鍵前和按START鍵后的ALU輸出及標(biāo)志位C、Z、V、S的值。指令微碼及輸出狀態(tài)表運算I8-I0SSTSSHSCIBA壓START前壓START后ALU輸出CZVSALU輸出CZVS0101→R00110001110010000000不用0101隨機010100001010→R10110001110010000001不用1010000010100000R0+R1→R001100000100l000000000011111000021210000R0-R1→R001100100100100l0000000101010000F0F01000R1-R0→R101100100100100l000l00000F0F10000E0E1000R0∨Rl→R0011011001001000000100000F0F10000F1000R0∧R1→R0011100001001000000000010101100001011000R0⊕R1→R0011110001001000000000010E0E100001011000?(R0⊕R1)→R00111110010010000000000lFEFE10000E0E10012*R0→R01110100110010000000不用FEFE100lF0F00001R0/2→010100001100100000000不用FDFC00017EFE0001六、思考題:分析比較各指令按START鍵前和按START鍵后的值，是否有不同并解釋。答：大多數(shù)指令按START鍵前和按START鍵后的值不一樣，這是因為按START鍵后會繼續(xù)執(zhí)行運算。 七、實驗心得:首先，我意識到動手對做實驗的重要性。再者，通過這次實驗，初步了解了AM2901運算器的基本結(jié)構(gòu)，學(xué)會了分析指令執(zhí)行過程中運算的步驟，初步掌握微動開關(guān)及數(shù)據(jù)開關(guān)的設(shè)置，了解到撥動開關(guān)設(shè)置正確與否對實驗的影響，撥動開關(guān)若設(shè)錯，實驗會無法進行。實驗二組合邏輯電路的設(shè)計與測試一、實驗?zāi)康?、掌握組合邏輯電路的設(shè)計方法及功能測試方法。2、熟悉組合電路的特點。二、實驗原理1、使用中、小規(guī)模集成電路來設(shè)計組合電路是最常見的邏輯電路。設(shè)計組合電路的一般步驟如圖2－1所示。圖2－1組合邏輯電路設(shè)計流程圖根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求建立輸入、輸出變量，并列出真值表。然后用邏輯代數(shù)或卡諾圖化簡法求出簡化的邏輯表達式。并按實際選用邏輯門的類型修改邏輯表達式。根據(jù)簡化后的邏輯表達式，畫出邏輯圖，用標(biāo)準(zhǔn)器件構(gòu)成邏輯電路。最后，用實驗來驗證設(shè)計的正確性。2、組合邏輯電路設(shè)計舉例用“與非”門設(shè)計一個表決電路。當(dāng)四個輸入端中有三個或四個為“1”時，輸出端才為“1中。表2－1D0000000011111111A0000111100001111B0011001100110011C0101010101010101Z0000000100010111表2－2DABC00011110000000010010110111100010由卡諾圖得出邏輯表達式，并演化成“與非”的形式Z＝ABC＋BCD＋ACD＋ABD＝根據(jù)邏輯表達式畫出用“與非門”構(gòu)成的邏輯電路如圖2－2所示。圖2－2表決電路邏輯圖用實驗驗證該邏輯功能在實驗裝置適當(dāng)位置選定三個14P插座，按照集成塊定位標(biāo)記插好集成塊CC4012。按圖2－2接線，輸入端A、B、C、D接至邏輯開關(guān)輸出插口，輸出端Z接邏輯電平顯示輸入插口，按真值表（自擬）要求，逐次改變輸入變量，測量相應(yīng)的輸出值，驗證邏輯功能，與表2－1進行比較，驗證所設(shè)計的邏輯電路是否符合要求。三、實驗設(shè)備與器件1、＋5V直流電源2、邏輯電平開關(guān)3、邏輯電平顯示器4、直流數(shù)字電壓表5、CC4011×2（74LS00）CC4012×3（74LS20）CC4030（74LS86）CC4081（74LS08）74LS54×2(CC4085)CC4001(74LS02)四、實驗內(nèi)容1、設(shè)計用與非門及用異或門、與門組成的半加器電路。（1）真值表如下表ABSC0000011010101101(2)簡化邏輯表達式為（3）邏輯電路圖如下2、設(shè)計一個一位全加器，要求用異或門、與門、或門組成。用四2輸入異或門（74LS86）和四2輸入與非門（74LS00）設(shè)計一個一位全加器。（1）列出真值表如下表。其中Ai、Bi、Ci分別為一個加數(shù)、另一個加數(shù)、低位向本位的進位；Si、Ci+1分別為本位和、本位向高位的進位。AiBiCiSiCi+10000000110010100110110010101011100111111（2）由全加器真值表寫出函數(shù)表達式。（3）將上面兩邏輯表達式轉(zhuǎn)換為能用四2輸入異或門（74LS86）和四2輸入與非門（74LS00）實現(xiàn)的表達式。（4）畫出邏輯電路圖如下圖，并在圖中標(biāo)明芯片引腳號。按圖選擇需要的集成塊及門電路連線，將Ai、Bi、Ci接邏輯開關(guān)，輸出Si、Ci+1接發(fā)光二極管。改變輸入信號的狀態(tài)驗證真值表。3、按圖2－2接線，輸入端A、B、C、D接至邏輯開關(guān)