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计算机组成原理课程设计

计算机组成原理课程设计. 实验台基本操作和算逻运算实验. 实验台基本操作. 一、 Yy-z02 模型机系统的基本结构 二、基本操作方法 三、报警部件的作用. PC 微机. 逻辑分析及监测 （单片机）. RS-232. 运算器. 寄存器. 报警. 输入输出. 存储器. 中断. 总线. 主控器（微控）. 指令. 地址. 时钟. 手动开关. 一、 Yy-z02 模型机系统的基本结构. 二、基本操作方法. 1 、理论学习： 做实验之先，要认真学习各相关部件的工作原理。 2 、连线操作： 短路器：用于把每个部件挂上总线 BUS

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计算机组成原理课程设计

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Presentation Transcript

  1. 计算机组成原理课程设计 实验台基本操作和算逻运算实验

  2. 实验台基本操作 • 一、Yy-z02模型机系统的基本结构 • 二、基本操作方法 • 三、报警部件的作用

  3. PC微机 逻辑分析及监测 （单片机） RS-232 运算器 寄存器 报警 输入输出 存储器 中断 总线 主控器（微控） 指令 地址 时钟 手动开关 一、 Yy-z02模型机系统的基本结构

  4. 二、基本操作方法 • 1、理论学习：做实验之先，要认真学习各相关部件的工作原理。 • 2、连线操作： • 短路器：用于把每个部件挂上总线BUS • 信号线：是每个部件的控制信号线，实验时需要手工连接。 • 3、信号标识说明：

  5. 二、基本操作方法 • 3、开关、接线头附近信号标识说明： • 单一用途信号：如 • 双重用途信号：如 表示该开关或信号有双重功能， 在不同实验中起不同作用

  6. 二、基本操作方法 • 3、开关、接线头附近信号标识说明： • 双接线头信号： 表示这个信号有两个接线头 • 省略表示法： • 总线排接入方向： 表示信号单向传输， 表示信号双向传输

  7. 三、报警部件的作用 • 报警部件由一套监控电路组成，监视实验过程中总线上是否发生数据冲突： • 如果总线上发生数据冲突：发出报警信号 • 没有数据冲突：不发报警信号

  8. 实验二 算术逻辑运算实验 • 一、实验目的 • 掌握简单运算器的数据传送通路。 • 验证运算器功能发生器(74LS181)的组合功能。 • 二、实验原理及相关单元介绍 • 1、ALU Unit 由二片74LS181芯片组成8位算术逻辑运算器，一片74LS299组成移位器。

  9. 8位算逻运算器结构

  10. DA1,DA2分别是两片74LS273

  11. 三态门(ALU-BUS#)由一片74LS245构成 74LS245是8双向发送/接受器芯片 DIR控制数据的传送方向是AB或BA输入允许信号(E)可用于分离总线。

  12. 74LS181： • 4位算术逻辑单元/函数产生器（32个功能） • 特点：在扩展字长时，可作超速前进位运算； • 可作加、减、左移一位、比较大小运算，12个其它算术运算；逻辑运算有异或、比较、与、与非、或非及10个其它逻辑运算、芯片上有75个等效门。

  13. ALU的工作过程： 初始：ALU-B#=1，B-DA1=0，B-DA2=0 • 1、第一个操作数DA1/DA2 • 2、第二个操作数DA2/DA1 • 3、M、S3~S0、Ci • 4、ALU-B#=0，结果FBUS

  14. CyCn#=0：将进位标志Cy（FC）带入本次运算的进位输入位Cn181，并将根据结果设置FC和FZ。CyCn#=0：将进位标志Cy（FC）带入本次运算的进位输入位Cn181，并将根据结果设置FC和FZ。 CyNCn#=0：不将Cy带入本次运算的进位输入位Cn181，并将根据结果设置FC和FZ 0灭 1亮 1 2 Cn181 运算器及进位和零标志控制电路

  15. Ci：人为设置的低位进位输入。 Cn181：芯片2上的Cn引脚，来自FC和Ci。 Cn181=0:本次运算带进位； Cn181=1:本次运算带进位 0灭 1亮 1 2 Cn181 运算器及进位和零标志控制电路

  16. 1、ALU Unit 微码 FC

  17. 1、ALU Unit • 标志位 Cy（FC）、Zi（FZ）的设置 • M=1（逻辑运算）：FC总是清零，FZ仍根据结果被设置。 • CyCn#=0或CyNCn#=0：根据结果设置FC和FZ。

  18. 2、Input Device E#：控制将开关值数据总线 I/O-R#：读Input Device的开关值。 Ai：I/O的端口地址。 只有当I/O-R#和Ai同时=0时E#打开，开关值BUS(D7~D0)

  19. 2、Input Device • Input Device的工作过程： 初始：Ai=GND，I/O-R#=1 • 1、拨8位开关值 • 2、 I/O-R#=0，数据（ Input Device ）BUS

  20. 3、BUS Unit • 8位BUS由短路器连接ALU、移位器、Input Device、Output Device 、存储器、IR、PC、AR等。　

  21. 4、Manual Unit • 所有开关的结构都相同。 • 灯亮-1，灯灭-0 • 插座输出该开关的值 • 开关下方丝印字指明该开关的用途。 • 除CLR开关外，用户可以自定义每个开关的用途。

  22. 5、Clock Unit • 根据方波信号源Φ产生四个等间隔的时序信号T1、T2、T3、T4 • 当连续/单步开关“RUN#/STEP”=0（RUN）时，按动微动开关“START”，产生连续的时序信号T1～T4； • 当 “RUN#/STEP”=1（STEP）时，每按动开关“START”一次，产生一组时序信号T1～T4。 • 独立的单脉冲产生及消抖电路，每按动一下微动开关KK，就产生一个稳定的单脉冲（包括一正一负），KK2（正）和KK1（负）

  23. 5、Clock Unit Clock Unit的T1~T4或KK1、KK2必须接线到Main-Control Unit的T1~T4才能被其他单元当成时钟周期信号使用

  24. 三、实验接线

  25. 四、实验步骤

  26. 实验三 进位控制实验 • 一、实验目的 • 1、验证带进位控制的算术运算器功能发生器(74LS181)的功能。 • 2、按指定数据完成几种指定的算术运算。

  27. 实验三 进位控制实验 • 二、实验原理 • 本实验在实验一的基础上，增加进位控制部分，主要通过控制CyCn# 和CyNCn# 信号来实现。 • 当CyCn# =0或CyNCn# =0时，算术运算影响FC和FZ； • 当进行逻辑运算（M=1）时，清FC； • 通过MANUAL UNIT 中的CLR开关的总清（1→0→1），也可以使FC和FZ清零。

  28. 实验三 进位控制实验 • 三、相关单元 • ALU Unit, Input Device, Manual Unit, Bus Unit, Clock Unit

  29. 实验三 进位控制实验 • 四、实验接线

  30. 实验三 进位控制实验 • 五、实验步骤

  31. 实验三 进位控制实验 • 六、思考题 • 怎样在实验仪上实现双字节数据的加法运算？

  32. 实验四 移位控制实验 • 一、实验目的 • 验证移位控制的组合功能。 • 二、相关单元 • ALU Unit（移位器部件） • 移位器部件包括一片8位移位器74LS299芯片和GAL20V8实现的控制电路。74LS299移位器的片选控制信号为299-B#，低电平有效。S1、S0输入74LS299作为移位控制信号。

  33. 移位控制电路

  34. 当S1S0=11时，移位器在T4时钟将总线的数据装入。当S1S0=11时，移位器在T4时钟将总线的数据装入。 • 当299-B#为0时进行移位操作。 • 当S1S0=10，M=0时，移位器在T4时钟进行循环右移，即移位器的低位AQ0移出进入SR（DS7移位器高位）。

  35. 当S1S0=10，M=1时，移位器在T4时钟进行带进位循环右移，即进位位Cy移入SR（DS7移位器高位），移位器的低位AQ0移出进入进位位Cy。当S1S0=10，M=1时，移位器在T4时钟进行带进位循环右移，即进位位Cy移入SR（DS7移位器高位），移位器的低位AQ0移出进入进位位Cy。 • 当S1S0=01，M=0时，移位器在T4时钟进行循环左移，即移位器的高位AQ7移出进入SL（DS0移位器的低位）。 • 当S1S0=01，M=1时，移位器在T4时钟进行带进位循环左移，即将进位位Cy移入SL（DS0移位器低位），移位器的高位AQ7移入进位位Cy。

  36. 74LS299 • 移位器74LS299的操作顺序： • 1、I/O-R#=1； • 2、拨Input Device的开关值； • 3、置控制信号I/O-R#=0，（并保证Ai=0）， Input Device的开关值BUS Unit； • 4、拨S1S0开关=11，T4=010，将数据置入299。 • 5、置控制信号I/O-R#=1，拨S1S0和M开关，做移位运算，从BUS Unit 上读结果。

  37. 实验四 移位控制实验 • Reg Unit • 寄存器单元由4片74LS374组成R0、R1、R2、R3 四个寄存器，其中R2为SI变址寄存器，R3为SP寄存器。 • 每个寄存器均有一个时钟脉冲CLK（即打入寄存器信号）和一个输出允许信号OE#。

  38. 实验四 移位控制实验 • OE#0、 OE#1、OE#2、OE#3由寄存器译码电路产生的信号R0-B# 、R1-B# 、R2-B#、R3-B# 来控制。 • 例如：要将总线的数据存入寄存器R1，则B-R1需高电平有效，且在T4时刻打入R1寄存器。如要将R1寄存器的数据输出到总线，则R1-B# 需为低电平。

  39. T2~T4 T4 T4 T4 T4

  40. 74LS374 为8上升延D-型触发器芯片 ,只有当CP输入由“0”到“1”的正跳变瞬间才接受数据（D）的输入，三态输出，低阻抗，内部具有8个D型触发器，能并行输入数据。

  41. 实验四 移位控制实验 • 三、实验接线

  42. 实验四 移位控制实验 • 四、实验步骤

  43. 实验四 移位控制实验 • 五、思考题 • 设计一个实验电路，实现将0B6H+79H的和进行带进位循环左移的功能，画出接线图，写出实验步骤。 • 思考是否能实现双字节的循环移位？若能，写出你的实验方案（电路、连线和步骤）；若不能，说出你的理由。

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