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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. 实验一 运算器实验 包括 3 个实验： ALU 运算 进位控制 移位控制. 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. 返回. 二、基本操作方法. 1 、理论学习： 做实验之前，要认真学习各相关部件的工作原理。 2 、连线操作：

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  1. 计算机组成原理课程设计 实验一 运算器实验 包括3个实验： ALU运算 进位控制 移位控制

  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. 返回

  5. 二、基本操作方法 • 1、理论学习：做实验之前，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：

  6. 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

  7. 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 返回

  8. 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 返回

  9. 实验1 算术逻辑运算实验 • 一、实验目的 • 二、实验原理 • 三、实验内容及要求 • 四、实验步骤 返回

  10. 一、实验目的 • 熟悉实验台结构及操作。 • 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。 返回

  11. 二、实验原理 • （一）实验原理逻辑框图 • （二）实验相关单元 • 1、ALU Unit • 2、 Input Device • 3、BUS Unit • 4、Manual Unit • 5、Clock Unit 返回

  12. （一）实验原理逻辑框图 返回

  13. 1、ALU Unit • 运算器构成： • ALU：由2片74LS181芯片组成（8位） • 暂存器：由2片74LS273组成 • 三态门：由74LS245组成 • 标志产生及进位电路 • 移位器：1片74LS299组成。 返回

  14. 运算器逻辑框图 三态门

  15. 运算器电路图

  16. 0灭1亮 运算器电路图 Cy’ Zi ’ Cn181 返回

  17. DA1，DA2：两片74LS273 • 74LS273：带清零端的8D寄存器 • MR：异步清零信号（－－接＋5V） • CP：时钟脉冲（－－B-DA1、 B-DA2） 返回

  18. 三态门：74LS245 • 74LS245：8双向发送/接受器芯片 • DIR：控制数据传送方向是AB或BA • 使能信号E：控制数据是否传送。 • A－－74LS181的F端；B－－BUS • DIR－－＋5V；E－－ALU－B＃ 返回

  19. ALU：74LS181×2 • 74LS181：4位算术逻辑运算单元 • 特点：在扩展字长时，可作超前进位运算； 32个运算功能（16种算术，16种逻辑运算）

  20. 控制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 返回

  21. 标志位的产生 • 进位标志Cy’产生方法： • 当进行算术加运算时，若74LS181的CN＋4信号＝0，则Cy’ ＝1； • 当进行算术减运算时，若74LS181的CN＋4信号＝1，则Cy’ ＝1； • 结果为零标志Zi’产生方法： • 当运算结果F为全零时， Zi’＝1；否则Zi’＝0。 • 当进行逻辑运算(M=1)时， Cy’＝0, Zi’仍根据结果产生。

  22. 标志位的控制 • FC和FZ的保存：2个触发器（在T4上跳沿打入） • FC和FZ的指示灯：Cy、Zi，0灭1亮 • 影响标志位FC及FZ的控制方法： • CyCn#=0或者CyNCn#=0：则FC＝Cy’，FZ＝Zi’； • CyCn#＝CyNCn#=1：则FC、FZ不变； • MANUAL UNIT 中的总清开关CLR：1→0→1时，FC和FZ清零

  23. 运算器（最低位）进位的控制 • 低位74LS181芯片的最低位进位Cn：Cn181 • Cn181的来源有2种：(0－有进位，1－无进位) • 上一次运算结果的FC（Cy）标志 • Ci（通过微码产生或者人为设置） • Cn181的控制： • CyCn＃＝1，则Cn181＝Ci • CyCn＃＝0，且Ci＝1，则Cn181＝Cy • CyCn＃＝0，且Ci＝0，则Cn181＝0（有进位） 带进位运算

  24. 标志产生及进位控制逻辑表

  25. 进位和标志位总结 返回

  26. 2、Input Device Unit • E#：控制将开关值数据总线 • I/O-R#：IO读信号（读开关值） • 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)

  27. 2、Input Device • 输入设备（开关）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（ 开关值 ）BUS 返回

  28. 3、BUS Unit • 8位BUS提供数据传输通路，可根据需要连接各部件。 • 连接方法： • 由短路器连接 • 自行接线 返回

  29. 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 • 开关之间是独立的 • 除CLR开关外，用户可以自定义每个开关的用途。 • 开关下方丝印字指明该开关的常规用途。 返回

  30. 5、Clock Unit • 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KK2（正）和KK1（负） • 时序信号产生电路：根据方波信号源Φ产生四个等间隔的T1、T2、T3、T4

  31. 5、Clock Unit • 时序信号的控制：由连续/单步开关控制 • 当 “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。 • Clock Unit的T1~T4或KK1、KK2可根据需要连接到Main-Control Unit的T1~T4，当作CPU的时钟周期信号使用 返回

  32. 三、实验内容及要求 • 1、置数DA1=65H，DA2=0A7H，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，记录到表2-2中，并将实验结果与理论结果对比分析，得出你的结论。 • 2、思考题：若想要验证向DA1或者DA2中输入的数据是否正确，如何实现？ 返回

  33. 四、实验步骤 • 按图接线。 • 控制信号开关置于无效状态。 • 数据1置入DA1 • 数据2置入DA2 • 选择181运算功能，并将结果送上总线 • 观察总线指示灯，记录实验结果

  34. 实验流程示意图 返回

  35. 实验2 进位控制实验 • 一、实验目的 • 1、验证模型机运算器的标志位产生和进位控制方法。 • 2、按表格完成几种指定的算术运算。

  36. 实验2 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# 、CyNCn# 信号和Ci来实现。

  37. 实验2 进位控制实验 • 三、相关单元 • ALU Unit, Input Device, Manual Unit, Bus Unit, Clock Unit

  38. 实验2 进位控制实验 • 四、实验内容及要求 • 在实验仪上对下面三组数据进行运算，要求影响标志位。记录结果、标志及操作的流程（包括控制信号）。 • 5BH+0A0H+FC(算术加) • 5BH∧0A0H（逻辑与） • 0F0H+32H+FC（算术加）

  39. 实验2 进位控制实验 • 五、实验步骤 • 1、按图接线。

  40. 五、实验步骤 返回

  41. 实验3 移位控制实验 • 一、实验目的 • 验证移位控制的组合功能。 • 二、实验原理 • 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。

  42. 移位控制电路

  43. 移位器功能

  44. 移位器的控制 • 移位器的操作顺序： • 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。

  45. 实验3 移位控制实验 • 三、实验内容及要求 • 完成P40页的实验要求1和2，记录结果。 • 分析结果，得出结论。

  46. 实验3 移位控制实验 • 四、实验步骤

  47. 实验3 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。 返回

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