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实用标准文案

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计算机组成原理

实验教程

山西大学计算机与信息技术学院

2015年8月

实用标准文案

实验系统硬件布局图

实验注意事项

1、根据实验要求接线。由于实验箱中配备的排线只有2口、4口、6口和8口四种，当需要用1口、3口线时，可用2口、4口替代，但要注意连线两端的颜色一定要对应。

2、接好线路并检查无误后，再打开实验箱的电源。

3、插线、拔线前一定要关闭电源，不要带电操作。

4、电源关闭后，不能立即重启，至少间隔30秒。

5、使用前后仔细检查主机板，防止导线、元件等物品落入导致线路短路、元件损坏。

6、实验分组第一次确定后，即固定不变。

7、实验结束后收好线，关闭电源，清理桌面，将椅子摆放整齐。

实验一 基本运算器实验

1.1 实验目的

(1) 了解运算器的组成结构。

(2) 掌握运算器的工作原理。

1.2 实验设备

PC 机一台，TD-CMA 实验系统一套。

1.3 实验原理

本实验的原理如图 1-1 所示。 运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器 A 和暂存器 B，三个部件同时接受来自 A 和 B 的数据，各部件对操作数进行何种运算由控制信号 S3…S0 和 CN 来决定，任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为 ALU 的输出。如 果是影响进位的运算，还将置进位标志 FC，在运算结果输出前，置 ALU 零标志。ALU 中所有模块集成在一片 CPLD 中。

图 1-1 运算器原理图

运算器部件由一片 CPLD 实现。ALU 的输入和输出通过三态门 74LS245 连到 CPU 内总线 上，另外还有指示灯标明进位标志 FC 和零标志 FZ。请注意：实验箱上凡丝印标注有马蹄形标 记‘’，表示这两根排针之间是连通的。图中除 T4 和 CLR，其余信号均来自于 ALU 单元 的排线座，实验箱中所有单元的 T1、T2、T3、T4 都连接至控制总线单元的 T1、T2、T3、T4，CLR 都连接至 CON 单元的 CLR 按钮。T4 由时序单元的 TS4 提供 ，其余控制信号均由 CON 单元的二进制数据开关模拟给出。控制信号中除 T4 为脉冲信号外，其余均为电平信号，其中 ALU_B 为低有效，其余为高有效。

暂存器 A 和暂存器 B 的数据能在 LED 灯上实时显示，原理如图 1-2 所示(以A0 为例，其它相同)。进位标志 FC、零标志 FZ 和数据总线 D7…D0 的显示原理也是如此。

1KVCC A0

1K

图1-2 A0显示原理图

ALU 和外围电路的连接如图 1-3 所示，图中的小方框代表排针座。

运算器的逻辑功能表如表 1-1 所示，其中 S3 S2 S1 S0 CN 为控制信号，FC 为进位标志，FZ 为运算器零标志，表中功能栏内的 FC、FZ 表示当前运算会影响到该标志。

图 1-3 ALU 和外围电路连接原理图

表 1-1 运算器逻辑功能表(表中“X”为任意态，下同)

运算类型

S3 S2 S1 S0

CN

功 能

逻辑运算

0000

X

F=A(直通)

0001

X

F=B(直通)

0010

X

F=AB(FZ)

0011

X

F=A+B(FZ)

0100

X

F= A'(FZ)

移位运算

0101

X

F=A 不带进位循环右移 B(取低 3 位)位(FZ)

0110

0

F=A 逻辑右移一位(FZ)

1

F=A 带进位循环右移一位(FC，FZ)

0111

0

F=A 逻辑左移一位(FZ)

1

F=A 带进位循环左移一位(FC，FZ)

算术运算

1000

X

置 FC=CN(FC)

1001

X

F=A 加 B(FC，FZ)

1010

X

F=A 加 B 加 FC(FC，FZ)

1011

X

F=A 减 B(FC，FZ)

1100

X

F=A 减 1(FC，FZ)

1101

X

F=A 加 1(FC，FZ)

1110

X

(保留)

1111

X

(保留)

1.4 实验步骤

(1) 按图 1-4 连接实验电路，并检查无误。图中将用户需要连接的信号用圆圈标明(其它实验相同)。

图 1-4 实验接线图

(2) 将时序与操作台单元的开关 KK2 置为‘单拍’档，开关 KK1、KK3 置为‘运行’档。

(3) 打开电源开关，如果听到有‘嘀’报警声，说明有总线竞争现象，应立即关闭电源，重新检查接线，直到错误排除。然后按动 CON 单元的 CLR 按钮，将运算器的 A、B 和 FC、FZ 清零。

(4) 用输入开关向暂存器 A 置数。

① 拨动 CON 单元的 SD27…SD20 数据开关，形成用户指定的二进制数，数据显示亮为‘1’