实验一运算器实验ppt.ppt

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,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：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：,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,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,二、基本操作方法,返回,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,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,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,二、实验原理,（一）实验原理逻辑框图（二）实验相关单元1、ALU Unit2、 Input Device3、BUS Unit4、Manual Unit5、Clock Unit,返回,（一）实验原理逻辑框图,返回,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,运算器逻辑框图,三态门,运算器电路图,运算器电路图,返回,0灭1亮,Cy,Zi ,Cn181,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,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AB或BA使能信号E：控制数据是否传送。,A74LS181的F端；BBUSDIR5V；EALUB,返回,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）,初始：ALU-B#=1，B-DA1=0，B-DA2=01、第一个操作数DA1/DA22、第二个操作数DA2/DA13、M、S3S0、Ci4、ALU-B#=0，结果FBUS,控制ALU的工作过程,返回,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CN4信号0，则Cy 1；当进行算术减运算时，若74LS181的CN4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， Zi1；否则Zi0。当进行逻辑运算(M=1)时， Cy0, Zi仍根据结果产生。,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FCCy，FZZi；CyCn#CyNCn#=1：则FC、FZ不变；MANUAL UNIT 中的总清开关CLR：101时，FC和FZ清零,运算器（最低位）进位的控制,低位74LS181芯片的最低位进位Cn：Cn181Cn181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：CyCn1，则Cn181CiCyCn0，且Ci1，则Cn181CyCyCn0，且Ci0，则Cn1810（有进位）,带进位运算,标志产生及进位控制逻辑表,进位和标志位总结,返回,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(D7D0),2、Input Device,输入设备（开关）的工作过程：初始：Ai=GND，I/O-R#=11、拨8位开关值2、 I/O-R#=0，数据（ 开关值 ）BUS,返回,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,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,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：根据方波信号源产生四个等间隔的T1、T2、T3、T4,5、Clock Unit,返回,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T1T4；当 “RUN#/STEP”=1（STEP）时，每按动开关“START”一次，产生一组时序信号T1T4。Clock Unit的T1T4或KK1、KK2可根据需要连接到Main-Control Unit的T1T4，当作CPU的时钟周期信号使用,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,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,实验流程示意图,返回,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。,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。,实验2 进位控制实验,三、相关单元ALU Unit, Input Device, Manual Unit, Bus Unit, Clock Unit,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)5BH0A0H（逻辑与）0F0H+32H+FC（算术加）,实验2 进位控制实验,五、实验步骤1、按图接线。,五、实验步骤,返回,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。,移位控制电路,移位器功能,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=010，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。,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。,实验3 移位控制实验,四、实验步骤,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,