组成原理实验四 数据输出实验和移位门实验

实验4 进位控制实验一、实验目的1. 理解带进位控制的电路图。

2.验证带进位控制的算术运算发生器的功能。

3.按给定数据，完成实验几种指定的算术运算。

二、实验原理1.在算术逻辑运算实验的基础上，增加了进位控制部分,进位控制部分电路。

它主要由一个74LS74锁存器构成。

2．AR是74LS74琐存器的控制信号,低电平有效，与T4脉冲信号配合,可打开琐存器，把74LS181运算的进位结果存入其内。

(3)CY是高位进位标志信号,连接一个发光二极光，能显示其进位情况。

当进位时此灯“亮”，无进位时指示灯“灭”。

具体电路见图4-1带进位运算器通路图。

图4-1带进位运算器通路图图4-1带进位运算器通路三、实验注意事项（1）本实验使用T4脉冲信号，实验时将“W/R UNIT”的T4接至“STA TE UNIT”中KK2的正脉冲冲插头上，按下微动开关KK2（可产生T4正脉冲），即可获得本实验所需的单脉冲信号。

（2）S3、S2、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、AUL-B、SW-B、AR均为电平信号，与“SWITCH UNIT”中的二进制开关对应相连接，用于产生模拟信号。

（3）ALU-B、SW-B为低电平有效；LDDR1，LDDR2为高电平有效。

（4）实验仪上进位指示灯CY为“亮”时，表示有进位，“灭”表示无进位。

（5）实验仪上ZI(zero indicator)是判零标志灯，当两片74LS181输出全为“0”时，ZI灯亮，当两片74LS181输出不全为“0”时，ZI灯灭。

（6）每次做进位操作前都必须先对进位标志清零。

清零后,注意观看实验仪上进位指示灯CY是否已灭，若清零后CY不灭，要检查原因。

（7）进位清零操作时，有关控制端的状态是：S3、S2、S1、S0、M、AR、LDDR1、LDDR2 置为00000000，然后按下微动开关KK2即可。

（8）做清零操作时，DR1寄存器的内容不能为11111111。

四、实验内容和步骤1. 实验连线实验连线图见图4-2：图4-2 带进位运算实验接线图接线完成后，检查无误，方可接通电源，要养成一个好习惯，通电前要细心检查电路，以防短路发生，造成实验设备的损坏。

实验四移位控制实验一、实验目的(1)了解移位寄存器芯片(74LS299)的逻辑功能。

(2)掌握移位寄存器数据的载入、左移、右移的方法。

(3)掌握移位寄存器工作模式的设置，观察在不同工作模式下移位寄存器的逻辑功能。

二、实验原理移位操作时算术逻辑运算部件ALU众多操作中的一种，74LS181 算数逻辑运算芯片不带位移功能，需要在其他芯片的配合下才能实现移位操作。

实验台选用74LS299作为移位部件，与74LS181组成具有移位功能的算术逻辑运算部件(ALU UNIT)。

移位操作有很重要的逻辑意义，对一个数据左移一个二进制位就相当于进行了一次乘2操作(Si+仁Si X 2),左移和算数加结合可实现算数乘操作；右移一个二进制位就相当于进行了一次除2操作(Si+仁Si宁2),右移和算数减的结合可实现算数除操作。

1. 芯片74LS299的逻辑功能4LS299是一种数据宽度为8为的多功能移位寄存器芯片，片内含有8为寄存器D7-DO,与普通寄存器芯片不同之处是D7- DO与1/06 —1/00除了——对应输出外还可有左右移位输出。

左移时D0对应I/O1、D1对应I/O2……以此类推；右移时D7对应I/O6、D6对应I/O5……也以此类推。

对于输出、左右移位输出功能的选择，由S1、SO的功能控制端决定。

芯片封装在具有20引脚的封装壳中，封装型式见图2-5。

5V S1 SL Q7 107 IO5 103 101 CP SR肓7Fi 171 ITFI nr 131 121 m74LS299123456789 10SO 0E1 0E2 I06 I04 I02 IO0 QO M GDN图2-574LS29974LS299芯片的主要引脚有：(1) I07 —IO0：数据输入/输出端，芯片的输入/输出共用一个引脚，不同于74LS181输入、输出端引脚是分开的。

(2) SO、S1 :功能控制端，控制左移、右移等逻辑功能。

(3) OE1 OE2输出使能端，低电平时，IO7-IO0处于输入状态，高电平时，IO7-IO0处于输入状态。

实验四多寄存器数据输出及运算器移位实验【实验要求】利用CP226 实验箱的K16..K23 开关做为DBUS 数据的输入端，其它开关做为控制信号的输入端，将指定寄存器的内容传送到数据总线DBUS上。

【实验目的】掌握模型机中不同寄存器中的数据传送到数据总线和运算器移位功能实现的工作原理与控制方法。

【主要集成电路芯片及其逻辑功能】1. 74HC138译码器本实验所涉及的主要集成电路芯片之一为74HC138，用于控制选择输出寄存器。

74HC138是一个3-8译码器，引脚结构及其逻辑功能如下图与表所示。

输入输出使能代码G1 G2=2BG C B A Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y72A G× 1 ××× 1 1 1 1 1 1 1 10 ×××× 1 1 1 1 1 1 1 11 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 11 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 11 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 11 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 11 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 11 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 11 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 11 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 02. 74HC245译码器本实验所涉及的主要集成电路芯片之二为74HC245，用于ALU输出与总线连接。

74HC245是具有驱动能力的8位三态缓冲收发器，引脚结构如下图所示，其逻辑功能如下表所示。

DIR为输入输出转换端，置1时由A到B，置0时由B到A；OE为使能端，置1时A与B不通，置0时A与B连通。

【实验涉及的逻辑电路及原理】1. 多寄存器数据输出在CP226 实验箱中，有7 个寄存器可以向数据总线输出数据，但同一时刻只能有一个寄存器输出数据，且通过74HC138译码器决定7 个输出寄存器中哪个寄存器输出数据。

计算机组成原理上机实验指导-、实验准备和实验注意事项1 •本课程实验使用专门的TDN-CM+计算机组成原理教学实验设备，使用前后均应仔细检查主机板，防止导线、元件等物品落入装置内导致线路短路、元件损坏。

2 •完成本实验的方法是先找到实验板上相应的丝印字及其对应的引出排针，将排针用电缆线连接起来，连接时要注意电缆线的方向，不能反向连接；如果实验装置中引出排针上已表明两针相连，表明两根引出线内部已经连接起来，此时可以只使用一根线连接。

3 •为了弄清计算机各部件的工作原理，前面几个实验的控制信号由开关单元“SWITCH UNIT模拟输入；只有在模型机实验中才真正由控制器对指令译码产生控制信号。

在每个实验开始时需将所有的开关置为初始状态“1”。

4 •本实验装置的发光二极管的指示灯亮时表示信号为“0 ”，灯灭时表示信号为“1 ”。

5 •实验接线图中带有圆圈的连线为实验中要接的线。

6 •电源关闭后，不能立即重新开启，关闭与重启之间至少应有30秒间隔。

7•电源线应放置在机内专用线盒中。

8 •保证设备的整洁。

二、实验设备的数据通路结构利用本实验装置构造的模型机的数据通路结构框图如下图。

其中各单元内部已经连接好，单元之间可能已经连接好， 其它一些单元之间的连线需要根据实验目的 用排线连接。

图0-2 模型机数据通路结构框图D12 (7437^>(74273)CPUOUTPUT•/aLDDR1LDDR2JLDROLED —B实验一运算器实验：算术逻辑运算实验一.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；3 .掌握简单运算器的数据传送通路。

4 .验证运算功能发生器（74LSI81）的组合功能。

二.实验设备TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。

三•实验原理实验中所用的运算器数据通路如图1-I所示。

其中两片74LSI81以串行方式构成8位字长的ALU ALU的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线相连。

关于实验报告的说明（一）对教师和学生的基本要求1、加实验的学生需提交实验报告, 一次实验写一个实验报告。

实验报告要求字迹工整，文字简练，数据齐全，图表规范，计算正确，分析充分、具体、定量。

2、教师应根据学生在实验中和在实验报告书写中反映出来的认真程度、实验效果、理解深度、独立工作能力、科学态度等给予出恰当的评语，并指出实验报告中的不妥之处，然后依照评分细则，采用100分制评出成绩并签名和评定日期。

如学生抄袭或缺交实验报告达该课程全学期实验报告总次数三分之一以上，不得同意其参加本课程的考核。

3、学期结束后任课教师要及时收交学生实验报告，并按要求给出学生实验报告成绩册和学生实验报告上交到系办公室。

（二）内容填写要求1、实验项目名称：要用最简练的语言反映实验的内容。

2、实验目的和要求：目的和要求要明确，在理论上验证定理、公式、算法，并使实验者获得深刻和系统的理解，在实践上，掌握使用实验设备的技能技巧和程序的调试方法。

3、实验内容及步骤：这是实验报告极其重要的内容。

要抓住重点，可以从理论和实践两个方面考虑。

只写主要操作步骤，不要照抄实习指导，要简明扼要。

还应该画出实验流程图，再配以相应的文字说明，这样既可以节省许多文字说明，又能使实验报告简明扼要，清楚明白。

4、实验结果：根据实验目的将原始资料系统化、条理化，用准确的专业术语客观地描述实验现象和结果，要有时间顺序以及各项指标在时间上的关系。

5、实验总结：根据相关的理论知识对所得到的实验结果进行解释和分析和总结。

也可以写一些本次实验的心得以及提出一些问题或建议。

实验报告（一）实验报告（二）实验报告（三）实验报告（四）实验报告（五）输入完2的代码后，通过汇编下载，，调试窗口会显示出程序地址、机器码、反汇编指令，如下图所示五、实验总结（对本实验结果进行分析，实验心得体会及改进意见）本节实验主要练习的是数据传输，数据输入输出和数据的运算，习，我了解了每个程序的一开始的第一条一定是取指，微指令的值为每条指令都分为若干个状态周期，周期数为一到四个不等，所有的数据都存放在EM单元中，通过地址信息，找到需要的数据，并送到相应的寄存器中，由指令的操作码确定需要完成的具体操作。

组成原理实验报告(总6页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--实验报告实验六 模型机与机器指令执行实验一 实验目的 1 实验目的(1) 掌握控制器的工作原理(2) 掌握由控制器、运算器、存储器、组成的模型机的工作原理 (3) 通过运行各种简单程序，掌握机器指令和微指令的关系 2 实验要求(1) 做好实验预习和准备工作，掌握本次实验所用指令系统功能 (2) 将实验用汇编语言源文件编译成机器语言的目标文件 (3) 完成规定的实验内容 (4) 故障分析与排除(5) 实验结束时完成实验报告，并将报告提交服务器。

二 实验原理模型机的逻辑框图如图所示。

其指令系统和微指令系统可参看资料。

在本实验中，模型机作为一个整体工作。

所有微程序的控制信号由微程序存储器uM 输出。

而各寄存器，运算器的控制端口与uM 联接。

三 实验内容 在实验前，先用8芯电缆连接J1和J2，控制方式开关拨到“微程序控制”方向。

将计算机串口与实验仪串口相连，启动COP2000软件，并用快捷图标“设置”功能打开设置窗口，选择实验仪连接的串行口，然后再按“连接COP2000实验仪”按钮接通到实验仪。

实验1 数据传送/输入输出实验1. 在COP2000软件中的源程序窗口输入下列程序：MOV A ，#12H计算机组成原理机A W T D L RST R3R2R1R0MAR keyinportout PC mem_a mem_dIR Control24ALU DBUS ABUSIA IBUS INT_CODE Display Input SRAM。

一. 实验目的及要求(1) 了解运算器的组成结构。

(2) 掌握运算器的工作原理。

二. 实验模块及实验原理本实验的原理如图1-1-1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（有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM），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。

逻辑运算部件由逻辑门构成，较为简单，而后面又有专门的算术运算部件设计实验，在此对这两个部件不再赘述。

移位运算采用的是桶形移位器，一般采用交叉开关矩阵来实现，交叉开关的原理如图1-1-2所示。

图中显示的是一个 4X4 的矩阵（系统中是一个 8X8 的矩阵）。

每一个输入都通过开关与一个输出相连，把沿对角线的开关导通，就可实现移位功能，即：(1) 对于逻辑左移或逻辑右移功能，将一条对角线的开关导通，这将所有的输入位与所使用的输出分别相连, 而没有同任何输入相连的则输出连接0 。

(2) 对于循环右移功能，右移对角线同互补的左移对角线一起激活。

例如，在4 位矩阵中使用‘右1 ’和‘左 3 ’对角线来实现右循环 1 位。

(3) 对于未连接的输出位，移位时使用符号扩展或是 0 填充，具体由相应的指令控制。

使用另外的逻辑进行移位总量译码和符号判别。

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。

计算机组成原理移位运算实验报告移位运算是计算机中非常基础的运算之一，用于将二进制数的位数进行移动。

移位运算可分为左移和右移两种，左移是将二进制数的位数向左移动，右移则是将二进制数的位数向右移动。

移位运算通常用于二进制数的乘除运算、数据压缩、程序优化等方面。

在本次实验中，我们将通过Verilog HDL 设计一个移位器，实现移位运算。

1. 实验原理和设计设计移位器需要对移位运算的原理有一定的理解。

在二进制数的移位运算中，移位的方向和位移的距离都是明确的，因此我们可以通过调整输入信号的位置，分别实现左移和右移。

具体实现方法可以采用逻辑门电路实现，也可以采用移位指令指令直接实现。

在本次实验中，我们采用逻辑门的实现方法。

移位器的设计主要分为以下几个步骤：1. 采用Verilog HDL 自定义输入端口和输出端口。

2. 采用逻辑门电路实现移位器，包括左移和右移两种方式。

3. 对移位器进行仿真调试，验证移位器的正确性。

以下是实验所采用的Verilog HDL 代码：module shifter(input [15:0] in_data,input [1:0] shift_direction,input [3:0] shift_distance,output [15:0] out_data);wire [15:0] shift_out;assign shift_out = shift_direction[0] ? (in_data << shift_distance) : (in_data >> shift_distance);assign out_data = shift_direction[1] ? (in_data << shift_distance) : (in_data >> shift_distance);endmodule代码中定义了4 个输入端口和一个输出端口，在输入端口中，`in_data` 为需要进行移位的二进制数，`shift_direction` 为移动方向（0 为右移，1 为左移），`shift_distance` 为移动的距离。

实验指导DICE-CP226系统概述1.1 DICE-CP226特点1、采用总线结构DICE-CP226实验系统使用三组总线即地址总线ABUS、数据总线DBUS、指令总线IBUS和控制信号，CPU、主存、外设和管理单片机等部件之间通过外部数据总线传输，CPU内部则通过内部数据总线传输信息。

各部件之间，通过三态缓冲器作接口连接。

2、计算机功能模块化设计DICE-CP2226为实验者提供运算器模块ALU，众多寄存器模块（A，W，IA ，ST，MAR，R0…R3等），程序计数器模块PC，指令部件模块IR，主存模块EM，微程序控制模块〈控存〉uM，微地址计数器模块UPC，组合逻辑控制模块及I/O等控制模块。

各模块间的电源线、地线、地址总线和数据总线等已分别连通，模块内各芯片间数据通路也已连好，各模块的控制信号及必要的输出信号已被引出到主板插孔，供实验者按自己的设计进行连接。

3、智能化控制系统在单片机监控下，管理模型机运行和读写，当模型机停机时，实验者可通过系统键盘，读写主存或控存指定单元的内容，使模型机实现在线开发。

模型机运行时，系统提供单步一条微指令（微单步）、单步一条机器指令（程单步），连续运行程序及无限止暂停等调试手段，能动态跟踪数据，流向、捕捉各种控制信息。

4、提供两种实验模式①手动运行“Hand……”：通过拨动开关和发光二极管二进制电平显示，支持最底层的手动操作方式的输入/输出和机器调试。

②自动运行：通过系统键盘及液晶显示器或PC机，直接接输入或编译装载用户程序<机器码程序和微程序>，实现微程序控制运行。

5、开放性设计运算器采用了EDA技术设计，随机出厂时，已提供一套已装载的方案，能进行加、减、与、或、带进位加、带进位减、取反、直通八种运算方式，若用户不满意该套方案，可自行重新设计并通过JTAG 口下载。

用户还可以设计自己的指令/微指令系统。

系统中已带三套指令/微程序系统，用户可参照来设计新的指令/微程序系统。