🌺一、 实验目的
- 熟悉判零线路;
- 掌握进位寄存器单元的工作原理运用;
- 掌握带进位控制的算术逻辑运算器的组成和硬件电路。
🌼二、 实验内容
- 完成算术逻辑单元带进位的位加法运算;
- 完成带进位移位实验。
🌻三、 实验详情
实验1:算术逻辑单元带进位位的加法运算实验
● 把ALU-IN(8芯的盒型插座)与右板上的二进制开关单元中J01插座相连(对应二进制开关H16~H23),把ALU-OUT(8芯的盒型插座)与数据总线上的DJ2相连。
● 把D1CK、D2CK、CCK用连线连到脉冲单元的PLS1上,把EDR1、EDR2、ALU-O、S0、S1、S2、S3、CN、M接入二进制拨动开关(请按下表接线)。
控制信号 |
接入开关位号 |
D1CK |
PLS1 孔 |
D2CK |
PLS1 孔 |
CCK |
PLS1 孔 |
EDR1 |
H8 孔 |
EDR2 |
H7 孔 |
ALU-O |
H6 孔 |
CN |
H5 孔 |
M |
H4 孔 |
S3 |
H3 孔 |
S2 |
H2 孔 |
S1 |
H1 孔 |
S0 |
H0 孔 |
接线图示:
● 按启停单元中停止按钮,实验平台停机并且把进位寄存器CY清零(CY灯灭)。在本实验中使用算术逻辑单元作为进位发生器,按运行键,实验即进入运行状态。
● 二进制开关H16~H23作为数据输入,置65H(对应开关如下表)。
H23 |
H22 |
H21 |
H20 |
H19 |
H18 |
H17 |
H16 |
数据总线值 |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
8位数据 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
65H |
置各控制信号如下:
H8 |
H7 |
H6 |
H5 |
H4 |
H3 |
H2 |
H1 |
H0 |
EDR1 |
EDR2 |
ALU-O |
CN |
M |
S3 |
S2 |
S1 |
S0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
● 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键,在D1CK上产生一个上升沿,把65H打入DR2数据锁存器,通过逻辑笔或示波器来测量确定DR2寄存器(74LS374)的输出端,检验数据是否进入DR2中。置S3、S2、S1、S0、M为11101时,总线指示灯显示DRl中的数,而置成10010时总线指示灯显示DR2中的数。
● 二进制开关H16~H23作为数据输入,置A7H(对应开关如下表)。
H23 |
H22 |
H21 |
H20 |
H19 |
H18 |
H17 |
H16 |
数据总线值 |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
8位数据 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
A7H |
置各控制信号如下:
H8 |
H7 |
H6 |
H5 |
H4 |
H3 |
H2 |
H1 |
H0 |
EDR1 |
EDR2 |
ALU-O |
CN |
M |
S3 |
S2 |
S1 |
S0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
● 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键,在D2CK上产生一个上升沿,把A7H打入DR2数据锁存器。
● 再置各控制信号如下:
H8 |
H7 |
H6 |
H5 |
H4 |
H3 |
H2 |
H1 |
H0 |
EDR1 |
EDR2 |
ALU-O |
CN |
M |
S3 |
S2 |
S1 |
S0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
● 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键,在CCK上产生一个上升沿,把74LS181的进位打入进位寄存器中,在有进位的情况下,CY指示灯亮,并且ALU-O为0,把计算结果输出到数据总线。
● 经过74LS181的计算将产生进位,即Cn+4输出0,当把计算结果输出到总线时,数据总线指示灯IDB0~IDB7将显示结果0CH。
实验2:带进位移位实验
● 按启停单元中停止按钮,实验平台停机时把进位寄存器CY清零(CY灯灭)。在本实验中使用通用寄存器作为进位发生器,按运行键,实验即进入运行状态。
把RA-IN(8芯的盒型插座)与右板上的二进制开关单元中J01相连(对应二进制开关H16~H23),把RA-OUT(8芯的盒型插座)与数据总线上的DJ6相连。
● 把CCK、RACK连到脉冲单元的PLS1,把ERA、X0、X1、RA-O、M接入二进制拨动开关。(请按下表接线)。
信号定义 |
接入开关位号 |
CCK |
PLS1 孔 |
RACK |
PLS1 孔 |
X0 |
H12 孔 |
X1 |
H11 孔 |
ERA |
H10 孔 |
RA-O |
H9 孔 |
M |
H4 孔 |
接线图示:
● 二进制开关H16~H23作为数据输入,置81H(对应开关如下表)。
H23 |
H22 |
H21 |
H20 |
H19 |
H18 |
H17 |
H16 |
数据总线值 |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
8位数据 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
81H |
置各控制信号如下:
H12 |
H11 |
H10 |
H9 |
H4 |
X0 |
X1 |
ERA |
RA-O |
M |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
● 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键,在RACK上产生一个上升沿,把81H打入通用寄存器内。
● 此时数据总线上的指示灯IDB0~IDB7 应该显示为81H。由于通用寄存器内容不为0,所以ZD(LED)灯灭。
置各控制信号如下:
H12 |
H11 |
H10 |
H9 |
H4 |
X0 |
X1 |
ERA |
RA-O |
M |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
● 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键,在RACK上产生一个上升沿,使通用寄存器中的值左移。因进位寄存器CY的初始值为0,在RACK脉冲作用下将CY打入通用寄存器的最低位Q0。同时在CCK脉冲作用下把通用寄存器的最高位Q7(为1)打入进位寄存器CY,使CY显示灯亮,这样就实现了带进位的左移功能。
● 同样置各控制信号如下,并且按脉冲单元中的PLS1脉冲按键,可实现带进位的右移功能。
H12 |
H11 |
H10 |
H9 |
H4 |
X0 |
X1 |
ERA |
RA-O |
M |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
把M作为是否带进位的选择,M=0 带进位移位,M=1不带进位移位。控制型号X0、X1、M的功能状态如下:
功能状态表
X1 |
X0 |
M |
功能 |
移位操作 |
0 |
1 |
1 |
循环右移 |
Q7->Q6->Q5->Q4->Q3->Q2->Q1->Q0 |
0 |
1 |
0 |
带进位循环右移 |
CY->Q7->Q6->Q5->Q4->Q3->Q2->Q1->Q0 |
1 |
0 |
1 |
循环左移 |
Q7<-Q6<-Q5<-Q4<-Q3<-Q2<-Q1<-Q0 |
1 |
0 |
0 |
带进位循环左移 |
CY<-Q7<-Q6<-Q5<-Q4<-Q3<-Q2<-Q1<-Q0 |
🍀四、 实验步骤
实验1 算术逻辑单元带进位的位加法运算
(1)step1:把ALU-IN、ALU-OUT分别与二进制开关单元JO1和总线DJ2相连,并把D1CK、D2CK、CCK使用连接线接到脉冲单元的PLS1上,具体接线如下表。
控制信号 |
接入开关位号 |
|
D1CK |
PLS1 |
孔 |
D2CK |
PLS1 |
孔 |
CCK |
PLS1 |
孔 |
EDR1 |
H8 |
孔 |
EDR2 |
H7 |
孔 |
ALU-O |
H6 |
孔 |
CN |
H5 |
孔 |
M |
H4 |
孔 |
S3 |
H3 |
孔 |
S2 |
H2 |
孔 |
S1 |
H1 |
孔 |
S0 |
H0 |
孔 |
(2)step2:按停止按钮,机箱停机将CY清零,再按运行键。二进制开关H16至H23作为数据输入,置65H(对应开关如下表)。
H23 |
H22 |
H21 |
H20 |
H19 |
H18 |
H17 |
H16 |
数据总线值 |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
8位数据 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
65H |
置各控制信号如下表.
H8 |
H7 |
H6 |
H5 |
H4 |
H3 |
H2 |
H1 |
H0 |
EDR1 |
EDR2 |
ALU-O |
CN |
M |
S3 |
S2 |
S1 |
S0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
(3)step3:按下机箱的PLS1脉冲按键,在D1CK产生上升沿,把65H打入DR1锁存器中。
二进制开关H16至H23作为数据输入,置A7H(对应开关如下表)。
H23 |
H22 |
H21 |
H20 |
H19 |
H18 |
H17 |
H16 |
数据总线值 |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
8位数据 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
A7H |
置各控制信号如下表.
H8 |
H7 |
H6 |
H5 |
H4 |
H3 |
H2 |
H1 |
H0 |
EDR1 |
EDR2 |
ALU-O |
CN |
M |
S3 |
S2 |
S1 |
S0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
按下机箱的PLS1脉冲按键,在D1CK产生上升沿,把A7H成功打入DR2锁存器中。
置各控制信号如下表.
H8 |
H7 |
H6 |
H5 |
H4 |
H3 |
H2 |
H1 |
H0 |
EDR1 |
EDR2 |
ALU-O |
CN |
M |
S3 |
S2 |
S1 |
S0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
按下机箱的PLS1脉冲按键,在D1CK产生上升沿,总线指示灯IDB0至IDB7显示结果0CH。
实验2 带进位移位实验
(1)step1:将CY清零,重新按运行键使机箱处于运行状态。RA-IN、RA-OUT分别与二进制开关单元JO1和总线DJ6相连,并把RACK、CCK使用连接线接到脉冲单元的PLS1上,具体接线如下表。
控制信号 |
接入开关位号 |
|
CCK |
PLS1 |
孔 |
RACK |
PLS1 |
孔 |
X0 |
H12 |
孔 |
X1 |
H11 |
孔 |
ERA |
H10 |
孔 |
RA-O |
H9 |
孔 |
M |
H4 |
孔 |
(2)step2:二进制开关H16至H23作为数据输入,置81H(如下表)。
H23 |
H22 |
H21 |
H20 |
H19 |
H18 |
H17 |
H16 |
数据总线值 |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
8位数据 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
81H |
置各控制信号如下表.
H12 |
H11 |
H10 |
H9 |
H4 |
X0 |
X1 |
ERA |
RA-O |
M |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
(3)step3:按下机箱的PLS1脉冲按键,在D1CK产生上升沿,实现带进位的左移功能。
然后置各控制信号如下表.
H12 |
H11 |
H10 |
H9 |
H4 |
X0 |
X1 |
ERA |
RA-O |
M |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
按下机箱的PLS1脉冲按键,在D1CK产生上升沿,实现带进位的右移功能。
🌿五、 实验结果
实验1 算术逻辑单元带进位的位加法运算
实验1平台
实验1结果
实验2 带进位移位实验
实验2第一阶段平台
实验2第一阶段平台
实验2第二阶段平台
实验2第二阶段结果
🌷六、 实验体会
通过对实验操作以及结果分析,我熟悉了判零线路;掌握了在控制部分通过启停按键和运行按键以清零CY寄存器,并控制实验是否产生进位、左移或右移;熟悉了带进位控制的算术逻辑运算器的组成、硬件电路以及利用进位寄存器来实现带进位的左移、右移。
📝总结
计算机组成原理领域就像一片广袤而未被完全探索的技术海洋,邀请你勇敢踏足数字世界和计算机组成原理的神秘领域。这是一场结合创造力和技术挑战的学习之旅,从基础概念到硬件实现,逐步揭示更深层次的计算机结构、指令集架构和系统设计的奥秘。渴望挑战计算机组成原理的学习路径和掌握计算机硬件的技能?