實驗講義
主講教師：關曉薔
執筆人：關曉薔
適用班級：2008級
學號姓名
山西大學計算機與資訊科技學院
2023年12月
實驗環境介紹
實驗注意事項
1、根據實驗要求接線。由於實驗箱中配備的排線只有2口、4口、6口和8口四種，當實驗中需用1口、3口線時，可用2口、4口替代，但要注意連線兩端的顏色一定要對應。
2、接好連線並檢查無誤後，再開啟實驗箱的電源。
實驗一算術邏輯運算實驗
一、實驗目的：
1、了解運算器的組成結構；
2、掌握運算器的工作原理；
3、學習運算器的設計方法；
4、掌握簡單運算器的資料運輸通路；
5、驗證運算功能發生器（74ls181）的組合功能。
二、實驗內容：
1、實驗原理：
實驗中所用的運算器資料通路圖1.1所示。其中運算器由兩片74ls181以並/串形式構成8位字長的alu。
右方為低4位運算晶元，左方為高4位的運算晶元。低4位晶元的進製輸出端c(n+4)與高位晶元的輸入端cn相連，使低4位的運算產生的進製送進高4位運算中。低位晶元的進製輸入端cn可與外來進製相連，高位晶元的進製輸出引至外部。
兩個晶元的控制端s0～s3和m各自相連，其控制訊號由表1.1給出。
為進行雙運算元運算，運算器的兩個資料輸入端分別由兩個資料暫存器dr1、dr2（用鎖存器74ls273實現）來鎖存資料。要將內匯流排上的資料鎖存到dr1或dr2中，則鎖存器74ls273的控制器lddr1或lddr2須為高電平。當t4脈衝到來時，匯流排上的資料就被鎖存進dr1或dr2中了。
為控制運算器將內匯流排上輸出運算結果，在其輸出端連線了乙個三態門（用74ls245實現）。若要將運算結果輸出到匯流排上，則要經過三態門74ls245的控制端alu-b置低電平，否則輸出高阻態。
資料輸入單元用以給出參與運算的資料，其中輸入開關經過乙個三態門（74ls245）和內匯流排相連，該三態門的控制訊號sw-b取低電平時，開關上的資料就通過三態門而送入內匯流排中。
匯流排資料顯示燈（在bus unit單元中）已與內匯流排相連，用來顯示內匯流排上的資料。控制訊號中除t4脈衝訊號外，其它均為電平訊號。
由於實驗電路中的時序訊號均已連至「w/r unit」單元中相應時序訊號引出端，因此需要將「w/r unit」單元中的t4接至「state unit」單元中的微動開關kk2的輸出端。在進行實驗時，按動微動開關，即可獲得實驗所需的單脈衝。
s3、s2、s1、s0、cn、m、lddr1、lddr2、alu-b、sw-b各電平控制訊號用「switch unit」單元中的二進位制資料開關來模擬，其中cn、alu-b、sw-b為低電平有效，lddr1、lddr2為高電平有效。
2、實驗步驟：
（1）按照圖1.2連線電路。(圖中將使用者需要連線的訊號線用小圓圈標明，以下實
驗相同，不再另做說明)
（2）仔細查綫無誤後，接通電源。
（3）用輸入開關向暫存器dr1置數。
撥動微動開關形成二進位制數。（數值顯示，燈亮為0、滅為1）
使switch unit單元中的開關sw-b=0（開啟資料輸入三態門）、alu-b=1（關閉alu輸出三態門）、lddr1=1、lddr2=0。
按動微動開關kk2，則將二進位制數置入dr1中。
（4）用輸入開關向暫存器dr2置數。
撥動輸入開關形成二進位制數。
sw-b=0，alu-b=1，改變lddr1、lddr2，使lddr1=0、lddr2=1。
按動微動開關kk2，則將二進位制數置入dr2中。
圖1.1運算器通路圖
圖1.2算術邏輯實驗接線圖
（5）檢驗dr1和dr2中存的數是否正確。
①關閉資料輸入三態門（sw-b=1），開啟alu輸出三態門（alu-b=0），並使lddr1=0、lddr2=0，關閉暫存器。
②置s3、s2、s1、s0、m為1 1 1 1 1，匯流排顯示燈則顯示dr1中的數。
③置s3、s2、s1、s0、m為1 0 1 0 1，匯流排顯示燈則顯示dr2中的數。
（6）改變運算器的功能設定，觀察運算器的輸出。
①sw-b=1、alu-b=0保持不變。
②按表1.1置s3、s2、s1、s0、m、cn的數值，並觀察匯流排顯示燈顯示的結果。
例如：置s3、s2、s1、s0、m、cn為1 0 0 1 0 1，運算器進行加法運算。
置s3、s2、s1、s0、m、cn為0 1 1 0 0 0，運算器進行減法運算。
（7）驗證74ls181的算術運算和邏輯運算功能（採用正邏輯）。
在給定dr1和dr2的情況下，改變運算器的功能設定，觀察運算器的輸出，填入表1.1中，並結合表1.2理論分析進行比較和驗證。
表1.1 實驗結果表
表1.2 74ls181功能表
實驗結果記錄：
實驗二進位控制實驗
一、實驗目的：
1、了解帶進製控制的運算器的組織結構；
2、驗證帶進製控制的運算器的功能。
二、實驗內容：
1、實驗原理：
實驗原理圖如圖2.1所示，本實驗是在實驗一的基礎上增加進製控制部分。其中運算器最高進製輸出c(n+4)連線到乙個鎖存器（用74ls74實現）的輸入端d，鎖存器控制端的控制訊號ar必須置為低電平，當t4脈衝到來時，進製結果就被鎖存到進製鎖存器中了，發光二極體這時顯示為「滅」。
同時也將本次的進製輸出結果帶進了下次的運算中，作為下次運算的進製輸入。
圖2.1 帶進製運算器通路圖
2、實驗步驟：
（1）按照原理圖2.2，連線實驗電路。
（2）仔細查綫無誤後，接通電源。
（3）用二進位制數碼開關向dr1和dr2暫存器置數，方法同實驗一。
（4）關閉資料輸入三態門（sw-b=1）,開啟alu輸出三態門（alu-b=0），並使
lddr1=0、lddr2=0，關閉暫存器打入控制門。
（5）對進製標誌清零。實驗板上「switch unit」單元中的clr開關為標誌cy、
zi的清零開關，它為零狀態時是清零狀態，所以將此開關做1→0→1操作，即可使標誌位清零。
注意：進製標誌指示燈cy亮時表示進製標誌為「0」，無進製；指示燈cy滅時表示進製標誌為「1」，有進製。
（6）驗證帶進製運算及進製鎖存功能，使cn=1，ar=0，進行帶進製算術運算。
t4脈衝到來時，將本次運算的進製結果鎖存到進製鎖存器中。注意觀察進製標誌顯示燈cy。
例如：做加法運算，首先向dr1、dr2置數，然後使alu-b=0, s3、s2、s1、s0、m狀態為1、0、0、1、0，此時資料匯流排上顯示的資料為dr1加dr2加當前進製標誌的和，但這時的進製狀態位還沒有打入鎖存器中，（它要靠t4節拍打入的）。這個結果是否產生進製，則要按動微動開關kk2，若進製標誌燈亮，表示無進製；反之，有進製。
因為做加法運算時資料匯流排一直顯示的資料是dr1+dr2+cy，所以當有進製輸入到進製鎖存器時，匯流排顯示的資料將為加上當前進製鎖存器中鎖存的進製的結果。
計算機組成原理實驗感想
通過這麼多次的計算機組成原理實驗，無論是從知識上還是從能力上我都獲益良多，平時我們能見到的都是計算機的外部結構，在計算機組成原理的學習中，逐步對計算機的內部結構有了一些了解，但始終都停留在理論階段。而在這幾次實驗中，讓我們動手 驗證書上的知識，讓我們對運算器，儲存器，控制器以及輸入輸出各個系統的內部...
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計算機組成原理實驗四報告
實驗報告 一 實驗目的 1 掌握匯流排傳送資訊的原理。2 熟悉運算器和儲存器之間的資料通路。3 鍛鍊分析問題和解決問題的能力。二 實驗原理 圖4 1 模型機資料通路框圖 圖4 1示出了資料通路實驗電路圖，他是將前面進行的運算器單元 儲存器單元和其它單元連線在一起形成的。由於ram是三態門輸出，因而可...