实验指导书 - 计算机组成原理 - 图文(6)

“1”，K12置“0”）。这样，数Data1就写入到地址Addr1所指向的存储空间。

要向多个存储空间写数，反复重复送地址和送数操作。

（3）读存储器

读存储单元是写存储单元的逆过程，本实验，只有通过读出存储单元中的数据并且在显示灯上显示，才能判定写入操作是否成功。 送地址：从开关组K8~K1上拨一个地址Addr1，经三态传输门74LS244（K9置“0”）→BUS→MAR（打入单脉冲P2）。 读数：先将开关K9关闭（置“1”），再将存储器的控制开关K10、K11、K12置为“0、0、1”，地址Addr1对应存储单元中的数据就被读取到总线上，并在显示灯组上显示。这样就可以看出读出的数据与写入的数据是否一致。

要读出多个存储单元中的数据，可反复重复送地址和读数操作。

2、交换寄存器R1、R2中的数据

（1）开关初始化

K9置“1”，K10、K11、K12置“1”， K13置“0”， K14置“1”， K15置“1”。 （2）给R1送数

从开关组K8~K1上拨一个数据Data1，经三态传输门74LS244（K19置“0”）→BUS→寄存器R1（K13置“1”），数据Data1就送到R1中。

（3）给R2送数

从开关组K8~K1上拨一个数据Data2，经三态传输门74LS244（K19置“0”）→BUS→寄存器R2（给作为R2的74LS374的时钟端CLK一个单脉冲信号P1），数据Data2就打入到R2中。

（4）交换R1、R2中的数据

R1送RAM：从开关组K8~K1上任意拨一个地址Addr1送地址寄存器MAR，将寄存器R1中的数据送往Addr1对应的存储空间中（K14置“0”，K10、K11、K12分别置为“0、1、0”）。 R2送R1：将寄存器R2中的数据经总线送到寄存器R1中（K15置“0”，K13置“1”）。 RAM送R2：由于地址寄存器MAR中的地址仍为Addr1，其对应存储单元中的数据也是即将要读取的数据，所以这一步没必要

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再作送地址的操作。直接读取Addr1中的数据送R2即可（K10、K11、K12置为“0、0、1”， 给作为R2的74LS374的时钟端CLK一个单脉冲信号P2）。 经过上面三步操作后，就可实现R1、R2中数据互换。在数据互换的过程中，用到了RAM作为暂存器，这种作法是借鉴了程序设计中两变量值的互换{temp=t1;t1=t2;t2=temp}。

实验中注意事项

1、由于实验电路较为复杂，可以采取逐步调试的方法。即对每一个集成芯片，在其控制端的控制下，看其输出、输入信号是否满足其功能表规定的功能。

2、实验中，用到了总线结构，根据总线的分时性原则，必须保证在任意时刻只能有一个信号源向总线发送信息。实验中的每一步，为了保证数据正确、有效的传送，对控制开关进行了相应设置，切记在数据传输完毕后，将控制开关恢复到初始化状态。否则会造成数据传输的混乱，影响实验的正确完成。

六、实验记录

1、详细记录实验电路中各模块控制信号操作的先后顺序，及挂在总线上各三态门开启时间和关闭时间。 2、记录实验中写入和读出的各组地址及相应的数据。

3、实验操作过程中，出现了哪些意想不到的问题，如何解决的，在解决这个问题的过程中，受到哪些启发，反过来考虑，为什么会出现这类问题。

七、选做实验

用二片2K×8bit的6116RAM存储器，构成一个4K×8bit的随机读写存储器。

八、实验思考

1、由K8~K1设置的数据同时送入R1、R2和RAM某存储单元可以吗？为什么？该如何操作？

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2、图2-5是一个单总线结构的运算器框图，其中的74181为4位算术逻辑单元，非三态输出。分析以下有何问题？应该如何改进？

图2-5 思考题

3、对于静态存储器芯片，设片选信号始终是有效的。问：

若读信号有效后，地址仍在变化，或数据线上有其它电路送来的信号，对读出有什么影响？有什么其它问题？ 若写信号有效后，地址仍在变化，或写入数据仍不稳定，对写入有什么影响？有什么其它问题？

九、实验报告

1、画出该实验电路的原理框图和实验接线图。

2、详细列出实验时的操作步骤，重点是各模块控制信号给出的先后顺序。

3、写出半导体静态存储器的读/写过程，实验中是如何实现两寄存器R1、R2之间的数据交换的。 4、实验过程中，出现了那些问题，每个问题是如何解决的？

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实验三 运算器仿真实验

一、实验目的

了解有关运算指令执行的过程，选择和设置指令执行过程中每个节拍的控制信号，观察数据传输的通路及流向。

二、实验设备

1、综合硬件公共箱NS-GG1 2、组成原理模型机NS-MX1

三、实验原理

1、多选一的数据通路

在ALU进行运算之前，要先将参与运算的数据存入暂存器ALUA及ALUB中。暂存器ALUA及ALUB的数据来自多个通道：ALUA有两个通道，通过ALUA多路选择MUX选择来自程序计数器PC或通用寄存器堆GR；ALUB有三个通道，通过ALUB多路选择MUX选择来自数据缓冲器DB或取值为1或通用寄存器堆GR。

2、多选一的算术逻辑运算

算术逻辑运算器ALU可进行ADD、ADC、SUB、SBC、XOR、AND、OR等算术逻辑运算，根据指令的操作码（ALUOP1、ALUOP2、ALUOP3体现）决定算术逻辑运算器ALU进行具体何种运算，并将运算结果存储在暂存寄存器TR和状态寄存器PSW中。

3、多选一的数据存储

最后运算执行的结果将存放在通用寄存器堆GR中，并将按照指令的目的地址存放在R0~R3中。

四、实验步骤

（一）接线

1、程序计数器PC

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程序计数器PC的值由手工输入，用PC控制信号E_PC锁存，使程序计数器PC的

显示值与输入值相同；将拨码开关的“千位”和“百位”按次序接程序计数器PC，依次表示源操作数D7~D0；将开关K1接至控制信号E_PC，当E_PC=1时，可将数据打入程序计数器PC。 公共箱上接线点 模型机上接线点 2、通用寄存器GR

通用寄存器堆GR的值可由手工输入，将拨码开关的“千位”和“百位”按次序接通用寄存器堆GR，依次表示数据D7~D0。将开关K2、K3接至控制信号S_RA2、S_RA1，开关K4、K5接S_RB2、S_RB1，可分别选通R0~R3（下面解释）。 公共箱上接线点 模型机上接线点 拨盘开关千位 GR7~GR4 拨盘开关百位 GR3~GR0 开关K2、K3 开关K4、K5 S_RA2、S_RA1 S_RB2、S_RB1 拨盘开关千位 PC7~PC4 拨盘开关百位 PC3~PC0 开关K1 E_PC 3、ALUA多路选择MUX

ALUA多路选择MUX主要选择ALUA暂存器数据来自程序计数器PC或通用寄存器堆GR。将开关K6接至控制信号S_A：当S_A=1时，选择通用寄存器堆GR （此时由S_RA2、S_RA1选通R0~R3）；当S_A=0时选择程序计数器PC。

公共箱上接线点 模型机上接线点 4、ALUB多路选择MUX

ALUB暂存器数据来自三个通道，由ALUB多路选择MUX的控制信号S_B2、S_B1选择。将开关K7、K8接至控制信号S_B2、S_B1：当S_B2、S_B1=11时，选择数据缓冲器DB（表示数据从ODB→IDB）； 当S_B2、S_B1=10时，选择数据固定为“1”； 当S_B2、S_B1=01时，选择通用寄存器堆GR（此时由S_RB2、S_RB1选通R0~R3）。

公共箱上接线点 模型机上接线点 5、数据缓冲器DB

数据缓冲器DB连接外部数据总线ODB和内部数据总线IDB，起缓冲驱动作用。

当数据缓冲器DB的控制信号E_DR为“0”时，表示数据方向由ODB→IDB，反之则IDB→ODB。

本实验将拨码开关的“千位”和“百位”按次序接数据缓冲器DB，依次表示数据D7~D0（模拟数据方向由ODB→IDB）。

公共箱上接线点 拨盘开关千位 模型机上接线点 6、算术逻辑运算器ALU

算术逻辑运算器ALU主要进行算术逻辑运算。将开关K9~K11接至ALU的控制信号ALUOP3~ALUOP1，其000~110七种变化分别对应ADD、ADC、SUB、SBC、XOR、

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开关K6 S_A 开关K7、K8 S_B2、S_B1 拨盘开关百位 DB3~0 DB7~4

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