实验一 运算器组成实验
一、实验目的
1、学习数据信息的表示方法，熟练掌握几种四则运算方法。
2、掌握运算器的工作原理及其组成结构，学习运算器的设计方法。 3、熟悉简单运算的数据传送通路。
4、验证运算器功能发生器(74LS181)的组合功能。 5、按给定数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。
二、实验设备
1、TWL-PCC计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。 2、PC微机一台（选配）。
四、实验步骤
1、连接实验线路。参考实验连线图见图1.2。图中将用户需要连接的信号线用小圆圈标明（以后其它实验相同，不再说明）。仔细检查无误后，接通电源。
....KK2+T4...............运算器单元S3...CNC_TR1C_TR2D7...D0AJ1B_ALUD7...D0输入设备单元RDB_SW......SW16...SW11(S3...CN)SW10SW9SW7(C_TR1)(C_TR2)(B_ALU)SW4SW3(CS)(B_SW).开关组单元D0...D7时序信号发生器单元总线单元
图1.2 运算器组成实验接线图
2、先置相关的控制信号为初始态，即使运算器和输入设备的输出都为高阻态（B_ALU=1、B_SW=1）,“输入设备单元”中的RD信号可以一直为低电平（RD=0）,暂存器TR1和TR2的门控信号都为低电平（C_TR1=0、C_TR2=0）。
3、通过“输入设备单元”的数据开关向暂存器TR1中置数。 ① 拨动8位数据开关形成一个8位二进制数。（如01100010）。
② 数据开关上的数据输出至总线（B_SW=0）,打开暂存器TR1的门控信号（C_TR1=1）。 ③ 按动微动开关KK2，产生一个T4脉冲，将数据开关上的数据（01100010）打入到TR1中。然后关掉暂存器TR1的门控信号（C_TR1=0）。
4、通过“输入设备单元”的数据开关向暂存器TR2中置数。 ① 拨动8位数据开关形成一个8位二进制数。（如10101101）。
② 数据开关上的数据输出至总线（B_SW=0）,打开暂存器TR2的门控信号（C_TR2=1）。 ③ 按动微动开关KK2，产生一个T4脉冲，将数据开关上的数据（10101101）打入到TR2中。然后关掉暂存器TR2的门控信号（C_TR2=0）。
5、关掉数据开关的输出三态门（B_SW=1），打开运算器的数据输出三态门（B_ALU=0）,使运算器输出至总线上。此时，改变运算器的控制信号S3、S2、S1、S0、M及CN的状态，就可获得不同的运算结果。参照表1.1其逻辑功能表。
如：先检验TR1和TR2中打入的数是否正确，可将S3、S2、S1、S0及M分别置为1、1、1、1、1时总线上显示的为TR1中的数；而置成1、0、1、0、1时则显示的为TR2中的数。
五、实验要求
1、做好实验预习，掌握运算器的数据传送通路和ALU的功能特性，并熟悉本实验中所用的控制开关的作用和使用方法。
2、置数TR1=62H，TR2=ADH，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，记录到下表1.2中，并进行理论分析，得出结论。
表1.2
DR1 DR2 62 AD S3 S2 S1 S0 ００００ ０００１ ００１０ ００１１ ０１００ ０１０１ ０１１０ ０１１１ １０００ １００１ １０１０ １０１１ １１００ １１０１ １１１０ M=0（算术运算） Cn=1 无进位 F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） Cn=0 有进位 F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） M=1 （逻辑运算） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） １１１１
F=（ ） F=（ ） F=（ ） 实验二 进位控制实验
一、实验目的
1、了解带进位控制的运算器中的进位控制电路的组成结构。 2、验证带进位控制的算术运算器功能发生器的功能。
二、实验设备
1、TWL-PCC计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。 2、PC微机一台（选配）。
四、实验步骤
1、连接实验线路。参考实验连线图见图2.2。仔细检查无误后，接通电源。 2、将进位标志清零，方法为拨CLR开关从1→0→1。
3、用二进制数据开关向TR1和TR2置数。具体操作步骤同实验一。
4、关闭数据开关输出三态门（B_SW=1）,打开运算器输出三态门（B_ALU=0）,此时若做
加法功能，则置S3、S2、S1、S0、M、CN状态为1、0、0、1、0、1，此时总线显示灯上的数据为TR1+TR2。
5、置进位允许信号（CP=0），按动微动开关KK2产生T4脉冲，若前边的TR1+TR2有进位产生，则进位标志灯亮，进位锁存器中打入进位位CY=1，此时总线上的数据为TR1+TR2+CY；若没产生进位则进位标志灯灭，进位锁存器中打入的进位位CY=0。
五、实验要求
1、实验并记录63H+A7H+CY的结果和标志。 2、实验并记录63H∧A7H的结果和标志。 3、实验并记录D6H+34H+CY的结果和标志。
4、实验并记录25D6H+8334H的结果和标志，写出你操作的流程。
....KK2+T4...............运算器单元CPS3...CND7...D0AJ1C_TR1C_TR2B_ALUD7...D0输入设备单元RDB_SW......SW17(CP)SW16...SW11(S3...CN)SW10SW9SW7(C_TR1)(C_TR2)(B_ALU)SW4SW3(CS)(B_SW).开关组单元D0...D7时序信号发生器单元总线单元
图2.2 进位运算实验接线图
实验四 静态存储器实验
一、实验目的
1、掌握静态随机存储器RAM的工作特性及使用方法。
2、了解半导体存储器存储和读出数据的方法。
二、实验设备
1、TWL-PCC计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。 2、PC微机一台（选配）。
表4.1 6116功能表 状态 未选中 禁止 读出 CS 1 0 0 OE X 1 0 WE X 1 1 D7~D0 高阻抗 高阻抗 数据读出 写入 写入 0 0 1 0 0 0 数据写入 数据写入
实验时，存储器的地址由“地址寄存器单元”给出。地址寄存器的输入和存储器的数据都接到内总线上，他们是由“输入设备单元”的数据开关经三态门连接到总线上分时给出地址和数据。
地址寄存器的打入时钟是由C_AR和T3脉冲相与得到。所以在电平控制信号C_AR 为高电平时，此时来一个T3脉冲，即会产生一个有效的打入时钟，将当前总线上的数据打入到地址寄存器中，同时，地址指示灯实时显示地址寄存器中的内容。实验中T3脉冲可以由按动微动开关KK2产生，只要将“时序发生器单元”中的KK2+排针端接到“总线单元”的T3端上即可。
四、实验步骤
1、连接实验线路。参考实验连线图如图4.2所示。仔细检查无误后，接通电源。
2、连续写存储器。给存储器的00H、01H、02H、03H、04H地址单元分别写入数据AAH、BBH、CCH、DDH、EEH。
① 写地址。关存储器的片选线（CS=1），同时WE=1、OE=1，打开数据开关的输出三态门（B_SW=0、RD=0）,此时数据开关中的数输出占领总线，将数据开关的数置为00H（00000000），打开地址寄存器打入门控信号（C_AR=1），然后按动微动开关KK2产生T3脉冲，即将00H打入到地址寄存器中，同时地址总线指示灯显示。
② 写数据。关掉地址寄存器的门控信号（C_AR=0）,将数据开关的数置为AAH（10101010），打开存储器的片选线（CS=0），将写线WE进行1→0→1操作，此时数据开关中的数AAH以被写到存储器的00H地址单元中。
③ 重复①②，分别在01H、02H、O3H、O4H地址单元中写入数据BBH、CCH、DDH、EEH。 3、连续读存储器。将存储器00H、01H、02H、03H、04H地址单元中的数分别读出，观 察读出的结果与写入结果是否一致。
① 写地址。关存储器的片选线（CS=1），同时WE=1、OE=1，打开数据开关的输出三态门（B_SW=0、RD=0）,此时数据开关中的数输出占领总线，将数据开关的数置为00H（00000000），打开地址寄存器打入门控信号（C_AR=1），然后按动微动开关KK2产生T3脉冲，即将00H打入到地址寄存器中，同时地址总线指示灯显示。 ② 读数据。关数据开关的输出三态门（B_SW=1）,打开存储器的片选线（CS=0），置读线有效（RD=0），此时总线上显示的即为从存储器00H地址单元读出的数据AAH。 ③ 重复①②，分别读出01H、02H、O3H、O4H地址单元中的数据，观察与写入的数据是否一致。
....KK2+T3...A7............系统总线单元...A0地址寄存器单元C_ARA7...A0D7...D0D7...D0存储器单元OEWECS输入设备单元RDB_SWSW17(CP)SW6(OE)SW5(WE)SW4(CS)SW2SW3(SWB)(B_SW).开关组单元D0...D7时序信号发生器单元总线单元
图4.2 静态存储器实验接线图
实验六 总线及数据通路组成实验
一、实验目的
1、理解总线的概念、作用和特性。 2、掌握用总线控制数据传送的方法。 3、进一步熟悉教学计算机的数据通路。
4、掌握数字逻辑电路中故障的一般规律，以及排除故障的一般原则和方法。
5、锻炼分析问题与解决问题的能力，在出现故障的情况下，分析故障现象，并排除故障。
二、实验设备
1、TWL-PCC计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。 2、PC微机一台（选配）。
四、实验步骤
1．本实验有两种连线方式：一种是各个单元的控制信号分别由不同的开关控制，连线参考图见图6.2所示。另一种是同后边模型机实验相同，存储器、I/O设备（包括输入设备和输出设备）有各自的片选线，但是共用一根读线和一根写线。
2、由于有不同的连线图就有不同的执行流程，按照第一种连线方式，完成实验任务须有以下几步操作：
① 数据输入开关置10H打入到地址寄存器。 ② 数据输入开关置数据93H打入到存储器。
③ 存储器输出数据到输出设备同时打入到R0寄存器。
3、连接实验线路。参考实验连线图如图6.2所示。仔细检查无误后，接通电源。 4、置所有控制信号为初始态：输入设备（B_SW=1,RD=1）、地址寄存器（C_AR=0）、存储器（CS=1、RD=1、WE=1）、输出设备（B_LED=1、WR=1）、通用寄存器R0（B_R0=1、C_R0=0）。 5、“时序发生器单元”中的二进制开关拨至“单步”状态。
① 数据开关置数10H，打开输入设备输出三态门（B_SW=0、RD=0）,打开地址寄存器打 入门控信号（C_AR=1），按动时序启动键START，产生的T3节拍脉冲将总线上的数据打入到地址寄存器中。关掉地址寄存器打入门控信号(C_AR=0)。
② 数据开关置数93H，存储器片选有效写有效（CS=0、RD=0、WE=1→0→1）,此时将总
线上的数据93H写入到存储器当前地址单元中。关掉输入设备三态门（B_SW=1）关掉存储器片选线（CS=1）。
③ 存储器片选有效读有效（CS=0、WE=1、RD=1），输出设备片选有效写有效（B_LED=0、WR=1→0→1），此时存储器中的数打入到输出设备的数码管中显示，同时，打开通用寄存器RO的打入门控信号（C_R0=1）,按动时序启动键START，产生的T4节拍脉冲将总线上的数据打入到通用寄存器R0中。然后关存储器（CS=1）,关通用寄存器打入门控信号（C_R0=0）。
五、实验要求
1、在数据传送过程中，发现了什么故障？记录故障现象,排除故障的分析思路,故障定位及故障的性质。
2、以第二种实验接线方法实现本实验要求，即存储器、I/O设备（包括输入设备和输出设备）有各自的片选线，但是共用一根读线和一根写线的方式连接实验线路，分析有什么区别，编写执行流程，写出详细的实验步骤,记录实验数据。
.D0...D7......D0...D7......总线单元D0...D7......D0...D7......T3T4A7...A0OT3OT4Φ系统总线单元时序信号发生器单元地址寄存器单元SY信号源单元
图6.2 总线实验接线图
......D7D0输入设备单元B_SWRDSW3 (B_SW)SW2寄存器堆单元B_R0C_R0SW7SW8输出设备单元B_LEDWRSW9SW10存储器单元CSWEA7A0OESW4 (CS)SW5 (WE)SW6 (OE)......C_ARSW17开关组单元.
