计算机组成实验报告 - 图文

2.1 算术逻辑运算单元实验

2.1.1 实验目的

1、掌握简单运算器的数据传输方式 2、掌握74LS181的功能和应用 2.1.2 实验要求

完成不带进位位算术、逻辑运算实验。按照实验步骤完成实验项目，了解算术逻辑运算单元的运行过程。

2.1.3 实验说明

2.1.3.1 ALU单元实验构成（如图2-1-1）

1、运算器由2片74LS181构成8位字长的ALU单元。 2、2片74LS374作为2个数据锁存器（DR1、DR2），8芯插座ALU-IN作为数据输入端，可通过短8芯扁平电缆，把数据输入端连接到数据总线上。

3、运算器的数据输出由一片74LS244（输出缓冲器）来控制，8芯插座ALU-OUT作为数据输出端，可通过短8芯扁平电缆把数据输出端连接到数据总线上。

图2-1-1

图2-1-2

2.1.3.2 ALU单元的工作原理（如图2-1-2） 数据输入锁存器DR1的EDR1为低电平，并且D1CK有上升沿时，把来自数据总线的数据打入锁存器DR1。同样使EDR2为低电平、D2CK有上升沿时把数据总线上的数据打入数据锁存器DR2。

算术逻辑运算单元的核心是由2片74LS181组成，它可以进行2个8位二进制数的算术逻辑运算，74LS181的各种工作方式可通过设置其控制信号来实现（S0、S1、S2、S3、M、CN）。当实验者正确设置了74LS181的各个控制信号，74LS181会运算数据锁存器DR1、DR2内的数据。由于DR1、DR2已经把数据锁存，只要74LS181的控制信号不变，那么74LS181的输出数据也不会发生改变。

输出缓冲器采用74LS244，当控制信号ALU-O为低电平时，74LS244导通，把74LS181的运算结果输出到数据总线；当ALU-O为高电平时，74LS244的输出为高阻。

2.1.3.3 控制信号说明 2.1.4 实验步骤 信号名称 EDR1 EDR2 D1CK D2CK S0~S3 M 作 用 选通DR1寄存器 选通DR2寄存器 DR1寄存器工作脉冲 DR2寄存器工作脉冲 74LS181工作方式选择 选择逻辑或算术运算 有效电平 低电平有效 低电平有效 上升沿有效 上升沿有效 见附表 高电平为逻辑运算,低电平为算术运算 高电平有效 上升沿有效 低电平有效 CN 有无进位输入 CCK 进位寄存器的工作脉冲 ALU-O 74LS181计算结果输出至总线 实验一：不带进位位逻辑或运算实验 把ALU-IN（8芯的盒型插座）与CPT-B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和D2CK用连线连到脉冲单元的PLS1上，把EDR1、EDR2、ALU-O、S0、S1、S2、S3、CN、M接入二进制开关（请按下表接线）。 控制信号 接入开关位号 D1CK PLS1 孔 D2CK 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 按启停单元中的运行按钮，使实验平台处于运行状态。

二进制开关H16~H23作为数据输入，置33H（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 0 1 1 0 0 1 1 33H 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 1 1 1 1 0 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在D1CK上产生一个上升沿，把33H打入DR1数据锁存器，通过逻辑笔或示波器来测量确定DR1寄存器（74LS374）的输出端，检验数据是否进入DR1中。

二进制开关H16~H23作为数据输入，置55H（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 0 1 0 1 0 1 55H 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 0 1 1 1 1 1 0 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在D2CK上产生一个上升沿的脉冲，把55H打入DR2数据锁存器。

经过74LS181的计算，把运算结果（F=A或B）输出到数据总线上，数据总线上的LED显示灯IDB0~IDB7应该显示为77H。

实验结果截图：

实验二：不带进位位加法运算实验

二进制开关H16~H23作为数据输入，置33H（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 0 1 1 0 0 1 1 33H 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33H打入DR1数据锁存器，通过逻辑笔或示波器来测量确定DR1寄存器（74LS374）的输出端，检验数据是否进入DR1中。

二进制开关H16~H23作为数据输入，置55H（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 0 1 0 1 0 1 55H 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 0 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55H打入DR2数据锁存器。

经过74LS181的计算，把运算结果(F=A加B)输出到数据总线上，数据总线上的LED显示灯IDB0~IDB7应该显示为88H。

实验结果截图：

2.2 通用寄存器单元实验

2.2.1 实验目的

了解通用寄存器的组成和硬件电路，利用通用寄存器实现数据的置数、左移、右移等功能。

2.2.2 实验要求

按照实验步骤完成实验项目， 实现通用寄存器移位操作。了解通用寄存器单元的工作原理运用。

2.2.3 实验说明

2.2.3.1 寄存器实验构成：（如图2-2-1）

通用寄存器由2片GAL16V8构成8位字长的寄存器单元。8芯插座RA-IN作为数据输入端，可通过短8芯扁平电缆，把数据输入端连接到数据总线上。

数据输出由一片74LS244（输出缓冲器）来控制。用8芯插座RA-OUT作为数据输出端，可通过

短8芯扁平电缆，把数据输出端连接到数据总线。 判零和进位电路由1片GAL、1片7474和一些常规芯片组成，用2个LED（ZD、CY）发光管分别显示其状态。其中ZD为判零位显示灯,CY为进位位显示灯。

2.2.3.2 通用寄存器单元的工作原理：（图2-2-2）

通用寄存器单元的核心部件为2片GAL16V8，它具有锁存、左移、右移、保存等功能。各个功能都由X1、X2信号和工作脉冲RACK来决定。当置ERA=0、X0=1、X1=1，RACK有上升沿时，把总线上的数据打入通用寄存器。可通过设置X0、X1来指定通用寄存器工作方式，通用寄存器的输出端Q0~Q7接入判零电路。LED（ZD）亮时，表示当前通用寄存器内数据为0。

输出缓冲器采用74LS244，当控制信号RA-O为低时，74LS244开通，把通用寄存器内容输出到总线；当RA-O为高时，74LS244的输出为高阻。 GAL 方程如下：

Clk,OE pin 1,11; A,B,C,D pin 3,4,5,6; QA,QB,QC,QD pin 18,17,14,13; S0,S1,SIL,SIR pin 8,9,2,7; Q =[QD,QC,QB,QA]; I =[D,C,B,A];

SL=[QC,QB,QA,SIL]; SR =[SIR,QD,QC,QB]; equations

Q:= S0 & S1 & I # S0 &!S1 & SR # !S0 &S1 & SL #!S0 &!S1 & Q;

图2-2-2

2.2.3.3 控制信号说明 信号名称 作 用 X0、X1 通用寄存器的工作模式 ERA 选通通用寄存器 RA-O 通用寄存器内容输出至总线 RACK 通用寄存器工作脉冲 M 在ALU单元中作为逻辑和算术运算的选择。在本实验中决定是否带进位移位 有效电平 见附表 低电平有效 低电平有效 上升延有效 0 带进位 1 不带进位 2.2.4 实验步骤 实验一：数据输入通用寄存器

把RA-IN（8芯的盒型插座）与CPT-B板上二进制开关单元中的J01插座相连(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）。 控制信号 接入开关位号 RACK PLS1 孔 X0 H12 孔 X1 H11 孔 ERA H10 孔 RA-O H9 孔 M H4 孔 二进制开关H16~H23作为数据输入，置42H（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 0 0 0 0 1 0 42H 置各控制信号如下： H12 H11 H10 H9 H4 X0 X1 ERA RA-O M 1 1 0 0 1 按启停单元中的运行按钮，置实验平台为运行状态。 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在RACK上产生一个上升沿，把42H打入通用寄存器。

此时数据总线上的指示灯IDB0~IDB7 应该显示为42H。由于通用寄存器内容不为0，所以LED（ZD）灯灭。 实验结果截图：

实验二：寄存器内容无进位位左移实验

按照实验1数据输入的方法把数据42H打入通用寄存器中，数据总线上显示42H。实现左移功能，置各控制信号如下： H12 H11 H10 H9 H4 X0 X1 ERA RA-O M 0 1 0 0 1 按启停单元中的运行按钮，置实验平台为运行状态。 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。

此时数据总线上的LED指示灯IDB0~IDB7 应该显示为84H。由于通用寄存器内容不为0，所以ZD（LED）灯灭。

按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，使通用寄存器中的值左移，此时数据总线上的LED指示灯IDB0~IDB7应该显示为09H。若一直按PLS1，在总线上将看见数

据循环左移的现象。

实验结果截图：

实验三：寄存器内容无进位位右移实验

按照实验1数据输入的方法把数据42H打入通用寄存器中，数据总线上显示42H。实现右移功能，置各控制信号如下： H12 H11 H10 H9 H4 X0 X1 ERA RA-O M 1 0 0 0 1 按启停单元中的运行按钮，置实验平台为运行状态。 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右移。

此时数据总线上的LED指示灯IDB0~IDB7 应该显示为21H。由于通用寄存器内容不为0，所以ZD（LED）灯灭。

按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，使通用寄存器中的值右移，此时数据总线上的LED指示灯IDB0~IDB7应该显示为90H。若一直按PLS1，在总线上将看见数据循环左移的现象。 实验结果截图：

2.4 存储器和总线实验

2.4.1 实验目的

熟悉存储器和总线的硬件电路 2.4.2 实验要求

按照实验步骤完成实验项目，熟悉存储器的读、写操作，理解在总线上数据传输的方法。

2.4.3 实验说明

2.4.3.1 存储器和总线的构成

总线由1片74LS245、1片74LS244组成，把整个系统分为内部总线和外部总线。2片74LS374锁存当前的数据、地址总线上的数据以供LED显示。(如图

2-4-1)存储器采用静态1片RAM（6264）。存储器的控制电路由1片74LS32和74LS08组成。（如图2-4-2）

图2-4-1 图2-4-2

2.4.3.2 存储器和总线的原理

1、总线的原理：由于本系统内使用8根地址线、8根数据线，所以使用1片74LS245作为数据总线，另1片74LS244作为地址总线（见图2-4-3）。总线把整个系统分为内部数据、地址总线和外部数据、地址总线，由于数据总线需要进行内、外部数据的交换，所以由BUS信号来控制数据的流向，当BUS=1时数据由内到外，当BUS=0时，数据由外到内。

图2-4-3

2、由于本系统内使用8根地址线、8位数据线，所以6264的A8~A12接地，其实际容量为256个字节（如图2-4-4）。6264的数据、地址总线已经接在总线单元的外部总线上。存储器有3个控制信号：地址总线设置存储器地址，RM=0时，把存储器中的数据读出到总线上；当WM=0，并且EMCK有一个上升沿时，把外部总线上的数据写入存储器中。为了更方便地编辑内存中的数据，在实验平台处于停机状态时，可由监控来编辑其中的数据。

图2-4-4

2.4.3.3 控制信号说明 信号名称 作 用 有效电平 BUS 总线方向选择 RM 6264的读允许信号 低电平有效 WM 6264的写允许信号 低电平有效 EMCK 6264的写入脉冲信号 上升沿有效 CR 监控对6264的读允许信号 低电平有效 CW 监控对6264的写允许信号 低电平有效 M/C 监控选择程序空间或微程序空间 2.4.4 实验步骤 实验一：存储器的写操作 把内部地址总线AJ1（8芯盒形插座）与CPT-B板上的二进制开关单元中J03插座相连（对应二进制开关H0~H7），把内部数据总线DJ8与CPT-B板上的J02插座相连（对应二进制开关H8~H15）。

把EMCK连到脉冲单元的PLS1，WC、RC、BUS接入二进制的开关中。（请按下表接线）。 信号定义 接入开关位号 EMCK PLS1 孔 WM H22 孔 RM H21 孔 BUS H21 孔 按启停单元中的运行按钮，置实验平台为运行状态。 二进制开关H0~H7作为地址(A0~A7)输入，置05H（对应开关如下表）。

H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0 数据总线值 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 8位数据 0 0 0 0 0 1 0 1 05H 二进制开关H8~H15作为数据(D0~D7)输入，置88H(对应开关如下表)。 H15 H14 H13 H12 H11 H10 H9 H8 数据总线值 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 8位数据 1 0 0 置各控制信号如下： 0 1 0 0 0 88H H22 H21 WM RM、BUS 0 1 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在EMCK上产生一个上升沿，数据从内部数据总线流向外部数据总线，将数据88H写入地址为05H的存储单元。 实验结果截图：

实验二：读存储器的数据到总线上 在做好实验1的基础上，保持电源开启和线路连接不变，只拔掉内部数据总线DJ8与CPT-B板上的J02插座 (对应二进制开关H8~H15) 的连接。

按启停单元中的运行按钮，置实验平台为运行状态。

二进制开关H0~H7作为地址（A0~A7）输入，置05H（对应开关如下表）

H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0 数据总线值 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 8位数据 0 0 0 0 0 1 0 1 05H 置各控制信号如下： H22 H21 WM RM、BUS 1 0 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在EMCK上产生一个上升沿，数据从外部数据总线流向内部数据总线，将存储器55H单元中的内容输出，应该为实验1中的写入的数据88H。此时数据总线上的指示灯IDB0~IDB7显示结果88H。 实验结果截图：

2.5 堆栈寄存器实验

2.5.1 实验目的 1、熟悉堆栈概念

2、熟悉堆栈寄存器的组成和硬件电路 2.5.2 实验要求

按照实验步骤完成实验项目，对4个堆栈寄存器进行读出、写入数据操作。 2.5.3 实验说明

2.5.3.1 堆栈寄存器组实验构成（图2-5-1） 本系统内有4个寄存器R0~R3，寄存器组由4个74LS374组成，由1片74LS139（2-4译码器）来选择4个74LS374，并且由2片74LS32来组成控制线。8芯插座R-IN、R-OUT作为数据输入、输出端，可通过短8芯扁平电缆把数据输入、输出端连接到数据总线上。

图2-5-1

2.5.3.2 堆栈寄存器组原理（图2-5-2）

由SA、SB两根控制线通过74LS139译码来选择4个寄存器（74LS374）。当WR＝0时，表示数据总线向寄存器写入数据，RCK为寄存器的工作脉冲，在有上升沿时把总线上数据打入74LS139选择的那个寄存器。当RR=0时，74LS139所选择的寄存器上的数据输出至数据总线。在本系统内使用了WR=0作为写入允许，RCK信号为上升沿时打入数据、RR=0时数据输出。

图2-5-2

2.5.3.3 控制信号说明： 信号名称 作 用 有效电平 SA、SB 选通寄存器 低电平有效 RR 数据读出允许 低电平有效 WR 数据写入允许 低电平有效 RCK 寄存器写入脉冲 上升沿有效 2.5.4 实验步骤 实验一：对4个寄存器进行写入操作 将R-IN（8芯盒形插座）与CPT-B板上的二进制开关单元中J03插座相连（对应二进制开关H0~H7），R-OUT可通过短8芯扁平电缆与数据总线上DJ4相连。把RR、WR、SA、SB接入二进制拨动开关（SA，SB借用X0，X1的H12，H11孔），把RCK连到脉冲单元的PLS1。（请按下表接线）。

信号定义 接入开关位号 RCK PLS1 孔 RR H15 孔 WR H14 孔 SA H12 孔 SB H11 孔 1、把数据写入寄存器R0 二进制开关H0~H7作为数据（D0~D7）输入，置11H（对应开关如下表）

H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0 数据总线值 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 8位数据 0 0 0 1 0 0 0 1 11H 按启停单元中的运行按钮，置实验平台为运行状态。 置WR=0、RR=1、SB=0、SA=0 （对应开关如下表）。 H15 H14 H12 H11 RR WR SA SB 1 0 0 0 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在RCK上产生一个上升沿的脉冲，把11H打入R0寄存器。 实验结果截图：

2、把数据写入寄存器R1

置二进制开关H0~H7(D0~D7)为22H，各控制信号对应开关如下表。

H15 H14 H12 H11 RR WR SA SB 1 0 1 0 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在RCK上产生一个上升沿的脉冲，把22H打入R1寄存器。 实验结果截图：

3、把数据写入寄存器R2

置二进制开关H0~H7(D0~D7)为33H，各控制信号对应开关如下表。

H15 H14 H12 H11 RR WR SA SB 1 0 0 1 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在RCK上产生一个上升沿的脉冲，把33H打入R2寄存器。

同理：置二进制开关H0~H7为44H，RR=1 WR=0、SA=1、SB=1，在RCK脉冲作用下把44H打入R3寄存器。

实验结果截图：

实验二：对4个寄存器进行读出操作

置WR=1、RR=0、SB=0、SA=0 (对应开关如下表)。此时把寄存器R0数据读出总线数据IDB0~IDB7指示灯将显示11H。保持RR、WR的值不变（RR=0，WR=1），可通过分别设置SB、SA为10、01、11把R1，R2，R3中的值显示在总线上。观察寄存器输出的数据是否与上实验中写入的数据相同。 H15 H14 H12 H11 RR WR SA SB 0 1 0 0 2.6 微程序控制单元实验

2.6.1 实验目的

1、熟悉微程序控制器的原理

2、掌握微程序编制、写入并观察运行状态

2.6.2 实验要求

按照实验步骤完成实验项目，掌握设置微地址、微指令输出的方法

2.6.3 实验说明

2.6.3.1 微程序控制单元的构成：（如图2-6-1）

8位微地址寄存器由2片74LS161组成；3片6264（3*8位）为微程序存储器；24位微指令锁存器由3片74LS374组成。

图2-6-1

2.6.3.2 微程序控制单元原理：（如图2-6-2）

由于本系统中指令系统规模不大、功能较简单，微指令可以采用全水平、不编码的方式，每一个微操作控制信号由1位微代码来表示，24位微代码至少可表示24个不同的微操作控制信号。如要实现更多复杂的操作可通过增加一些译码电路来实现。

增量方式来控制微代码的运行顺序，每一条指令的微程序连续存放在微指令存储器连续的单元中。

每一指令的微程序的入口地址是通过对指令操作码的编码来形成的。在本系统内指令码最长为8位，那么最多可形成256条指令。 在微程序存储器的0单元存放取指指令，在启动时微地址寄存器清零，执行取指指令。每一段微程序都以取指指令结束，以取得下一条指令。在本系统内，MLD为置微地址的控制信号，MCK为工作脉冲。当MLD=0、MCK有上升沿时，把MD0~MD7的值作为微程序的地址，打入微地址寄存器。当MLD=1、MCK有上升沿时，微地址计数器自动加1。

图2-6-2

2.6.3 控制信号说明： 信号名称 作 用 有效电平 MCK 微程序工作脉冲 上升沿用效 MOCK 微程序存储器输出工作脉冲 低电平有效 MLD 微地址控制信号 低电平有效 MD0—MD7 微地址选择开关

2.6.4 实验步骤：

将MD0~MD7、MLD接入二进制的开关上，将MCK、MOCK分别接入脉冲单元上的PLS1、PLS2上。（请按下表接线）。 信号定义 接入开关位号 MCK PLS1 孔 MOCK PLS2 孔 MD0 H0 孔 MD1 H1 孔 MD2 H2 孔 MD3 H3 孔 MD4 H4 孔 MD5 H5 孔 MD6 H6 孔 MD7 H7 孔 MLD H23 孔 按启停单元中的停止按键，使实验平台处于停机状态。通过键盘把数据写入微程序存储器中，例如微地址0H中输入11H、11H、11H三个字节、在05H中输入55H、55H、55H三个字节、在06H中输入66H、66H、66H。键盘监控的使用方法请参阅第4章《键盘监控》。

实验一：微地址打入操作 按启停单元中的停止按键，使实验平台处于停机状态，此时微地址寄存器被清零。

按启停单元中的运行按键，使实验平台处于运行状态。此时微程序存储器为读状态，微地址寄存器（74LS161）确定了当前微程序存储器的地址，并且输出24位微操作（M0~M23）。

按脉冲单元中的PLS2脉冲按键，在MOCK上产生一个上升沿，把当前微程序存储器输出的微指令打入微指令锁存器。可在CPT-B上的微指令指示灯显示出当前微指令，应为11H，11H，11H。

置MLD=0，微代码的地址MD0~MD7（对应二进制开关H0~H7）为05H （对应开关如下表）。 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0 H23 MD7 MD6 MD5 MD4 MD3 MD2 MD1 MD0 MLD 0 0 0 0 0 1 0 1 0 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在MCK上产生一个上升沿，把MD0~MD7打入74LS161，微地址显示灯MA0~MA7将显示05H，微程序存储器把05H单元的内容输出。

按脉冲单元中的PLS2脉冲按键，在MOCK上产生一个上升沿的脉冲，把当前微指令打入微指令锁存器，在CPT-B板上的微指令指示灯应显示55H，55H，55H。

注意：微代码由3片74LS374作为微指令锁存器，它的OE端已经接地，只要MOCK端上有上升沿，即可锁存并输出微代码。 实验结果截图：

实验二：微地址+1操作 置MLD=1。

按启停单元中的运行按键，使实验平台处于运行状态。

按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在MCK上产生一个上升沿，微地址寄存器自动加1。若原来微地址寄存器的值为05H，那么当前的微地址显示灯MA0~MA7将显示06H，同时微程序存储器输出06H单元中的内容。

按脉冲单元中的PLS2脉冲按键，在MOCK上产生一个上升沿，将微程序存储器的输出的微指令，打入微指令锁存器并输出，在CPT-B板上的微指令指示灯应显示66H，66H，66H。 实验结果截图：

2.7 指令部件模块实验

2.7.1 实验目的

1、掌握指令部件的组成方式。

2、熟悉指令寄存器的打入操作，PC计数器的设置和加1操作，理解跳转指令的实现过程。

2.7.2 实验要求

按照实验步骤完成实验项目，掌握数据打入指令寄存器IR1、PC计数器的重置，PC计数器自动加1和实现跳转指令的方法。

2.7.3 实验说明

2.7.3.1 指令部件模块实验的构成：

1片74LS374作为指令模块的指令寄存器IR1，另1片74LS374作为地址锁存器IR2。8芯插座PC-IN作为数据输入端，可通过短8芯扁平电缆把数据输入端连接到数据总线上。

2片74LS161作为PC计数器。

2片74LS245（同时只有1片输出）作为当前地址的输出。8芯插座PC-OUT作为地址输出端，可通过短8芯扁平电缆把地址输出端连接到地址总线上。 1片74LS153来实现多种条件跳转指令（JZ，JC，JMP等跳转指令）。

图2-7-1

2.7.3.2 指令部件模块原理：（如图2-7-2）

指令寄存器IR1（74LS374）的 EIR1为低电平并且IR1CK有上升沿时，把来自数据总线的数据打入IR1，IR1的输出就作为本系统内的8位指令I0~I7。在本系统内由这8位指令可最多译码256条不同的指令，通过编码可对应出这些指令在微程序存储器中入口地址，并且输出相应的微指令。

2片74LS161组成了PC计数器，它由信号ELP、信号PC-O、脉冲PCCK来控制PC计数器+1和PC计数器置数操作。在停机状态下，由控制台置起始地址，给出打入脉冲并置入74LS161。当ELP=0，PCCK有上升沿时可重新置PC值。当PCO=0、ELP=1， PCCK是上升沿时把当前PC计数器加1，并且把PC计数器的值作为地址输出到地址总线上。

置EIR2为低电平，并且IR2CK有上升沿时，数据总线的数据打入IR2锁存器后，置IR2-O=0，PC-O=1时，把IR2的值作为地址输出到地址总线上。

74LS153是4选1的芯片，可通过JS0、JS1来选择用JC还是JZ来实现条件跳转的指令。 JS1 JS0 功 能 0 0 1 1 0 1 0 1 选择JZ 当通用寄存器为0时跳转 选择JC 当进位寄存器为0时跳转 选择JN 提供给用户自定义，JN=0跳转 重新设置当前PC指针，实现JMP指令

2.7.3.3 控制信号说明 信号名称 作 用 有效电平 IR1CK IR1的工作脉冲 上升沿有效 IR2CK IR2的工作脉冲 上升沿有效 PCCK PC计数器工作脉冲 上升沿有效 EIR1 选通指令寄存器IR1 低电平有效 EIR2 选通指令寄存器IR2 低电平有效 IR2-O IR2输出允许 低电平有效 PC-O PC计数器内容输出允许 低电平有效 ELP 74LS161控制信号 高电平可重置PC值；低电平时PC值自动加1 JS0-JS1 选择开关 见上表 JZ 条件跳转 为零跳转 2.7.4 实验步骤 在启停单元中按“运行”按钮，使实验平台处于运行状态。

把EIR1，EIR2，PC-O，IR2-O，ELP，JS0，JS1接入二进制拨位开关中。把IR1CK和IR2CK接入脉冲单元PLS1，PCCK接入PLS2中。用长8位扁平电缆把PC-IN与CPT-B板上的二进制开关单元中J03相连（对应二进制开关H0~H7），PC-OUT用短8位扁平电缆连接地址总线AJ1，其他控制信号请按下表接线。 信号定义 接入开关位号 IR1CK PLS1 孔 IR2CK PLS1 孔 PCCK PLS2 孔 EIR1 H20 孔 EIR2 H19 孔 IR2-0 H18 孔 PC-O H17 孔 ELP H16 孔 JS0 H15 孔 JS1 H14 孔 JZ H13 孔

实验一：PC计数器置数

二进制开关H0~H7作为数据输入，置05H（对应开关如下表）。 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0 数据总线值 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 8位数据

0 0 0 0 0 1 0 1 05H 置控制信号如下： H20 H19 H18 H17 H16 H15 H14 EIR1 EIR2 IR2-O PC-O ELP JS0 JS1 1 0 1 1 0 1 1 按启停单元中的运行按键，使实验平台处于运行状态。 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在IR2CK上产生一个上升沿，把当前数据总线数据打入IR2锁存器，按脉冲单元中的PLS2脉冲按键，在PCCK上产生一个上升沿，将IR2锁存器中的地址打入PC计数器（2片74LS161）中，这样的操作过程可实现无条件跳转指令。若要观测输出结果，再置信号PC-O=0，此时PC计数器把其内容作为地址输出到地址总线上，地址总线上的指示灯IAB0~IAB7应显示05H。

实验结果截图：

实验二：PC计数器加1

完成实验1后，重置各控制信号如下： H20 H19 H18 H17 H16 H15 H14 EIR1 EIR2 IR2-O PC-O ELP JS0 JS1 1 1 1 0 1 1 1 按脉冲单元中的PLS2脉冲按键，在PCCK上产生一个上升沿，因PC-O=0，PC计数器将加1，PC计数器为06H，并且输出至地址总线。此时地址总线上的指示灯IAB0~IAB7应显示06H。

实验结果截图：

实验三：置当前指令寄存器

二进制开关H0~H7作为数据输入，置5FH（对应开关如下表）。 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 H0 数据总线值 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 8位数据 0 1 0 1 1 1 1 1 5FH 置控制信号如下： H20 H19 H18 H17 H16 H15 H14 EIR1 EIR2 IR2-O PC-O ELP JS0 JS1 0 1 1 1 1 0 0 按启停单元中的运行按键，使实验平台处于运行状态。 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在IR1CK上产生一个上升沿，把当前数据总线数据5FH打入IR1锁存器，表示当前运行的指令码为5FH。此时指令寄存器的指示灯I0~I7应显示5FH。

实验结果截图：

2.8 时序与启停实验

2.8.1 实验目的

1、掌握时序产生器的组成方式 2、熟悉起停电路的原理 2.8.2 实验要求

按照实验步骤完成实验项目，了解程序如何开始、停止运行，用示波器观察时序，并且画出时序图。

2.8.3 实验说明

2.8.3.1 时序与启停单元的构成：

启停电路由1片7474、1片74LS08组成，1个LED（RUN）表示当前实验平台的状态（运行LED亮、停止LED灭）。（如图2-8-1）

图2-8-1

时序电路由1片74LS157、2片74LS00、4个LED脉冲指示灯（PLS1、PLS2、PLS3、PLS4）组成。当LED发光时，表示有上升沿产生。（如图2-8-2）

图2-8-2

2.8.3.2 启停、脉冲单元的原理： 启停原理：（如图：2-8-3）

起停电路由1片7474组成，当按下RUN按钮，信号输出RUN =1、STOP=0，表示当前实验平台为运行状态。当按下STOP按钮，信号RUN =0、 信号STOP=1，表示当前实验平台为停止状态。当系统处于停机状态时，微地址、进位寄存器都被清零，并且可通过监控单元来读写内存和微程序。在停止状态下，当HALT上有1个高电平，同时HCK有1个上升沿，此时高电平被打入寄存器中，信号RUN =1、STOP=0，使实验平台处于运行状态。

图2-8-3

时序电路：

时序电路由监控单元来控制时序输出（PLS1、PLS2、PLS3、PLS4）。实验所用的时序电路（如图2-8-4）可产生4个等间隔的时序信号PLS1、PLS2、PLS3、PLS4。为了便于监控程序流程，由监控单元输出PO信号和SIGN脉冲来实现STEP(微单步) 、GO(全速)和 HALT(暂停)。当实验平台处于运行状态，并且是微单步执行，PLS1、PLS2、PLS3、PLS4 分别发出一个脉冲，全速执行时PLS1、PLS2、PLS3、PLS4脉冲将周而复始的发送出去。在时序单元中也提供了4个按钮，实验者可手动给出4个独立的脉冲，以便实验者单拍调试模型机。

图2-8-4

2.8.3.3 信号说明： 信号名称 作用 有效电平 HCK 时序工作脉冲 上升沿有效 HALT 停机 低电平有效 2.8.4 实验步骤： 交替按下“运行”和“暂停”，观察运行灯的变化（运行：RUN亮 暂停：RUN灭）。

把HALT信号接入二进制拨位开关，HCK接入脉冲单元的PLS1。（请按下表

接线）。

信号定义 接入开关位号 HCK PLS1 孔 HALT H13 孔 按启停单元中的停止按键，使实验平台处于停机状态，置HALT=1。 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在HCK上产生一个上升沿的脉冲，把HALT=1打入74LS74，使RUN=1、STOP=0，RUN亮表示当前实验平台处于运行状态。

在实验平台处于运行状态时，置HALT=0。 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在HCK上产生一个上升沿的脉冲，把HALT=0打入74LS74，使RUN=0、STOP=1，RUN灭表示当前实验平台处于停止状态。因此可通过HALT和HCK来控制实验平台的启、停状态。

按启停单元中的停止按键，使实验平台处于停机状态，置HALT=1。再次按下脉冲单元中的PLS1脉冲按键，使实验平台处于运行状态。此时按监控单元中键盘上的GO/STOP键，置PC=00，运行程序。请用示波器观察PLS1、PLS1、PLS3、PLS4的波形（见后图2-9-2）。

实验心得体会：

本周的几次实验是我们第一次综合应用，其实就是把我们之前学习的内容进行了汇总，加强了对之前内容的学习，是我把之前学习的内容都理清楚了一遍，搞清楚了原理，也让之前学的不清不楚的问题得到了解决，现在自己可以把手动状态和键盘共同使用完成运算和移位以及送到寄存器中，虽然出现了一些小问题，比如线的连接问题，器件的本身故障都能自己动手解决总体感觉还不错，希望下次能完成的更好。

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