计算机组成原理——移位寄存器实验报告

第一部分  移位寄存器实验 一、实验目的 验证移位寄存器的组合功能。 二、实验内容 1、实验原理 移位运算实验原理如图1.1所示。移位运算实验原理如图3－4所示，使用了一片74LS299（U34）作为移位发生器，其八位输入/输出端通过74LS245引到总线，JA4接通时输出到总线。299B`信号由开关299B提供，控制其使能端，T4为其时钟脉冲，手动方式实验时将T4与手动脉发生器输出端SD相连，即J23跳线器上T4连SD。由信号S0 、S1、 M控制其功能状态，详细见表1.1。                                                                       图1.1  移位运算实验原理图 2、实验接线 J20,J21,J22,接上短路片； J24，J25，J26接左边； J27,J28 右边； J23 置右边T4选“ SD”； JA5  置“接通”； JA6  置“手动”； JA3，JA4 置“接通”； JA1,JA2,置“高阻”； JA8 置上面“微地址” EXJ1接BUS3； CE、ALU_B 置“1”； 299B 置“0”； 总清开关拨到“1”位置。 3、实验步骤 ① 连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。 ② 置数，具体步骤如下：           ③ 移位，参照表4.1改变S0、 S1、 M、 299B 的状态，按动手动脉冲开关以产生时钟脉冲T4，观察移位结果。 四、实验数据记录 1、移位寄存器初始数据为：35H（CY=0） 第1次按动手动脉冲开关，移位寄存器数据为： 第2次按动手动脉冲开关，移位寄存器数据为： 第3次按动手动脉冲开关，移位寄存器数据为： 第4次按动手动脉冲开关，移位寄存器数据为： 第5次按动手动脉冲开关，移位寄存器数据为：   299B S1 S0 M 移位操作 理论计算结果 移位后结果 CY * 1 1 * 装数 00110101（35H）    35H 0 0 0 0 * 保持 00110101（35H）  35H 0 0 1 0 0 循环右移 10011010（9AH） 9AH 0 0 1 0 1 带进位循环右移 01001101（4DH） 4DH 0 0 0 1 0 循环左移 10011010（9AH） 9AH 0 0 0 1 1 带进位循环左移 00110100（34H） 34H 1   2、实验结果记录表 置入移位寄存器数据 进位 Cy 299B S1 S0 M 移位操作 移位后结果 理论计算结果 　                 9AH 0   0  0  1  0 循环左移 35H 35H 1 循环左移 35H 35H 0   0  0  1  1 带进位循环左移 34H 34H 1 带进位循环左移 35H 35H 0   0  1  0  0 循环右移 4DH 4DH 1 循环右移 4DH 4DH 0   0  1  0  1 带进位循环右移 4DH 4DH 1 带进位循环右移 CDH CDH       以自己的学号后两位作为输入数据 置入移位寄存器数据 进位 Cy 299B S1 S0 M 移位操作 移位后结果 理论计算结果 　                 25H 0   0  0  1  0 循环左移 4AH 4AH 1 循环左移 4AH 4AH 0   0  0  1  1 带进位循环左移 4AH 4AH 1 带进位循环左移 4BH 4BH 0   0  1  0  0 循环右移 92H 92H 1 循环右移 92H 92H 0   0  1  0  1 带进位循环右移 12H 12H 1 带进位循环右移 92H 92H   五、实验结果分析及总结 做实验时是按书上的步骤一步一步来，也没想为什么，写实验报告时，明白了每一步为什么那样做，比如做实验时令S1、S0都为1时根据表1.1功能是装数，可是就是不明白什么叫装数，写实验报告时，我明白了，就是将你想要置入通用寄存器的数据装入，我们的结果是FF，因为数据开关什么都没置，所以随机显示为FF。在一次次的重复实验中，复杂的理论理解了也记住了。 六、思考题 若移位寄存器存放一个8位数，通过怎样的移位运算后可使移位寄存器存放的数据保持不变？     答：循环左移8*n次或循环右移8*n次，n为整数时可使其数据不变。                           第二部分  存储器实验 一、实验目的 掌握静态随机存取存储器RAM工作特性及数据的读写方法。 二、实验内容 1、实验原理 主存储器单元电路主要用于存放实验机的机器指令，如图3—5所示，它的数据总线挂在外部数据总线EXD0～EXD7上；它的地址总线由地址寄存器单元电路中的地址寄存器74LS273（U37）给出，地址值由8个LED灯LAD0～LAD7显示，高电平亮，低电平灭；在手动方式下，输入数据由8位数据开关KD0～KD7提供，并经一三态门74LS245（U51）连至外部数据总线EXD0～EXD7，实验时将外部数据总线EXD0～EXD7用8芯排线连到内部数据总线BUSD0～BUSD7，分时给出地址和数据。它的读信号直接接地；它的写信号和片选信号由写入方式确定。该存储器中机器指令的读写分手动和自动两种方式。手动方式下 ，写信号由W/R` 提供，片选信号由CE`提供；自动方式下，写信号由控制CPU的P1.2提供，片选信号由控制CPU的P1.1提供。 由于地址寄存器为8位，故接入6264的地址为A0～A7，而高4位A8～A12接地，所以其实际使用容量为256字节。6264有四个控制线：CS1第一片选线、CS2第二片选线、OE读线、WE写线。其功能如表3—4所示。CS1片选线由CE`控制（对应开关CE）、OE读线直接接地、WE写线由W/R`控制（对应开关WE）、CS2直接接+5V。 图中信号线LDAR由开关LDAR提供，手动方式实验时，跳线器LDAR拨在左边，脉冲信号T3由实验机上时序电路模块TS3提供，实验时只需将J22跳线器连上即可，T3的脉冲宽度可调。 2、实验接线 总清开关拨到“1”位置。 J20,J21,J22,接上短路片； J23，J24，J25，J26接左边； J27,J28 右边； JA5  置“接通”； JA6  置“手动”； JA1,JA2,JA3，JA4置“高阻”； JA8 置上面“微地址”； EXJ1接BUS3。                                                               图2.1   主存储器单元电路 表2.1  6264功能表 工作 方式 I/O 输入 DI DO /OE /WE /CS1 非选择 X HIGH-Z X X H 读出 HIGH-Z DO L H L 写入 DI HIGH-Z H L L 写入 DI HIGH-Z L L L 选择 X HIGH-Z H H L 3、实验预习 （1）根据实验原理详细接线如下：①EXJ1连   BUS3   ；②跳线器J22上T3连   SD   ；③跳线器SWB、CE、WE、LDAR拨在  左  (左/右)边（手动方式）； （2）连接线路，仔细查线无误后，接通电源。 （3） 形成时钟脉冲信号T3，方法如下：在时序电路模块中有两个二进制开关"运行控制"和"运行方式"。将"运行控制"开关置为"  运行     "状态、"运行方式"开关置为" 连续      "状态时，按动" 运行启动       "开关，则T3有连续的方波信号输出，此时调节电位器 w1      ，用示波器观察，使T3输出实验要求的脉冲信号；本实验中"运行方式"开关置为" 单步    "状态，每按动一次"          运行启动"开关，则T3输出一个正单脉冲，其脉冲宽度与连续方式相同。 （4）向存储器中写入数据，具体操作步骤分两步完成： 注意：向存储器的地址单元中写入数据时，一定要先送 地址 ，再送 数据 。 ①先通过输入开关向AR中置入存储单元的地址。 将存储器地址送入AR：置KD0-KD7为00000001，置SWB= 0     ，CE= 1     ，打开输入三态门，然后置LDAR= 1     ，按动  手动脉冲    开关，则T3输出一个正单脉冲，将数据置入AR。 ②再向RAM的存储单元中置入数据。 置KD0-KD7为00010000，置SWB= 0     ，LDAR=  0     ，打开输入三态门，然后置CE= 0    ，WE=  1    ，使存储器写有效，按动手动脉冲     开关，则T3输出一个正单脉冲，将数据置入存储器RAM。 （5）读出写入地址单元的内容，观察内容是否与写入的一致。具体操作步骤如下： ①将存储器地址送入AR：置KD0-KD7为00000001，置SWB= 0    ，CE= 1     ，打开输入三态门，然后置LDAR=  1  ，打开AR输入控制开关，按动       手动脉冲开关，则T3输出一个正单脉冲，将数据置入AR。 ②置SWB= 1    ，CE=  0    ，关闭输入三态门，置LDAR=  0    ，关闭AR输入控制开关，置WE=  0     ，使存储器读有效。则通过LZD0-LZD7可观察读出结果。 4、实验步骤 ① 连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。 ② 形成时钟脉冲信号T3。方法如下：在时序电路模块中有两个二进制开关“运行控制”和“运行方式”。将“运行控制”开关置为“运行”状态、“运行方式”开关置为“连续”状态时，按动“运行启动”开关，则T3有连续的方波信号输出，此时调节电位器W1，用示波器观察，使T3输出实验要求的脉冲信号；本实验中“运行方式”开关置为“单步”状态，每按动一次“启动运行”开关，则T3输出一个正单脉冲，其脉冲宽度与连续方式相同。 ③ 向存储器的00地址单元中写入数据11，具体操作步骤如下：                   如果要对其它地址单元写入内容，方法同上，只是输入的地址和内容不同。 ④ 读出刚才写入00地址单元的内容，观察内容是否与写入的一致。具体操作步骤如下：                   ⑤ 以自己的学号后两位为数据，以同组同学的学号后两位为地址，按以上步骤操作验证。写出具体步骤。 答：向存储器的29地址单元中写入数据25， 具体步骤如下：             读出刚才写入29地址单元的内容，观察内容是否与写入的一致。具体操作步骤如下：                 三、实验数据记录 1、根据存储器的读写原理，填写下表。 控制信号 写地址            写内容            读内容 SWB开关 0                  0                 1 LDAR 开关 1                  0                 0 CE 开关      1                  0                 0 WE开关      0                  1                 0    记录向存储器写入数据的操作过程。 按照前面介绍的实验步骤向存储器地址为00H， 01H，02H，03H，04H，05H的单元分别写入数据：55H，33H，44H，66H，08H，F0H。 3、写出读出存储器单元内容的操作过程并记录以下地址单元读出的内容。 地址 内容 地址 内容 00000000 55H 00000100 08H 00000001 33H 00000101 F0H 00000010 44H 00001000 00H 00000011 66H 00000100 08H   根据电路图分析向存储器置数和从存储器读数的工作原理。     存储器是计算机的主要部件，用来保存程序与数据。从工作方式上分类，存储器可以分为动态存储器保存信息的时间只有2ms，工作时需要不断更新，既不断刷新数据静态存储器只有不断电，信息是不会丢失的。 向存储器置数：首先将要存放数据的内存地址传输到MAR中，通过地址总线在内存中找打相应地质信息，然后将数据传输到MDR中，最后通过数据总线将数据存放在制定的内存地址中，完成向存储器置数。 从存储器读数：首先将存放数据的内存地址传输到MAR中，通过地址总线在内存中找到相应的地质位置，通过数据总线将数据传输到MDR中，最后通过指示灯得知该存储单元中的数据。 五、实验总结 根据实验步骤很快完成了实验，掌握了存储器的工作原理及控制方法。通过这次实验我初步学习了解了存储器的工作特性，也熟悉了静态存储器的操作过程，进一步也验证了存储器的读写方法。之前只是在书本上学习存储器读写的操作，现在通过操作自己亲身体会了这个过程，使我们更加理解了存储器读写的过程。明白了理论课程的重要性，当我把理论知识弄明白了之后，实验做起来就容易的多了。 六、思考题 1、存储器的地址是放在哪个芯片中的，为什么在输入地址时，控制开关CE=1、       LDAR=1？ 答：动态存储器芯片，关掉存储器的片选（CE=1），打开地址锁存门控信号（LDAR=1），由开关给出要写入的存储单元地址，T3产生一正向脉冲将地址打入到地址锁存器。 当CE=1时，芯片被选中，可进行读/写操作，否则芯片没被选中，不能进行读/写操作。 当LDAR=1时，将单元的地址送到地址寄存器中。 2、在读存储器内容时控制信号SWB=1、CE=0、WE=0、LDAR=0的含义是什么？ 关掉地址锁存器门控信号（LDAR=0），关掉数据开关三态门（SWB=1），关掉存储器的片选（CE=0），使之处于读状态（WE=0），此时数据总线上显示的数据即为存储器当前地址中独处的数据内容。 SWB：数据输入开关可用来设置地址或数据。控制信号为逻辑“1”时有效（开关拨向上方），否则无效； CE：当CE=0时，芯片未被选中； WE：当WE=0时，进行读操作； LDAR：当LDAR=0时，将单元的数据读出到数据总线。             第三部分 数据通路实验 一、实验目的 1、理解数据通路的概念及特性。 2、掌握数据通路传输控制特性。 二、实验内容 1、实验原理 数据通路就是将不同的设备，如存储器、输入设备、输出设备、寄存器等连至总线上。这些设备的输出都需要三态输出控制，如按照传输要求恰当有序的控制它们，便可以实现数据通路的传输。实验框图如图3.1所示。               图3.1  数据通路的框图 2、实验接线 J20,J21,J22,接上短路片； J24，J25，J26接左边； J27,J28 右边； J23 置右边T4选“ SD”； JA5  置“接通”； JA6  置“手动”； JA3，JA4 置“接通”； JA1,JA2,置“高阻”； JA8 置上面“微地址” EXJ1接BUS3； CE、ALU_B 置“1”； 299B 置“0”； 3、实验步骤 ① 连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。 ② 初始状态设为：关闭所有三态门（SWB=1，CE=1），其它控制信号为LDAR=0，WE=0，OUTWR=1。 ③在运算器实验中，运算器的输入数据由8位数据开关KD0-KD7提供。数据通路实验中要求运算器的输入数据由存储器来提供。 首先将存储器中置入数据，然后进行存储器读操作，并将读出的数据打入数据寄存器DR1或DR2，再完成8位算术逻辑运算、带进位的8位算术逻辑运算以及移位运算器实验。具体实验连线及步骤： （1）根据实验原理详细接线如下：EXJ1连  BUS3  ；ALUBUS连   EXJ1  ；跳线器J23上T4连  SD  ；跳线器SWB、CE、WE、LDAR拨在   左  (左/右)边（手动方式）；LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB、AR、299B六个跳线器拨在       （左/右）边（手动方式）；J25跳线器拨在右边；系统总清开关拨在"  1  "（0/1）电平。 （2）仔细查线无误后，接通电源。 初始值设置如下：SWB=   1  ，关数据输入三态门；ALUB=   1  ，关运算器输出三态门；AR=  0  ，使电平控制信号无效；299B=  0  ，使移位寄存器使能端无效；CE=  0  ，使存储器片选信号无效；LDAR=  0  ，使地址寄存器使能端无效；LDDR1=  0 ，LDDR2=  0  ，使两个数据寄存器使能端无效。 将表3-1中一组数据送入存储器对应存储单元。 表3-1 主存地址 对应数据 01H 10H 02H 35H 10H 48H 11H 55H 20H AAH   （4）读出存储器中的数据。具体操作步骤如下： （a）将存储器地址送入AR：置KD0-KD7为00000010，置SWB=  0 ，CE=  1  ，打开输入三态门，然后置LDAR=   1  ，打开AR输入控制开关，按动   T3   开关，则T3输出一个正单脉冲，将数据置入AR。 （b）置SWB=  1  ，CE=  0  ，关闭输入三态门，置LDAR=   0  ，关闭AR输入控制开关，置WE=  0  ，使存储器读有效。则通过LZD0-LZD7可观察读出结果。 （5）将读出的数据分别送到DR1和DR2寄存器。置LDDR1=   1  ，打开DR1输入控制开关，按动    T4    开关，将数据置入DR1寄存器。 用同样的方法，将00010000单元的内容送入DR2寄存器。 （6）检验DR1和DR2中存入的数据是否正确，利用算术逻辑运算功能发生器 74LS181的逻辑功能，即M= 1 。具体操作为：关闭数据输入三态门SWB`＝  1 ，打开ALU输出三态门ALUB`＝ 0  ，当置S3、S2、S1、S0、M为 11111 时，总线指示灯显示  DR1  中的数，而置成 10101 时总线指示灯显示  DR2  中的数。 （7）以存储器中数据作为运算器数据来源，验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑）。 改变算术逻辑运算功能发生器的功能设置，观察运算器的输出，填入表3-3中，并和理论分析进行比较、验证。 表3-3 DR1 DR2 S3 S2 S1 S0 M=0（算术运算） M=1（逻辑运算） Cn=1 无进位 Cn=0 有进位 35H 48H 0 0 0 0 35H 36H CAH 0 0 1 0 B7H B8H 48H 0 0 1 1 FFH 00H 00H 0 1 1 0 ECH EDH 7DH 1 0 0 1 7DH 7EH 82H 1 0 1 1 FFH 00H 00H 1 1 1 1 34H 35H 35H （8）以存储器中数据作为运算器数据来源，验证移位运算器功能  （a）重复第（3）步，将存储器01H单元的内容从存储器读出。  （b）将读出的数据送到移位寄存器。 置ALUB=  1  ，关闭运算器输出，置299B=  0  ，打开移位寄存器控制开关。置S0=  1  ，S1=  1  ，按动  T4   开关，将数据置入移位寄存器。                                                                                                                             （c）移位，参照表1-2改变S0、S1、M、299B的状态，拨动手动脉冲开关以产生时钟脉冲T4，将移位结果填入表3-4，并和理论分析进行比较、验证。 表3-4 移位寄存器数值 299B S1 S0 M 移位结果 00010000   0 1 0 0 0FH 0 0 1 0 20H 三、实验数据记录 画出实验过程中的数据通路。 01H                      装入   步骤： 读数据            KD7—KD0       SWB=0  LDAR=1       AR      SWB=1  LDAR=0 输地址 CE=1    T3 CE=0   WE=0              ALU-B=1  SWB=1                ALU-B=SWB=1                 CE=0  299B=0                    CE=1 299B=0 LDZ7—LDZ0    S1=S0=1  T4            299          接T4                                 将内存01H内的数据                验证299中内容                    10H打到299B中                   S1=1  S0=0  M=O           299   记录数据的传输过程。 数据的传输过程：首先把地址信息写入到地址寄存器AR中，并把每个地址所对应的数据内容写入到存储器RAM中，通过运算器对存储在里面的数据进行运算，观察数据的输出结果。 四、根据实验结果分析数据在数据通路中的传输过程。 （1）、首先把地址数据存入到地址寄存器AR中； （2）、把这个地址中对应的数据信息存入到存储器RAM中； （3）、在进行算术运算、逻辑运算或移位运算时，输入想要进行操作的地址单元，然后调用里面的数据内容，对内容进行操作并观察输出结果。 实验总结    本次实验是相对于前几次实验的综合性操作，连接实验线路，控制相应控制开关，将存储器中置入数据，然后进行存储器读操作，并将读出的数据打入数据寄存器DR1或DR2，再完成8位算术逻辑运算、带进位的8位算术逻辑运算以及移位运算器实验。在此次实验中需要理解数据如何在通路中进行传输，以及画出相应的数据通路图。在实验中因为结合了前两次的实验操作，所以在操作的过程中只需注意前几次操作所犯的错误并加以改正即可。 六、思考题 实验步骤③中输入的两个数据分别表示什么？有什么不同？ 答：第一个输入数据表示的地址单元，第二个输入数据表示的是存入到该地址单元的数据内容。区别在于地址单元保存到地址寄存器AR中，数据信息保存到RAM中，在调用时只需输入地址信息，就可以看到里面所保存的数据内容，并对此进行操作。 2、若不采用输出到数码管上显示，有否方法可验证写入存储器单元的内容是否正确。 答：DVCC实验机能很好地完成计算机硬件系统各功能部件的教学实验，它包括运算器部件、控制器部件、主存储器部件、总线和几种最重要的外设接口实验，包括中断、定时计数器、输入/输出接口等，在相应软件的配合下，将各功能部件有机的结合起来，完成计算机整机的实验。通过它能体现出重要教学内容、能完成主要教学实验项目。在基本系统上支持多项扩展功能，它包括一个在系统大规模可编程器件，一个并行接口电路。 DVCC系列实验系统可支持高级与初级两个层次上两种方式的实验，高层次的实验方式是指DVCC系列机与PC微机连起来运行，可以动态显示整个实验过程中数据流的流向和当前的各种。因此除了采用输出到数码管上显示，没有其他方法可以验证写入存储器单元的内容是否正确。