实验一基本运算器实验一、实验目的了解运算器的组成结构；掌握运算器的工作原理。

二、实验内容1、连线说明：如果EXEC键上方指示灯不亮，请按一次EXEC键，点亮指示灯，表示实验仪在运行状态。

3、给暂存器A赋初值（1）拨动开关区单元的K7..K0开关，形成二进制数01011000（或其它值）；指示灯亮，表示该位是‘1’，灭为‘0’。

（2）拨动开关区单元K15(wA)、K14(wB)、K13(rALU)、K12(CN_I)开关，赋wA=0（允许写A）、wB=1（禁止写B）、rALU=1(不允许ALU输出)、CN_I=0，按CON单元的STEP按键一次,产生一个T1的下降沿，将二进制数01011000写入暂存器A中，ALU单元的A_7…A_0LED 上显示A中的值4、给暂存器B赋初值（1）拨动开关区单元的K7..K0开关，形成二进制数10101011（或其它值）。

（2）赋wA=1（禁止写A）、wB=0（允许写B）、rALU=1(不允许ALU输出)、CN_I=0，按CON单元的STEP按键一次,产生一个T2的下降沿，将二进制数10101011写入暂存器B 中，ALU单元的R_7…R_0LED上显示B中的值5T3节拍，当rALU(K13)=0，如果S3S2S1S0的值是0000时，T2、T3节拍时，允许ALU结果输出；S3S2S1S0的值是其它数值，T3节拍时，允许ALU结果输出，显示于扩展区的二位数码管、DS94..DS101的LED上。

6、根据后边的“运算结果表”，改变K20（S0）、K21（S1）、K22（S2）、K23（S3）、K12（CN_I）的值，观察并记录运算器的输出。

例如：S0=0，S1=0，S2=0，S3=0，ALU的D7_D0 = 58H；FC、FZ、FS、I不变。

注意：只有按CON单元的STEP按键一次，产生一个T3的下降沿，ALU才将标志位FC、FZ、FS、I写入标志寄存器PSW中，才能在ALU单元的FZ、FC、FS、I指示灯上看到结果。

如果实验仪、PC联机操作，则可通过软件中的数据通路图来观测实验结果，方法是：打开软件，在星研软件的工具条中选择“运算器实验”，打开运算器实验的数据通路图。

进行上面的手动操作，点击工具条上单节拍或单周期命令图标，数据通路图会反映当前运算器所做的操作。

三、实验结果及分析四、思考题１．本实验系统中Ａ寄存器的写入在什么时刻进行？Ｂ寄存器的写入在什么时刻进行？能否在一个机器周期内将Ａ、Ｂ寄存器写入不同的数据？答：①按住STEP，CK由高变低，寄存器A的黄色灯亮，表明选择A寄存器。

放开STEP，CK由低变高，产生上升沿，数据55H被写入A寄存器。

②按住STEP，CK由高变低，寄存器B 的黄色灯亮，表明选择B寄存器。

放开STEP ，CK 由低变高，产生上升沿，数据33H 被写入B 寄存器。

③不允许在一个机器周期内将Ａ、Ｂ寄存器写入不同的数据。

２．本实验系统中ＡＬＵ的求补功能与８０８６ＣＰＵ的求补指令功能是否相同？答：本实验系统中ＡＬＵ可对8位位变量进行逻辑“AND”、“OR”、“XOR”循环、求补、清零等基本操作，还可以进行加、减、乘、除等基本运算。

而8086处理器的逻辑运算是16位。

实验二存储器实验1、实验目的1、掌握简单运算器的数据传送组成原理。

2、验证算术逻辑运算功能发生器74LS181的组合功能。

二、实验原理1、总线原理：由于本系统内使用8根地址线，8根数据线，所以使用1拍你74LS255作为数据总线，另一片74LS244作为地址总线，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由内、外部数据交换，所以由BUS信号来控制数据流向，当BUS=1时数据由内到外，当BUS=0时，数据由外到内。

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256,6264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，把外部总线上的数据写到存储器中。

图7-6-1 存储器实验原理图实验所用的半导体静态存储器电路原理如图7-6-1所示，该静态存储器由一片6116(2Kx8)构成，其数据线(D7~D0)以8芯扁平线方式和数据总线(D7~D0)相连接，地址线由地址锁存器(74LS273)给出，该锁存器的输入/输出通过8芯扁平线分别连至数据总线接口和存储器地址接口。

地址显示单元显示AD7~AD0的内容。

数据开关经一三态门(74LS245)以8芯扁平线方式连至数据总线接口，分时给出地址和数据。

6116有3根控制线：CS（片选线）、OE（读线）、WR（写线）。

当片选有效CS=0时，OE=0时进行读操作，WR=0时进行写操作。

本实验中将OE引脚接地，在此情况下，当CS=0、WR=1时进行读操作，CS=0、WR=0时进行写操作，其写时间与T3脉冲宽度一致。

实验时T3脉冲由【单步】命令键产生，其它电平控制信号由二进制开关模拟，其中CE、SW-B、LDAR 为高电平有效，而WE为读/写(W/R)控制信号，当WE=0时进行读操作，当WE=1时进行写操作。

图7-6-2 实验连线示意图按图7-6-2所示，连接实验电路：①总线接口连接：用8芯扁平线连接图7-6-2中所有标明“”或“”或“”图案的总线接口。

②控制线与时钟信号“”连接：用双头实验导线连接图7-6-2中所有标明“”或“”图案的插孔（注：Dais-CMH的时钟信号已作内部连接）。

在闪动的“P.”状态下按动【增址】命令键，使LED显示器自左向右第4位显示提示符“L”，表示本装置已进入手动单元实验状态。

（若当前处“L”状态，本操作可略）。

(一)内部总线数据写入存储器给存储器的00、01、02、03、04地址单元中分别写入数据11、12、13、14、15，具体操作步骤如下（以向00地址单元写入数据11为例）：注:【单步】键的功能是启动时序电路产生T1~T4四拍单周期脉冲(二)读存储器的数据到总线上依次读出第00、01、02、03、04号单元中的内容，观察上述各单元中的内容是否与前面写入的一致。

具体操作步骤如下（以从00地址单元读出数据11为例）：注:【单步】键的功能是启动时序电路产生T1~T4四拍单周期脉冲三、实验结果及分析实验所得结果与理论分析结果基本一致。

四、思考题1．本实验系统中所使用的存储芯片６１１６的容量有多大？系统中实际可访问的空间是多大？答：①存储器6116芯片容量2K*8位。

②实际可访存空间：2K。

２．本实验系统中存储器的读写控制信号如何得到的？它们各自在什么时候有效？答：①在CS=0下，OE=0时进行读操作，WR=0时进行写操作。

②OE引脚接地下，当CS=0、WR=1时进行读操作，CS=0、WR=0时进行写操作，其写时间与T3脉冲宽度一致。

③实验时T3脉冲由【单步】命令键产生，其它电平控制信号由二进制开关模拟，其中CE、SW-B、LDAR为高电平有效，而WE为读/写(W/R)控制信号，当WE=0时进行读操作，当WE=1时进行写操作。

实验三系统总线和具有基本输入输出功能的总线接口实验一、实验目的1、理解总线的概念及其特性。

2、掌握控制总线的功能和应用。

二、实验内容由于存储器和输入、输出设备最终是要挂接到外部总线上，所以需要外部总线提供数据信号、地址信号以及控制信号。

在该实验平台中，外部总线分为数据总线、地址总线和控制总线，分别为外设提供上述信号。

外部总线和 CPU 内总线之间通过三态门连接，同时实现了内外总线的分离和对于数据流向的控制。

地址总线可以为外部设备提供地址信号和片选信号。

由地址总线的高位进行译码，系统的 I/O 地址译码原理如图 4-1（在地址总线单元）。

由于使用 A6、 A7 进行译码， I/O 地址空间被分为四个区，如表 4-1 所示为了实现对于 MEM 和外设的读写操作，还需要一个读写控制逻辑，使得 CPU 能控制 MEM和 I/O 设备的读写，实验中的读写控制逻辑如图 4-2 所示，由于 T3 的参与，可以保证写脉宽与 T3 一致，T3 由时序单元的 TS3 给出（时序单元的介绍见附录 2）。

IOM 用来选择是对 I/O 设备还是对 MEM 进行读写操作，IOM=1 时对 I/O 设备进行读写操作，IOM=0 时对 MEM 进行读写操作。

RD=1 时为读，WR=1 时为写。

1．读写控制逻辑设计实验。

（1）按照图4-4实验接线图进行连线。

首先将时序与操作台单元的开关 KK1、KK3 置为‘运行’档，开关 KK2 置为‘单拍’档，按动 CON 单元的总清按钮 CLR，并执行下述操作。

①对 MEM 进行读操作（WR=0，RD=1，IOM=0），此时 E0 灭，表示存储器读功能信号有效。

②对 MEM 进行写操作（WR=1，RD=0，IOM=0），连续按动开关ST，观察扩展单元数据指示灯，指示灯显示为 T3 时刻时，E1 灭，表示存储器写功能信号有效。

③对 I/O 进行读操作（WR=0，RD=1，IOM=1），此时 E2 灭，表示 I/O 读功能信号有效。

④对 I/O 进行写操作（WR=1，RD=0，IOM=1），连续按动开关ST，观察扩展单元数据指示灯，指示灯显示为 T3 时刻时，E3 灭，表示 I/O 写功能信号有效。

2．基本输入输出功能的总线接口实验。

3、实验结果：（1）根据挂在总线上的几个基本部件，设计一个简单的流程：①输入设备将一个数打入 R0 寄存器。

②输入设备将另一个数打入地址寄存器。

③将 R0 寄存器中的数写入到当前地址的存储器中。

④将当前地址的存储器中的数用 LED 数码管显示。

（2）按照图 4-5 实验接线图进行连线。

（3）具体操作步骤图示如下：进入软件界面，选择菜单命令“【实验】—【简单模型机】”，打开简单模型机实验数据通路图。

将时序与操作台单元的开关 KK1、KK3 置为‘运行’档，开关 KK2 置为‘单拍’档，CON 单元所有开关置 0（由于总线有总线竞争报警功能，在操作中应当先关闭应关闭的输出开关，再打开应打开的输出开关，否则可能由于总线竞争导致实验出错），按动 CON 单元的总清按钮 CLR，然后通过运行程序，在数据通路图中观测程序的执行过程。

①输入设备将 11H 打入 R0 寄存器。

将 IN 单元置 00010001，K7 置为 1，关闭 R0 寄存器的输出；K6 置为 1，打开 R0 寄存器的输入；WR、RD、IOM 分别置为 0、1、1，对 IN 单元进行读操作；LDAR 置为 0，不将数据总线的数打入地址寄存器。

连续四次点击图形界面上的“单节拍运行”按扭（运行一个机器周期），观察图形界面，在 T4 时刻完成对寄存器 R0 的写入操作。