计算机组成原理--实验四-移位控制实验

实验四 移位控制实验一、 实验目的（1） 了解移位寄存器芯片(74LS299)的逻辑功能。（2） 掌握移位寄存器数据的载入、左移、右移的方法。（3） 掌握移位寄存器工作模式的设置，观察在不同工作模式下移位寄存器的逻辑功能。二、 实验原理移位操作时算术逻辑运算部件ALU众多操作中的一种，74LS181算数逻辑运算芯片不带位移功能，需要在其他芯片的配合下才能实现移位操作。实验台选用74LS299作为移位部件，与74LS181组成具有移位功能的算术逻辑运算部件(ALU UNIT)。移位操作有很重要的逻辑意义，对一个数据左移一个二进制位就相当于进行了一次乘2操作(Si+1=Si×2)，左移和算数加结合可实现算数乘操作；右移一个二进制位就相当于进行了一次除2操作(Si+1=Si÷2)，右移和算数减的结合可实现算数除操作。1. 芯片74LS299的逻辑功能4LS299是一种数据宽度为8为的多功能移位寄存器芯片，片内含有8为寄存器D7D0，与普通寄存器芯片不同之处是D7D0与I/O6I/O0除了一一对应输出外还可有左右移位输出。左移时D0对应I/O1、D1对应I/O2以此类推；右移时D7对应I/O6、D6对应I/O5也以此类推。对于输出、左右移位输出功能的选择，由S1、S0的功能控制端决定。芯片封装在具有20引脚的封装壳中，封装型式见图2-5。图 2-574LS29974LS299芯片的主要引脚有：（1）IO7IO0：数据输入/输出端，芯片的输入/输出共用一个引脚，不同于74LS181输入、输出端引脚是分开的。（2）S0、S1：功能控制端，控制左移、右移等逻辑功能。（3）OE1、OE2：输出使能端，低电平时，IO7-IO0处于输入状态，高电平时，IO7-IO0处于输入状态。（4）CP：时钟输入端，数据的输入、位移需要在时钟脉冲的同步控制下动作。（5）M:清零端，低电平有效，清零位移寄存器。（6）Q7：高位左移输出，左移时接受D7的信号。（7）Q0：低位右移输出，右移时接受D0的信号。（8）SL：高位左移输入端，左移时向D0送入信号。（9）SR：低位右移输入端，右移时向D7送入信号。74LS299芯片的逻辑功能见表2-5，如表中所示，当S1 S0=01，M=1、CP信号上升沿时，实现左移输出。表2-5 74LS299芯片逻辑功能表2. 位移实验逻辑电路位移实验逻辑电路由一片74LS299芯片、CY标志触发器和逻辑门构成，具有不带CY的循环右移、带CY的循环右移、具有不带CY的循环左移、带CY的循环左移4条循环位移环路，电路逻辑如图2-6所示。电路中CY标志寄存器的功能不再是实验二、实验三中74LS 181算术逻辑运算的进位/借位标志，而是循环移位电路的一部分。带CY的循环移位是8个数据位和1个CY位构成的循环移位；不带CY的循环移位仅仅是8个数据位构成的循环移位。不同循环移位形式的图示说明表见表2-6。移位实验电路用M、S1、S0、2()9()9()-()B()、T4脉冲共5个控制信号实现直接数据输出、不带CY的循环右移输出、带CY的循环右移输出、不带CY的循环左移输出、带CY的循环左移输出、从总线（BUS)装入数据等逻辑操作。每次操作完成上述6种功能的1种，不同操作的组合可实现不同的移位结果，电路的逻辑控制状态见表2-7。三、 实验过程1. 连线（1）连接实验一（输入、输出实验）的全部连线。（2）按实验逻辑原理图连接2()9()9()-()B()、S1、S0、M4根电平控制信号线。（3）连接时钟单元（CLOCK UNIT)与微程序控制单元（MAIN CONTROL UNIT)的T4。2. 数据载入操作过程（1）把有关手动控制开关全部拨到高电位，即处于无效状态，把时钟单元的时钟信号方式开关设在“STEP”状态。（2）拨动一下C()L()R()开关，既实现“1-0-1”，产生一个清除脉冲，清除可能存在的CY标志显示。（3）把输入数据开关上拨一个实验数据，如“00000001”，即16进制的01H。（4）把I()O()-()R()控制开关拨下，实验数据送到总线。（5）查表2-5，载入M、S1、S0为111，按一下时钟单元的“START”按钮，发一个T4信号，把实验数据送入299芯片。（6）把输入数据开关上的实验数据拨乱，I()O()-()R()控制开关拨上，断开总线与输入数据开关的联系，这时总线上的数据应为“11111111”。（7）查表2-5，直接输出数据M、S1、S0为100，把 信号拨成0,229内部数据送总线，这时总线上的数据应为初始实验数据“00000001”。3. 数据左移操作过程（1）按表2-5把S1、S0拨成0、1，其他不动，按一下时钟单元的“START”按钮，发一个T4信号，数据左移一位输出到总线，显示为“00000010”。（2）第2次按“START”按钮显示为“00000100”。（3）按第8次“START”按钮时，总线上的数据显示为“00000000”，CY标志位显示“1”。（4）按第9次“START”按钮时，总线上的数据回到初始状态“00000001”，CY标志位显示“0”，完成了所谓的带进位循环左移一周的操作。4. 其他移位操作（1）在上面的 基础上把M拨成0，其他不动，按“START”按钮，发T4信号，这是CY操作位不参加移位，实现所谓的不带“CY”标志循左移。（2）按表2-5把M、S1、S0拨成1、1、0，可完成带“CY”标志循环右移的操作。（3）按表2-5把M、S1、S0拨成0、1、0，可完成不带“CY”标志循环右移的操作。（4）把 控制开关拨动一下，实现“1-0-1”，产生一个脉冲，移位后的数据将送到数据输出部件L7-L0显示。四、 结果与总结（1）变换不同的数据反复进行带CY标志的循环右移、无CY标志的循环右移、带CY标志的循环左移、无CY标志的循环左移操作，观察实验数据变化，将实验结果记录在表2-8中。（2）实验台的移位逻辑电路只有循环移位通道没有不循环移位通道，思考怎么样在现有的设备上进行不循环左、右移位操作（提示：用清零CY标志的方法断开循环通道）。（3）不循环的左移和算数加操作的结合是实现算数乘操作的基础，思考将一个变量乘以常数5或常数6（既计算A×5或A×6）的操作步骤.（4）结合上面的问题，总结解决问题的方法和过程，把观察到的现象和对课本上的原理的理解写入实验报告。表2-8 实验四结果记录按“START”键发T4脉冲次数4种位移方式的位移结果带CY标志循环左移不带CY标志循环左移带CY标志循环右移不带CY标志循环右移初始值00110011111001110001100011110000101100110110011110000110001111000211001100100111110000011000111100310011000001111110000001100011110400110001011111100000000100001111501100011111111001000000010000111611000110111110011100000011000011710001100111100110110000011100001800011001111001110011000011110000900110011110011110001100001111000