計算機組成原理實驗報告.doc

計算機組成原理實驗報告實驗一：算術(shù)邏輯運算實驗 實驗時間： 2011 年 3 月 26 日一、實驗?zāi)康模?、了解運算器的組成結(jié)構(gòu)；2、掌握運算器的工作原理；3、學(xué)習(xí)運算器的設(shè)計方法；4、掌握簡單運算器的數(shù)據(jù)傳輸通路；5、驗證運算功能發(fā)生器74LS181的組合功能。二、實驗內(nèi)容及步驟：1、連接實驗電路并檢查無誤。圖中將學(xué)生需要連接的信號線用小圓圈標(biāo)明。2、打開電源開關(guān)。3、用輸入開關(guān)向暫存器DR1置數(shù)。撥動輸入開關(guān)，形成二進(jìn)制數(shù)01100101(或其他數(shù)值)。(數(shù)據(jù)顯示：燈亮為0,滅為1)。使SWITCH UNIT單元中的開關(guān)SW-B=0(打開數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門)、ALU-B=1(關(guān)閉ALU輸入三態(tài)門)、LDDR1=1、LDDR2=0。按動微動開關(guān)KK2（產(chǎn)生T4），則將二進(jìn)制數(shù)01100101置入DR1中。4、用輸入開關(guān)向暫存器DR2置數(shù)。撥動輸入開關(guān)，形成二進(jìn)制數(shù)10100111(或其他數(shù)值)。SW-B=0、ALU-B=1保持不變，改變LDDR1、LDDR2，使LDDR1=0、LDDR2=1。按動微動開關(guān)KK2（產(chǎn)生T4），則將二進(jìn)制數(shù)10100111置入DR2中。5、檢驗DR1和DR2中存的數(shù)是否正確。關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門(SW-B=1),打開ALU輸出三態(tài)門(ALU-B=0)，并使LDDR1=0、LDDR2=0，關(guān)閉寄存器。置S3、S2、S1、S0、M為1、1、1、1、1，總線顯示燈顯示DR1中的數(shù)。置S3、S2、S1、S0、M為1、0、1、0、1，總線顯示燈顯示DR2中的數(shù)。6、改變運算器的功能設(shè)置，觀察運算器的輸出。SW-B=1、ALU-B=0保持不變。按表1.1-2置S3、S2、S1、S0、M、Cn的數(shù)值，并觀察總線顯示燈顯示的結(jié)果。7、驗證74LS181的算術(shù)運算和邏輯運算功能(采用正邏輯)。在給定DR1=65、DR2=A7的情況下，改變運算器的功能設(shè)置，觀察運算器的輸出，并將該輸出填入表1.1-2中。參考表1.1-1給出的74LS181的邏輯功能表，驗證74LS181的算術(shù)運算和邏輯運算功能(采用正邏輯)，且與理論分析進(jìn)行比較和驗證。三、實驗結(jié)果：DR1DR2S3 S2 S1 S0M = 0（算術(shù)運算）M = 1(邏輯運算)Cn=1無進(jìn)位Cn=0有進(jìn)位656565A7A7A70 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1F=(65)F=(E7)F=(7D)F=(FF)F=(A5)F=(27)F=(BD)F=(3F)F=(8A)F=(0C)F=(A2)F=(24)F=(CA)F=(4C)F=(E2)F=(64)F=(66)F=(E8)F=(7E)F=(00)F=(A6)F=(28)F=(BE)F=(40)F=(8B)F=(0D)F=(A3)F=(25)F=(CB)F=(4D)F=(E3)F=(65)F=(9A)F=(18)F=(82)F=(00)F=(DA)F=(58)F=(C2)F=(3E)F=(BF)F=(3D)F=(A7)F=(25)F=(01)F=(7D)F=(E7)F=(65)四、心得體會： 這次實驗是做運算，讓計算機來處理各種運算，了解計算機是怎么通過二進(jìn)制來做數(shù)據(jù)間的運算。根據(jù)實驗指導(dǎo)書上的運算器通路圖連接電路圖，在連接電路圖的時候，由于對板塊上電路的不熟悉，很多芯片難以快速準(zhǔn)確找到，以致用了很多時間連接電路圖。雖然電路圖不是很復(fù)雜，但是接線的順序很容易出錯，導(dǎo)致實驗結(jié)果不正確或者無法運行。在撥動開關(guān)輸入數(shù)據(jù)，由于對開關(guān)的不熟悉，致使多次重復(fù)相同的步驟，這樣也導(dǎo)致有些實驗結(jié)果不正確。盡管最終完成了實驗要求，但是我還是對這個系統(tǒng)很不熟悉，很多電路圖無法理解，為什么要這樣連接？希望以后能夠多多接觸，通過動手實踐了解計算機深層次的運算特點。實驗二：靜態(tài)隨機存儲器實驗 實驗時間： 2011 年 4 月 1 日 一、 實驗?zāi)康模赫莆侦o態(tài)隨機存儲器RAM工作特性及數(shù)據(jù)的讀/寫方法。二、實驗內(nèi)容及步驟：1、連接實驗線路，仔細(xì)查線無誤后接通電源。2、寫存儲器。給存儲器的00、01、02、03、04地址單元中分別寫入數(shù)據(jù)11H、12H、13H、14H、15H。由存儲器實驗原理圖看出，由于數(shù)據(jù)和地址全由一個數(shù)據(jù)開關(guān)給出，因此要分時地給出。下面的寫存儲器要分兩個步驟：第一步寫地址，先關(guān)掉存儲器的片選(CE=1)，打開地址鎖存器門控信號(LDAR=1)，打開數(shù)據(jù)開關(guān)三態(tài)門(SW-B=0),由開關(guān)給出要寫入的存儲單元的地址，按動START產(chǎn)生T3脈沖將地址打入到地址鎖存器；第二步寫數(shù)據(jù)，關(guān)掉地址鎖存器門控信號(LDAR=0),打開存儲器片選(CE=0)，使之處于寫狀態(tài)(CE=0，WE=1)，由開關(guān)給出此單元要寫入的數(shù)據(jù)，按動STRAT產(chǎn)生T3脈沖將數(shù)據(jù)寫入到當(dāng)前的地址單元中。寫其他單元依次循環(huán)上述步驟。3、讀存儲器。依次讀出第00、01、02、03、04號單元中的內(nèi)容，觀察上述各單元中的內(nèi)容是否與前面寫入的一致。同寫操作類似，讀每個單元也需要兩步：第一步寫地址，先關(guān)掉存儲器的片選(CE=1)，打開地址鎖存器門控信號(LDAR=1)，打開,由開關(guān)給出要讀存儲單元的地址，按動START產(chǎn)生T3脈沖將地址打入到地址鎖存器；第二步讀存儲器，關(guān)掉數(shù)據(jù)開關(guān)三態(tài)門(SW-B=1),打開存儲器(CE=0)，使它處于讀狀態(tài)(CE=0，WE=0)，此時數(shù)據(jù)總線上顯示的數(shù)據(jù)即為從存儲器當(dāng)前地址中讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容。讀其他單元依次循環(huán)上述步驟。三、心得體會： 這次的實驗基本掌握了靜態(tài)隨機存儲器RAM工作特性及數(shù)據(jù)的讀/寫方法。實驗的關(guān)鍵在于按動START產(chǎn)生T3脈沖，這個脈沖將輸入的數(shù)據(jù)打入到地址鎖存器或者地址單元中，同時在讀寫數(shù)據(jù)的過程中，要小心注意片選CE，三態(tài)門SW-B以及門控信號LDAR的狀態(tài)，一個出錯將導(dǎo)致結(jié)果不正確。通過多次的練習(xí)數(shù)據(jù)的輸入和存儲，基本上能夠快速的對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀和寫的操作。實驗三：總線基本實驗 實驗時間： 2011 年 4 月 16 日一、實驗?zāi)康模?、理解總線的概念及其特性；2、掌握總線傳輸控制特性。二、實驗內(nèi)容及步驟：1、按照實驗接線圖進(jìn)行連線。2、首先應(yīng)關(guān)閉所有三態(tài)門(SW-B=1,CS=1,R0-B=1,LED-B=1)，并將關(guān)聯(lián)的信號置為LDAR=0，LDR0=0，W/R(RAM)=1，W/R(LED)=1。然后參照如下操作流程: (1)輸入設(shè)備將一個數(shù)打入R0寄存器:先給數(shù)據(jù)開關(guān)置數(shù)，打開數(shù)據(jù)輸出三態(tài)門(SW-B=0)，撥動LDR0控制信號做010動作，產(chǎn)生一個上升沿將數(shù)據(jù)打入到R0中；(2)輸入設(shè)備將另一個數(shù)(地址)打入地址寄存器：繼續(xù)給數(shù)據(jù)開關(guān)置數(shù)，撥動LDAR控制信號做010動作，產(chǎn)生一個上升沿將數(shù)據(jù)（地址）打入到AR地址寄存器中； (3)將R0寄存器中的數(shù)寫入到當(dāng)前地址的存儲器中：關(guān)閉數(shù)據(jù)開關(guān)三態(tài)門（SWB1），打開RO寄存器輸出控制（R0B0），使存儲器處于寫狀態(tài)(W/R=1、CS=0)，將R0中的數(shù)寫到存儲器中；(4)將當(dāng)前地址的存儲器中的數(shù)用LED數(shù)碼管顯示：關(guān)閉R0寄存器輸出（R0B1），使存儲器處于讀狀態(tài)(W/R=0、CS=0)，打開LED(LED-B=0)片選，撥動LED的W/R控制信號做101動作，產(chǎn)生一個（上升沿？）將數(shù)據(jù)打入到LED中。 三、心得體會：由于這次試驗有一定的復(fù)雜性，所以老師讓我們多人合作完成本次實驗，我和兩位搭檔按照實驗連線圖一步一步的往下做，并且每做一步，都檢查一片，怕最后因為連線的原因使的實驗不能順利完成，這樣也可以很好的降低錯誤的發(fā)生，發(fā)現(xiàn)錯誤并快速的改正，節(jié)約的不少時間。連好線，按照實驗步驟，就能很快的完成實驗要求，本次實驗讓我明白嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒瀾B(tài)度和反復(fù)的排查錯誤是實驗成功大的有效保證。 實驗四：微程序控制器實驗 實驗時間： 2011 年 4 月 29 日 一、實驗?zāi)康模?、掌握時序發(fā)生器的組成原理。2、掌握微程序控制器的組成原理。3、掌握微程序的編制、寫入、觀察微程序的運行情況。二、實驗內(nèi)容及步驟：1、將全部微程序按微指令格式變成二進(jìn)制代碼，可得到一個二進(jìn)制代碼表。2、連接實驗線路,仔細(xì)檢查無誤后接通電源。3、觀測微程序控制器的工作原理： 聯(lián)機方式調(diào)試步驟： (1)編程：l 將編程開關(guān)置為PROM（編程狀態(tài)）。l 將“STATE UNIT”單元中的STEP開關(guān)置為“STEP”，STOP開關(guān)置為“RUN”狀態(tài)。l 在實驗室內(nèi)啟動聯(lián)機軟件：A E:計算機組成原理CMPB 進(jìn)入聯(lián)機調(diào)試軟件窗口后,點擊指令區(qū)的微指令,可鍵入微指令,鍵入一條微指令后回車,字體會變紅,說明該指令已修改。C 把二進(jìn)制代碼表中的代碼翻譯成16進(jìn)制數(shù),并用以上方法輸入。(2)校驗：l 將編程開關(guān)READ（校驗）狀態(tài)。l 將“STATE UNIT”單元中的STEP開關(guān)置為“STEP”，STOP開關(guān)置為“RUN”狀態(tài)。l 檢查輸入的微指令和機器指令是否正確。(3)單步運行：l 將編程開關(guān)置于“RUN（運行）”狀態(tài)。l 將“STATE UNIT”單元中的STEP開關(guān)置為“STEP”，STOP開關(guān)置為“RUN”狀態(tài)。l 使CLR開關(guān)從1-0-1,此時微地址寄存器MA5-MA0清“0”，從而給出運行微指令的入口地址為000000（二進(jìn)制）。l 先選運行菜單通路圖。l 再選運行菜單單步微指令（C）可觀察到執(zhí)行一條微指令時，計算機數(shù)據(jù)通路中數(shù)據(jù)的流動情況。再根據(jù)圖45微程序流程圖，分析執(zhí)行一條機器指令要執(zhí)行多少條微指令及執(zhí)行情況是否正確。(4)強置運行：在當(dāng)前條件下，可將“MICROCONTROLLER”單元的SE1SE6接至“SWTICHUNIT”單元中的S3CN對應(yīng)的開關(guān)上，可通過強置端人為的設(shè)置分支地址。A.首先將SE1SE6對應(yīng)的二進(jìn)制開關(guān)置為“1”，B.當(dāng)需要人為設(shè)置分支地址時，將某個或幾個二進(jìn)制開關(guān)置“0”，相應(yīng)的微地址即被強置為“1”，從而改變下一條微指令的地址。（注意：在強制運行狀態(tài)下，二進(jìn)制開關(guān)置為“0”，相應(yīng)的微地址位將被強置為“1”。開關(guān)量和正常情況相反。） C.特別注意：強置好地址后，一定把對應(yīng)的二進(jìn)制開關(guān)置為“1”，。然后再單步運行微指令。例如:要觀察ADD機器指令的執(zhí)行情況,先通過SE1SE6對應(yīng)的二進(jìn)制開關(guān)將分支地址強置為11(8進(jìn)制),用單步運行就可以觀察到ADD機器指令在數(shù)據(jù)通路中執(zhí)行每一條微指令時的數(shù)據(jù)流動情況及各部件的有效控制信號。(5)連續(xù)運行：l 將編程開關(guān)置于“RUN（運行）”狀態(tài)。l 將單步開關(guān)“STEP”置為“EXEC”狀態(tài)。l 使CLR開關(guān)從1-0-1,此時微地址寄存器清“0”，從而給出運行微指令的入口地址為000000（二進(jìn)制）。l 啟動時序電路，則從微指令的入口地址000000連續(xù)執(zhí)行微指令。(6)觀察、分析微程序運行情況：l 根據(jù)聯(lián)機調(diào)試界面的數(shù)據(jù)通路，觀察微程序執(zhí)行過程中，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)通路中的流動情況。l 參考微程序流程圖，分析微程序的執(zhí)行過程是否正確。三、心得體會：按照實驗步驟，通過老師的指導(dǎo)，我們能夠完成實驗要求，但是如果讓我們具體的講出實驗的原理，卻是件很難的事情，我們擁有很強的學(xué)習(xí)模仿能力，但是讓你從實質(zhì)上去了解實驗的本質(zhì)，實驗的原理確是很困難的。導(dǎo)入微程序，運行微程序，觀察微程序運行情況。實驗五：基本模型機實驗 實驗時間： 2011 年 5 月 13 日一、 設(shè)計目的：1、 在掌握部件單元電路實驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將其組成系統(tǒng)，構(gòu)造一臺基本模型計算機，建立整機概念。2、 為其定義至少五條機器指令，并編寫相應(yīng)的微程序，通過聯(lián)機調(diào)試，觀察計算機執(zhí)行指令：從取指令、指令譯碼、執(zhí)行指令等過程中數(shù)據(jù)通路內(nèi)數(shù)據(jù)的流動情況，進(jìn)一步掌握整機概念。二、實驗內(nèi)容及步驟：1、了解設(shè)計內(nèi)容。2、按照基本模型機接線圖連接實驗。3、在計算機上運行