計算機組成原理實驗報告

1、重慶理工大學計算機組成原理實 驗 報 告學 號 _11503080109_姓 名 _張致遠_專 業(yè) _軟件工程_學 院 _計算機科學與工程二0一 六 年 四 月 二十三實驗一 基本運算器實驗報告一、 實驗名稱基本運算器實驗二、 完成學生： 張致遠 班級115030801 學號11503080109三、 實驗目的1了解運算器的組成結構。2掌握運算器的工作原理。四、 實驗原理：兩片74LS181 芯片以并/串形式構成的8位字長的運算器。右方為低4位運算芯片，左方為高4位運算芯片。低位芯片的進位輸出端Cn+4與高位芯片的進位輸入端Cn相連，使低4位運算產生的進位送進高4位。低位芯片的進位輸入端Cn可

2、與外來進位相連，高位芯片的進位輸出到外部。兩個芯片的控制端S0S3 和M 各自相連，其控制電平按表2.6-1。為進行雙操作數運算，運算器的兩個數據輸入端分別由兩個數據暫存器DR1、DR2（用鎖存器74LS273 實現(xiàn)）來鎖存數據。要將內總線上的數據鎖存到DR1 或DR2 中，則鎖存器74LS273 的控制端LDDR1 或LDDR2 須為高電平。當T4 脈沖來到的時候，總線上的數據就被鎖存進DR1 或DR2 中了。為控制運算器向內總線上輸出運算結果，在其輸出端連接了一個三態(tài)門（用74LS245 實現(xiàn)）。若要將運算結果輸出到總線上，則要將三態(tài)門74LS245 的控制端ALU-B 置低電平。否則輸出

3、高阻態(tài)。數據輸入單元(實驗板上印有INPUT DEVICE)用以給出參與運算的數據。其中，輸入開關經過一個三態(tài)門（74LS245）和內總線相連，該三態(tài)門的控制信號為SW-B，取低電平時，開關上的數據則通過三態(tài)門而送入內總線中?？偩€數據顯示燈（在BUS UNIT 單元中）已與內總線相連，用來顯示內總線上的數據?？刂菩盘栔谐齌4 為脈沖信號，其它均為電平信號。由于實驗電路中的時序信號均已連至“W/R UNIT”單元中的相應時序信號引出端，因此，需要將“W/R UNIT”單元中的T4 接至“STATE UNIT”單元中的微動開關KK2 的輸出端。在進行實驗時，按動微動開關，即可獲得實驗所需的單脈沖。

4、S3、S2、 S1、S0 、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B 各電平控制信號則使用“SWITCHUNIT”單元中的二進制數據開關來模擬，其中Cn、ALU-B、SW-B 為低電平有效，LDDR1、LDDR2 為高電平有效。對于單總線數據通路，作實驗時就要分時控制總線，即當向DR1、DR2 工作暫存器打入數據時，數據開關三態(tài)門打開，這時應保證運算器輸出三態(tài)門關閉；同樣，當運算器輸出結果至總線時也應保證數據輸入三態(tài)門是在關閉狀態(tài)。運算結果表五、 實驗步驟：1連接實驗電路并檢查無誤。圖中將用戶需要連接的信號線用小圓圈標明（其它實驗相同，不再說明）。2KK2設置為單拍，KK1和KK

5、3為運行。3. 開電源開關。4用輸入開關向暫存器DR1 置數。撥動輸入開關形成二進制數01100101（或其它數值）。（數據顯示燈亮為0，滅為1）。使SWITCH UNIT 單元中的開關SW-B=0（打開數據輸入三態(tài)門）、ALU-B=1（關閉ALU 輸出三態(tài)門）、LDDR1=1、LDDR2=0。按動微動開關KK2，則將二進制數01100101 置入DR1 中。5用輸入開關向暫存器DR2 置數。撥動輸入開關形成二進制數10100111（或其它數值）。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KK2，則將二進制數1010011

6、1 置入DR2 中。6 該變運算器的功能設置觀察輸出。并將結果填入表中。六、 實驗結果分析與心得通過本次實驗了解運算器的組成結構（即輸入邏輯、輸出邏輯、算術邏輯單元），掌握運算器的工作原理（主要是加法器）。知道運算器的輸出跟數據總線相連，同時兩個輸入端通過兩個鎖存器也與數據總線相連。同時，數據顯示燈連接上數據總線，用來顯示數據總線的內容。暫存器的作用也體現(xiàn)了出來（暫存中間結果），教材上的數據通路結構在此更是體現(xiàn)到了，各部件之間的信息傳送通過內總線來完成。三態(tài)門的功能以及工作原理也比較清晰了。將這些知識組織起來，并親手實踐，在實踐過程中，連線比較枯燥，剛開始連錯了，造成重大失誤，后來糾正后，一次

7、成功，這也說明了實驗過程中的各個環(huán)節(jié)都是非常重要的。最終，將結果記錄下來，完成了本次實驗。本次實驗，提高了我對組成原理實驗的積極性，更教育了我實驗要認真，要培養(yǎng)了我實驗要認真，要嚴謹的態(tài)度，將課本知識運用到實踐之中，也提高了對課程學習的熱情。實驗二 靜態(tài)隨機存儲器實驗報告七、 實驗名稱靜態(tài)隨機存儲器實驗八、 完成學生： 張致遠 班級115030801 學號11503080109九、 實驗內容1. 向存儲器中指定的地址單元輸入數據,地址先輸入AR寄存器，再將數據送入總線后，存到指定的存儲單元，觀察數據在各部件上的顯示結果。2. 從存儲器中指定的地址單元讀出數據, 地址先輸入AR寄存器, 讀出的數

8、據送入總線, 觀察數據在各部件上的顯示結果。十、 實驗原理首先對實驗中用到的位于MEM單元的SRAM（6116）做一個簡單的說明：如圖 2-1 所示。6116 有三個控制線：CS（片選線）、OE（讀線）、WE（寫線），其功能如表 2-1 所示，當片選有效（CS=0）時，OE=0 時進行讀操作，WE=0 時進行寫操作，本實驗將 CS 常接地。圖 2-1 SRAM 6116 引腳圖表 2-1 SRAM 6116 功能表讀寫控制邏輯：由于存儲器（MEM）最終是要掛接到 CPU 上，所以其還需要一個讀寫控制邏輯，使得 CPU能控制 MEM 的讀寫，實驗中的讀寫控制邏輯如圖 2-2 所示，圖 2-2 讀

9、寫控制邏輯由于 T3 的參與，可以保證 MEM的寫脈寬與 T3 一致。IOM 用來選擇是對 I/O 還是對 MEM 進行讀寫操作，RD=1 時為讀，WR=1 時為寫。存儲器數據線接至數據總線，數據總線上接有 8 個 LED 燈顯示 D7D0 的內容。地址線接至地址總線，地址總線上接有 8 個 LED 燈顯示 A7A0 的內容，地址和數據由相應的鎖存器給出。實驗時 T3 由時序單元給出，其余信號由 CON 單元的二進制開關模擬給出，其中 IOM 應為低（即 MEM 操作），RD、WR 高有效，MR 和 MW 低有效，LDAR 高有效。實驗原理圖如圖 2-3 所示。圖 2-3 存儲器實驗原理圖十一

10、、 實驗步驟1、 按照實驗冊連接好實驗的電路。2、 將時序與操作臺單元的開關 KK1、KK3 置為運行檔、開關 KK2 置為單步檔。3、 打開電源開關，如果聽到有嘀報警聲，說明有總線競爭現(xiàn)象，應立即關閉電源，重新檢查接線，直到錯誤排除。4、 將 CON 單元的 IOR 開關置為 1（使 IN 單元無輸出），給存儲器的 00H、01H、02H、03H、04H 地址單元中分別寫入數據 11H、12H、13H、14H、15H。對數據和地址的分時寫入。寫存儲器的流程如圖 2-5 所示（以向 00 地址單元寫入 11H為例）：圖 2-5 寫存儲器流程圖十二、 實驗結果能夠實現(xiàn)將數據和和地址分時寫入，通過

11、實驗操作臺上表示的地址和數據的LED顯示可以判斷出實驗操作是否正確。十三、 實驗結果分析實驗最號的結果與預想的一致。在這個實驗中容易出現(xiàn)了問題是將實驗的數據線連接反了。如果線路連接出現(xiàn)了問題，可能會根本不操作不了。也有可能將實驗用的數據或是地址值送錯位置。這就會給實驗帶來實驗誤差。實驗三 系統(tǒng)總線與總線接口實驗報告一、 實驗名稱系統(tǒng)總線與實驗接口二、 完成學生： 張致遠 班級115030801 學號11503080109三、 實驗內容1、 輸入設備將一個數打入 R0 寄存器。2、 輸入設備將另一個數打入地址寄存器。3、 將 R0 寄存器中的數寫入到當前地址的存儲器中。4、將當前地址的存儲器中的

12、數用 LED 數碼管顯示。四、 實驗原理存儲器只是一個容器，最終還是需要掛接在外部總線上的，所以需要提供數據信號，地址信號和控制信號。這三種信號由所對應的總線所提供，地址的譯碼由地址總線A6、A7進行譯碼。通常我們在編寫代碼的時候遇到的RD WR IOM分別是什么會感到疑問，在這里就有解釋，MEM和I/O接口都有讀寫操作，如何控制這個就靠IOM（置1選擇I/O，置0選擇MEM），RD=1時為讀，WR=1時為寫。圖1 I/O地址譯碼原理圖表1 I/O地址空間分配A7 A6選定地址空間00ICY000-3F01ICY140-7F10ICY280-BF11ICY3C0-FF五、 實驗步驟1、需要將1

13、1H打入R0寄存器。在輸入設備IN置00010001，根據之前表1，寄存器需要輸入K7、K6置1，需要讀取I/O口的內容，則WR RD IOM置0、1、1。LDAR是控制地址寄存器，不需要使用，置0，如此即可寫入寄存器R0。2、R0的數據送到MEM首先要將數據總線上的數打入地址寄存器，LDAR需要使用置1，在輸入單元置00000001，關閉R0輸入輸出，K6K7置01。需要讀入輸入設備內容，則WR、RD、IOM置0、1、1。接下來只要將R0寫入MEM就行了，需要對R0輸出，K6、K7置0、0。LDAR置0，需要對MEM進行寫操作，所以WR、RD、IOM置1、0、0。3、MEM的數據送到R0首先

14、跟第二步一樣，我們在01H單元已經有數據了，就使用01H單元的，將01H單元的數寫入AR。要對R0寄存器進行寫操作，則K6、K7置1、1。需要從MEM進行讀操作，則WR、RD、IOM置0、1、0。LDAR置0。則完成MEM寫入RO。4、將R0的數據送到out要在LED數碼管顯示其實就是要對out單元寫入。WR、RD、IOM置1、0、1，R0需要輸出，則K7置0，K6置0。沒有用到地址寄存器，LDAR置0。即可顯示在LED上。六、 實驗結果在前面R0寄存器，以及MEM寫入中并未有明顯直觀現(xiàn)象，若想確認其中數據是否正確，可以多用幾次將R0寫入OUT單元。七、 實驗結果分析OUT單元正確顯示，與預想

15、一樣，無明顯誤差。實驗四 微程序控制器實驗報告一、 實驗名稱微程序控制二、 完成學生： 張致遠 班級115030801 學號11503080109三、 實驗內容設計以下機器指令的微程序，如表1所示：四、 表1 機器指令的微程序助記符機器指令碼說明IN0010 0000IN R0ADD0000 0000R0 + R0R0OUT0011 0000R0OUTHLT0101 0000停機本實驗安排了四條機器指令，分別為 ADD（0000 0000）、IN（0010 0000）、OUT（0011 0000）和 HLT（0101 0000），括號中為各指令的二進制代碼。五、 實驗原理微程序控制器的基本任務

16、是完成當前指令的翻譯和執(zhí)行，它用微指令來控制各部件動作的微命令的集合進行編碼。用一個微指令序列表示一條機器指令，這種微指令序列稱為微程序。微程序存儲在一種專用的存儲器中，稱為控制存儲器?？刂破魇菄栏癜凑障到y(tǒng)時序來工作的，因而時序控制對于控制器的設計是非常重要的，本實驗所用的時序由時序單元來提供，分為四拍 TS1、TS2、TS3、TS4。微指令的格式如表2所示表 2 微指令格式表 3 字段操作M23，M22是讀入的片選信號，WD、RD、IOM是讀寫的控制信號，S3S0是指令譯碼電路得到的指令，指令譯碼原理圖如圖1所示；A、B、C對應表3的字段，MA5-MA0為下一條指令的地址。根據格式，填入所需

17、操作的操作碼。圖 1 指令譯碼原理圖根據操作，將指令轉換為十六進制的指令，就可以寫在純文本中，然后打開CMA軟件，點擊【轉儲】【裝載】，然后單步調試，觀察界面數據流的變化。六、 實驗步驟1畫出微程序流程圖畫微程序流程圖是機器指令系統(tǒng)設計的第一步。圖 2 微程序流程圖將全部微程序按微指令格式變成二進制微代碼，得到二進制代碼表，如表4所示。表4 二進制微代碼表地址高五位S3-S0A 字段B 字段C 字段MA5-MA0十六進制0000000000000000000000000100 00 010100000000011100000111000000 70 7030000000000001010000

18、000100001404040000000000100100000001010024050500000100101100100000000104B201320000000000110000000000011830013300000000000000000000000128000135000000000000000000000001000001連接好實驗線路，仔細查線無誤后接通電源。如果有滴報警聲，說明總線有競爭現(xiàn)象，應關閉電源，檢查接線，直到錯誤排除。2. 對微控器進行讀寫操作，分兩種情況：手動讀寫和聯(lián)機讀寫。1) 手動讀寫(1) 手動對微控器進行編程（寫） 將時序與操作臺單元的開關 KK1

19、置為停止檔，KK3 置為編程檔，KK4 置為控存檔，KK5 置為置數檔。 使用 CON 單元的 SD05SD00 給出微地址，IN 單元給出低 8 位應寫入的數據，連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關 ST，將 IN 單元的數據寫到該單元的低 8 位。 將時序與操作臺單元的開關 KK5 置為加 1檔。 IN 單元給出中 8 位應寫入的數據，連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關 ST，將 IN 單元的數據寫到該單元的中 8 位。IN 單元給出高 8 位應寫入的數據，連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關 ST，將 IN 單元的數據寫到該單元的高 8 位。 重復、四步，將表 4 的微代碼寫入 2816 芯片中。(2) 手動對微控器進行校驗（讀） 將時序與操作臺單元的開關 KK1 置為停止檔，KK3 置為校驗檔，KK4 置為控存檔，KK5 置為置數檔。 使用 CON 單元的 SD05SD00 給出微地址，連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關 ST，MC 單元的指數據指示燈 M7M0 顯示該單元的低 8 位。 將時序與操作臺單元的開關 KK5 置為加 1檔。 連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關 ST，MC 單元的指數據指示燈 M15M8 顯示該單元的中 8 位，MC 單元的指數據指示燈 M23M16 顯示該單元的高 8 位。 重復