計(jì)算機(jī)組成實(shí)驗(yàn)報(bào)告

湖南師范大學(xué)工學(xué)院計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：年級(jí)：專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)號(hào)：任課教師：開(kāi)課時(shí)間：2009~2010學(xué)年第一學(xué)期湖南師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（工學(xué)院）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)告單實(shí)驗(yàn)課程：計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)題目：基本運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日期：2010年11月7日專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)年級(jí)：班級(jí):姓名：一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解運(yùn)算器的組成結(jié)構(gòu)2.掌握運(yùn)算器的工作原理.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：主要內(nèi)容：該試驗(yàn)旨在了解運(yùn)算器內(nèi)部運(yùn)算過(guò)程及組成結(jié)構(gòu)，并能進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)運(yùn)算。該實(shí)驗(yàn)通過(guò)一片CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)算器部件的功能，在接好的實(shí)驗(yàn)電路上，用CMA軟件將數(shù)據(jù)加載加入內(nèi)存，最終實(shí)現(xiàn)通過(guò)設(shè)置CON單元的S3、S2、S1、S0以及時(shí)序T1、T2、T3、T4的不同值來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能。表現(xiàn)在：用S3、S2、S1、S0的不同值并配合CN的值來(lái)實(shí)現(xiàn)將寄存器A、寄存器B中的兩個(gè)數(shù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算、移位運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算，并且加上時(shí)間脈沖的加入，并且能夠準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)值的輸出。結(jié)果體現(xiàn)在：用FC燈亮表示有進(jìn)位，F(xiàn)Z燈亮表示零標(biāo)志，D7…D0燈顯示通過(guò)運(yùn)算后得出來(lái)的值。實(shí)驗(yàn)原理圖：圖一（運(yùn)算器原理圖）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析：0000：功能是F＝A（直通），因?yàn)锳=65,所以F＝65,且沒(méi)有進(jìn)位，標(biāo)志位也沒(méi)有變化，所以FC=0,FZ=0.0001:功能是F=B（直通），因?yàn)锳=A7,所以F＝A7,且沒(méi)有進(jìn)位，標(biāo)志位也沒(méi)有變化，所以FC=0,FZ=0.0010:功能是F＝AB,也就是A與B的邏輯與，所以F=25,且沒(méi)有進(jìn)位，標(biāo)志位也沒(méi)有變化，所以FC=0,FZ=0.0011：功能是F=A+B,也就是A與B的邏輯或，所以F=E7,且沒(méi)有進(jìn)位，標(biāo)志位也沒(méi)有變化，所以FC=0,FZ=0.0100:功能是F=/A，0101：功能是F=A不帶進(jìn)位循環(huán)右移B(取低三位)位。0110：功能是當(dāng)CN=0時(shí)，F(xiàn)=A邏輯右移一位；當(dāng)CN=1時(shí)，F(xiàn)=A帶進(jìn)位邏輯右移一位。0111：功能是當(dāng)CN=0時(shí)，F(xiàn)=A邏輯左移一位；當(dāng)CN=1時(shí)，F(xiàn)=A帶進(jìn)位邏輯左移一位。1000：功能是置FC=CN.1001:功能是F=A加B1010:功能是F=A加B加FC1011:功能是F=A減B1100:功能是F=A減11101：功能是F=A加11110：保留1111：保留試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：運(yùn)算類(lèi)型ABS3S2S1S0CN功能邏輯運(yùn)算65A70000XF=65FC=0FZ=00001XF=A7FC=0FZ=00010XF=25FC=0FZ=00110XF=E7FC=0FZ=00100XF=9AFC=0FZ=0移位運(yùn)算65A70101XF=CAFC=0FZ=001100F=32FC=0FZ=01F=B2FC=1FZ=001110F=CAFC=0FZ=01F=CAFC=0FZ=0算術(shù)運(yùn)算65A71000XF=65FC=0FZ=01001XF=0CFC=1FZ=005A71010(FC=0)XF=0DFC=1FZ=065A71010(FC=1)XF=0DFC=1FZ=01011XF=BEFC=1FZ=01100XF=64FC=0FZ=01101XF=66FC=0FZ=0試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：分別輸入數(shù)據(jù)A、B的值為65、A7，然后根據(jù)S3、S2、S1、S0輸入的運(yùn)算規(guī)則，將運(yùn)算后的結(jié)果放入F中，并分析進(jìn)位控制器和零標(biāo)志的值是否正確。當(dāng)S3、S2、S1、S0的值為0000時(shí)，表示F與A直通（F=A），則F=65,無(wú)進(jìn)位，無(wú)零標(biāo)志，則可說(shuō)明第一個(gè)數(shù)據(jù)正確。依次檢查其后的每一個(gè)數(shù)據(jù)的正確性，可發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)結(jié)果完全與運(yùn)算結(jié)果一致，則說(shuō)明試驗(yàn)正確。指導(dǎo)老師簽名:湖南師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（工學(xué)院）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)告單實(shí)驗(yàn)課程：計(jì)算機(jī)組成實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)題目：超前進(jìn)位加法器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日期：2010年１１月７日專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.掌握超前進(jìn)位加法器的原理及其設(shè)計(jì)方法2.熟悉CPLD應(yīng)用設(shè)計(jì)及EDA軟件的使用.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：根據(jù)加法器的邏輯原理使用QuartusII軟件編輯相應(yīng)的電路原理圖并進(jìn)行編譯，將POF文件下載到EPM1270中去，以CON單元中的SD17……SD10八個(gè)二進(jìn)制開(kāi)關(guān)為被加數(shù)A，SD07……SD00八個(gè)二進(jìn)制開(kāi)關(guān)為加數(shù)B，K7用來(lái)模擬來(lái)自低位的進(jìn)位信號(hào)，相加結(jié)果在CPLD單元的L7……L0八個(gè)LED燈顯示，相加后向高位的進(jìn)位用CPLD單元的L8燈顯示。給A和B置不同的數(shù)，觀察相加的結(jié)果。三.實(shí)驗(yàn)原理圖：模塊A原理圖模塊B原理圖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析：試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：ABL8K7L7L6L5L4L3L2L1L000101001011001100010001111000001101011000100101101110011101000101001010110001111001010011100001000111010101111101101101111100110011100101101110000100011101110011110110110111101111001試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：用SD17……SD10表示A，用SD07……SD00表示B，L8表示向高位進(jìn)位，K7表示來(lái)自低位進(jìn)位，L7L6L5L4L3L2L1L0表示運(yùn)算后的結(jié)果。比如：加數(shù)A：11001000與被加數(shù)B：10001110相加，因?yàn)榈臀粸?,所以最低位加0。因?yàn)榈玫礁呶坏倪M(jìn)位為1,因此表示進(jìn)位用的CPLD單元的L8燈會(huì)亮。因?yàn)榈玫降慕Y(jié)果為01010110，所以CPLD單元的L1,L2,L4,L6會(huì)亮。指導(dǎo)老師簽名:湖南師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（工學(xué)院）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)告單實(shí)驗(yàn)課程：計(jì)算機(jī)組成實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)題目：靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日期：2010年１１月12日專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)年級(jí)：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆侦o態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM工作特性及數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)方法.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、給存儲(chǔ)器的00H、01H、02H、03H地址單元中分別寫(xiě)入數(shù)據(jù)11H、12H、13H、14H、15H。2、依次讀出存儲(chǔ)器第00H、01H、02H、03H、04號(hào)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(xiě)入一致。3、如果實(shí)驗(yàn)箱和PC聯(lián)機(jī)操作，則再通過(guò)軟件中的數(shù)據(jù)通路圖來(lái)4、借助數(shù)據(jù)通路圖，分析并觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)原理圖：存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)原理圖四.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析：實(shí)驗(yàn)所用的靜態(tài)存儲(chǔ)器由一片6116（2K×8bit）構(gòu)成（位于MEM單元）。6116有三個(gè)控制線(xiàn)：CS（片選線(xiàn)）、OE（讀線(xiàn)）、WE（寫(xiě)線(xiàn)），當(dāng)片選有效（CS=0）時(shí)，OE=0時(shí)進(jìn)行讀操作，WE=0時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作，本實(shí)驗(yàn)將CS常接地。由于存儲(chǔ)器（MEM）最終是要掛接到CPU上，所以其還需要一個(gè)讀寫(xiě)控制邏輯，使得CPU能控制MEM的讀寫(xiě)，由于T3的參與，可以保證MEM的寫(xiě)脈寬與T3一致，T3由時(shí)序單元的TS3給出。IOM用來(lái)選擇是對(duì)I/O還是對(duì)MEM進(jìn)行讀寫(xiě)操作，RD=1時(shí)為讀，WR=1時(shí)為寫(xiě)。存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)線(xiàn)接至數(shù)據(jù)總線(xiàn)，數(shù)據(jù)總線(xiàn)上接有8個(gè)LED燈顯示D7…D0的內(nèi)容。地址線(xiàn)接至地址總線(xiàn)，地址總線(xiàn)上接有8個(gè)LED燈顯示A7…A0的內(nèi)容，地址由地址存器（74LS273，位于PC&AR單元）給出。數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)（位于IN單元）經(jīng)一個(gè)三態(tài)門(mén)（74LS245）連至數(shù)據(jù)總線(xiàn)，分時(shí)給出地址和數(shù)據(jù)。地址寄存器為8位，接入6116的地址A7…A0，6116的高三位地址A10…A8接地，所以其實(shí)際容量為256字節(jié)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：將數(shù)據(jù)寫(xiě)入相應(yīng)的地址單元：表一行為D7～D0LDARIORWRRDIOM將00H地址寫(xiě)入地址單元000000001000X將11H寫(xiě)入00H地址單元0001000100100將01H地址寫(xiě)入地址單元000000011000X將12H寫(xiě)入01H地址單元0001001000100將02H地址寫(xiě)入地址單元000000101000X將13H寫(xiě)入02H地址單元0001001100100將03H地址寫(xiě)入地址單元000000111000X將14H寫(xiě)入03H地址單元0001010000100將相應(yīng)地址單元的內(nèi)容讀出來(lái)：表二行為D7～D0LDARIORWRRDIOM將00H地址寫(xiě)入地址單元000000001000X將00H地址單元數(shù)據(jù)讀出來(lái)0000000001010將01H地址寫(xiě)入地址單元000000011000X將01H地址單元數(shù)據(jù)讀出來(lái)0000000101010將02H地址寫(xiě)入地址單元000000101000X將02H地址單元數(shù)據(jù)讀出來(lái)0000001001010將03H地址寫(xiě)入地址單元000000111000X將03H地址單元數(shù)據(jù)讀出來(lái)0000001101010試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：第一個(gè)表格中是將數(shù)據(jù)輸入到地址中去，第二個(gè)表格是將地址中的數(shù)據(jù)讀出來(lái)。表格一的前兩行表示的是將數(shù)據(jù)00010001H送入00000000H地址內(nèi)存中，其下依次類(lèi)推。而表格二中的前兩行是將地址為00000000H的內(nèi)存中的數(shù)據(jù)00010001H讀出來(lái)，其下依次類(lèi)推。指導(dǎo)老師簽名:湖南師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（工學(xué)院）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)告單實(shí)驗(yàn)課程：計(jì)算機(jī)組成實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)題目：Cache控制器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日期：2010年11月12日專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.掌握Cache控制器的原理及其設(shè)計(jì)方法2.熟悉CPLD應(yīng)用設(shè)計(jì)及EDA軟件的使用.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：主要內(nèi)容：本實(shí)驗(yàn)采用直接映象的地址變換方式，一個(gè)主存塊只能映射到相對(duì)應(yīng)的Catch的特定塊中，映象關(guān)系表示為b=BmodCb，其中b為Catch塊號(hào)，B為主存的塊號(hào)，Cb是Cache的塊容量。在接好的實(shí)驗(yàn)電路上，并通過(guò)ＥＤＡ軟件將生成的POF文件下載到EPM1270中后，實(shí)現(xiàn)通過(guò)設(shè)置CON單元的SD17……SD10以及K7的進(jìn)位信號(hào)的不同值來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能。表現(xiàn)在：用CON單元的SD17……SD10表示CPU訪(fǎng)問(wèn)主存地址，用K7模擬低位的進(jìn)位信號(hào)，通過(guò)設(shè)置這兩個(gè)地方不同值來(lái)實(shí)現(xiàn)Catch控制器的功能，并且能夠在CPLD單元輸出想對(duì)應(yīng)的信號(hào)。結(jié)果體現(xiàn)在：ＣＰＬＤ單元的Ｌ８燈顯示，L8指示燈燈滅表示Cache命中，L8指示燈亮表示Cache沒(méi)命中。實(shí)驗(yàn)原理圖：圖一（直接相聯(lián)映象方式）圖二（直接相聯(lián)地址變換）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析：主存地址該地址的內(nèi)容讀出的內(nèi)容命中否19H45H45H否05H22H22H否06H33H33H是19H44H44H是38H55H55H否19H66H66H否試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：比如，19H,因?yàn)閯倓倧闹鞔嬷凶x出，在Cache中還沒(méi)有該地地址，因此，沒(méi)有命中。當(dāng)讀到地址05H時(shí)，其二進(jìn)制形式是這樣的00000101,因此，其塊號(hào)為0101,也就是5,在Cache中的該塊中，還沒(méi)有該地址，因此也沒(méi)有命中。指導(dǎo)老師簽名:湖南師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（工學(xué)院）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)告單實(shí)驗(yàn)課程：計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)題目：微程序控制器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日期：2010年１１月16日專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.掌握微程序控制器的組成原理2.掌握微程序的編制、寫(xiě)入，觀察微程序的運(yùn)行過(guò)程.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、按照實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)圖連接線(xiàn)路。2、對(duì)微控制器進(jìn)行讀寫(xiě)操作：a、將微程序?qū)懭胛募⒊绦虻靡灾付ǖ母袷綄?xiě)入到以TXT為后綴的文件中，微程序的格式如下：$MXXXXXXXX微指令代碼十六進(jìn)制地址微指令標(biāo)志如$M1F112233，表示微指令的地址為1FH，微指令值為11H（高）、22H（中）、33H（低），本次實(shí)驗(yàn)的微程序如下，其中分號(hào)‘；’為注釋符，分號(hào)后面的內(nèi)容在下載時(shí)將被忽略掉。;//***************************************//;////;//微控器實(shí)驗(yàn)指令文件//;////;//ByTangDuCO.,LTD//;////;//***************************************//;//****StartOfMicroControllerData****//$M00000001;NOP$M01007070;CON(INS)->IR,P<1>$M04002405;R0->B$M0504B201;A加B->R0$M30001404;R0->A$M32183001;IN->R0$M33280401;R0->OUT$M35000035;NOP;//*****EndOfMicroControllerData*****//b、寫(xiě)入微程序，用聯(lián)機(jī)軟件的“【轉(zhuǎn)儲(chǔ)】—【裝載】”功能將該格式（*.TXT）文件裝載入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。c、校驗(yàn)微程序，檢查微控器相應(yīng)地址單元的數(shù)據(jù)是否和表中的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)相同，如果不同，則說(shuō)明寫(xiě)入操作失敗，應(yīng)重新寫(xiě)入運(yùn)行微程序，并查看結(jié)果。助記符機(jī)器指令碼說(shuō)明IN00100000IN給R0ADD00000000R0+R0給R0OUT00110000R0給OUTHLT01010000停機(jī)三.實(shí)驗(yàn)原理圖：微程序控制器原理圖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析:依實(shí)驗(yàn)過(guò)程編排了下述一組數(shù)據(jù)，每一行為一指令周期各信號(hào)端隨時(shí)間所給信號(hào)情況：SD27～SD20STINOUTXXXXXXXX1111XXXXXXXXXXXXXXXX001100101111XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX111100000010XXXXXXXX001100001111XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1111XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1111XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1111XXXXXXXXXXXXXXXX001100111111XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1111XXXXXXXX00000100001101011111XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX0000XXXXXXXXXXXXXXXX程序開(kāi)始從00處執(zhí)行NOP空轉(zhuǎn)；經(jīng)ST觸發(fā)后，進(jìn)入下一條指令的執(zhí)行，從COM輸入再下一條指令的地址32H；32H單元的指令執(zhí)行的是從IN輸入數(shù)據(jù)到R0；由32H單元指令后面的MA字段相繼給出的地址，實(shí)現(xiàn)連續(xù)執(zhí)行，期間共3次ST觸發(fā)指令周期，分別完成R0數(shù)據(jù)送A，R0數(shù)據(jù)送B，A加B回送R0；程序再次回到01H，輸入指令地址33H，ST觸發(fā)后執(zhí)行將R0送OUT輸出；通過(guò)33H指令后的MA字段再次回到01H；由COM端輸入35H，機(jī)器進(jìn)入空轉(zhuǎn)停機(jī)。指導(dǎo)老師簽名:湖南師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（工學(xué)院）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)告單實(shí)驗(yàn)課程：計(jì)算機(jī)組成實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)題目：CPU與簡(jiǎn)單模型機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日期：2010年１１月16日專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)年級(jí)：一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.掌握一個(gè)簡(jiǎn)單CPU的組成原理2.在掌握部件單元電路的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將其構(gòu)造一臺(tái)基本模型計(jì)算機(jī)3.為其定義五條機(jī)器指令，編寫(xiě)相應(yīng)的微程序，并上機(jī)調(diào)試掌握整機(jī)概念.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、寫(xiě)入實(shí)驗(yàn)程序，并進(jìn)行校驗(yàn)。聯(lián)機(jī)軟件提供了微程序和機(jī)器程序下載功能，以代替手動(dòng)讀寫(xiě)微程序和機(jī)器程序，但是微程序和機(jī)器程序得以指定的格式寫(xiě)入到以TXT為后綴的文件中，微程序和機(jī)器程序的格式如下：$PXXXX$MXXXXXXXX機(jī)器指令代碼微指令代碼十六進(jìn)制地址十六進(jìn)制地址機(jī)器指令標(biāo)志微指令標(biāo)志本次實(shí)驗(yàn)程序如下，程序中分號(hào)‘；’為注釋符，分號(hào)后面的內(nèi)容在下載時(shí)將被忽略掉：;//***************************************//;////;//CPU與簡(jiǎn)單模型機(jī)實(shí)驗(yàn)指令文件//;////;//ByTangDuCO.,LTD//;////;//***************************************//;//******StartOfMainMemoryData******//$P0020;START:INR0從IN單元讀入數(shù)據(jù)送R0$P0100;ADDR0,R0R0和自身相加，結(jié)果送R0$P0230;OUTR0R0的值送OUT單元顯示$P03E0;JMPSTART跳轉(zhuǎn)至00H地址$P0400;$P0550;HLT停機(jī);//*******EndOfMainMemoryData*******//;//****StartOfMicroControllerData****//$M00000001;NOP$M01006D43;PC->AR,PC加1$M03107070;