北科大计组原理实验报告_静态随机存储器

1、北京科技大学 计算机与通信工程学院实 验 报 告实验名称： 静态随机存储器 学生姓名： 专 业： 计算机科学与技术 班 级： 学 号： 指导教师： 实验成绩： 实验地点： 机电楼301 实验时间： 2015 年 6 月 1 日一、实验目的与实验要求1、实验目的（1）掌握微程序控制器的组成原理；（2）掌握微程序的编制、写入方法；（3）观察并掌握微程序的运行过程；（4）掌握静态随机存储器的基本结构；（5）掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法。2、 实验要求（1） 验证性实验：微程序控制器实验（2） 用Quartus软件编写一个静态随机存储器二、实验设备（环境）及要求 实验箱，Windo

2、w 8，Quartus软件三、实验内容与步骤1、实验1（1）实验原理 微程序控制器的基本任务是完成当前指令的翻译和执行，即将当前指令的功能转换成可以控制的硬件逻辑部件工作的微命令序列，完成数据传送和各种处理操作。它的执行方法就是将控制各部件动作的微命令的集合进行编码，即将微命令的集合仿照机器指令一样，用数字代码的形式表示，这种表示成为微命令。这样就可以用一个由多条微指令组成的序列表示一条机器指令，这种微指令序列称为微程序。微程序存储在一种专用的存储器中，成为控制存储器，微程序控制器原理框图如图3.25所示。 本实验所用的微程序控制器单元主要有编程部分和核心微控器组成，如图3.26所示。 本实验

3、中的微指令字长共24位，控制位顺序如表3.8所示。 本实验安排了四条机器指令，分别为ADD（0000 0000）、IN（0010 0000）、OUT（0011 0000）和HLT（0101 0000），括号中为各指令的二进制代码，指令格式如表3.9所示，其中高4位为操作码。 实验中的4条机器指令由CON单元的二进制开关手动给出，其余单元的控制信号均由微程序控制器自动产生，为此可以设计出相应的数据通路图，见图3.27所示。 将全部微程序按微指令格式变成二进制微代码，可得到表3.10的二进制代码表。（2）实验步骤对微程序进行读写操作，分两种情况：手动读写和联机读写。（以下为联机读写）将微程序写入文

4、件 联机软件提供了微程序下载功能，以代替手动读写微控器，但微程序得以指定的格式写入到以TXT为后缀的文件中，微程序的格式如下： 微指令格式说明： 首先写以下微程序（加法）： ; /* Start Of MicroController Data */ $M 00 000001 ; NOP $M 01 007070 ; CON(INS)-IR, P $M 04 002405 ; R0-B $M 05 04B201 ; A加B-R0 $M 30 001404 ; R0-A $M 32 183001 ; IN-R0 $M 33 280401 ; R0-OUT $M 35 000035 ; NOP; /

5、* End Of MicroController Data */ 第二次写以下微程序（减法）： ; /* Start Of MicroController Data */ $M 00 000001 ; NOP $M 01 007070 ; CON(INS)-IR, P $M 04 002405 ; R0-B $M 05 05B201 ; A减B-R0 $M 30 001404 ; R0-A $M 32 183001 ; IN-R0 $M 33 280401 ; R0-OUT $M 35 000035 ; NOP; /* End Of MicroController Data */写入微程序用联

6、机软件的“转储”-“装载”功能将该格式（*.TXT）文件装载入实验系统。装入过程中，在软件的输出区的“结果”栏会显示装载信息，如当前正在装载的是机器指令还是微指令，还剩多少条指令等。检验微程序选择联机软件的“转储”-“刷新指令区”可以读出下位机所有的机器指令和微指令，并在指令去显示。检查微控器相应地址单元的数据是否和表3.10中的十六进制数据相同，如果不同，则说明写入操作失败，应重新写入，可以通过联机软件单独修改某个单元的微指令，先用鼠标左键单击指令区的“微存”TAB按钮，然后再单击需修改单元的数据，此时该单元变为编辑框，输入6位数据并回车，编辑框消失，并以红色显示写入的数据。运行微程序 按图

7、3.30所示连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。如果有“嘀”报警声，说明总线有竞争现象，应关闭电源，检查接线，直到错误排除。运行时也分两种情况：本机运行和联机运行。（以下为联机运行）联机运行，进入软件界面，在菜单上选择“实验”-“微控器实验”，打开本实验的数据通路图，也可以通过工具栏上的下拉框打开数据通路图。将MC单元的编程开关置为“运行”档，MEM单元的编程开关也置为“运行”档，按动CON单元的总清开关后，置IN单元数据为00100011，按动软件中单节拍按钮，当后续微地址（通路图中的MAR）为000001时，在CON单元的SD27SD20模拟给出IN指令00100000并继续按动单节拍按

8、钮，当MC单元后续微指令为000001时，说明当前指令已执行完；在CON单元的SD27SD20给出ADD指令00000000，该指令将会在下个T2被打入指令寄存器（IR），它将R0中的数据和其自身相加后送R0；接下来在CON单元的SD27SD20给出OUT指令00110000并继续按动单节拍按钮，在MC单元后续为地址显示为000001时，观察OUT单元的显示值是否为01000110（第二次为00000000）。2、 实验2（1）实验内容用Quartus软件编写一个静态随机存储器（2）实验步骤 打开Quartus 软件，进入软件初始界面； 通过FileNew Project Wizard选项，建

9、立一个新工程； 通过FileNew选项或单击工具按钮，在工程里新建Verilog HDL代码文件，保存文件，在Quartus 提供的代码编辑器里进行代码编辑： module ram(readwrite,datain,address,dataout); input readwrite; input 0:7datain; input 0:7address; output 0:7dataout; reg 0:7dataout; reg 0:7a,b,c,d,e,f,g,h; always(address) begin if(readwrite=1) /read case(address) 8b000

10、00000:dataout=a; 8b00000001:dataout=b; 8b00000010:dataout=c; 8b00000011:dataout=d; 8b00000100:dataout=e; 8b00000101:dataout=f; 8b00000110:dataout=g; 8b00000111:dataout=h; endcase if(readwrite=0) /write case(address) 8b00000000:a=datain; 8b00000001:b=datain; 8b00000010:c=datain; 8b00000011:d=datain;

11、8b00000100:e=datain; 8b00000101:f=datain; 8b00000110:g=datain; 8b00000111:h=datain; endcase endendmodule 完成编译与综合后，进行功能仿真。通过ProcessingGenerate Functional Simulation Netlist选项产生功能仿真网络表。有了功能仿真网络表，就可以对工程进行功能仿真。通过FileNew选项或者单击工具按钮新建一个Vector Waveform File向量波形文件； 在向量波形文件窗口中，在Name下方空白处右击，在弹出的快捷菜单中选择InsertIn

12、sert Node or Bus菜单项，或者在Name正文空白处双击弹出Insert Node or Bus对话框，单击Node Finder按钮，进行信号的添加；添加address、datain、dataout、readwrite信号，先设置address为00H到08H，各个address下datain设置对应的值，设置readwrite为0（写状态）；接下来，设置readwrite=1（读状态）；保存文件； 通过AssignmentsSettings选项或者单击工具按钮进行仿真设置；更改Simulation mode 为 Functional，选择仿真输入为刚刚新建的向量波形文件。完成设置后，通过ProcessingStart Simulation选项或者单击工具按钮进行功能仿真。四：实验结果与分析1、实验1 按图3.30所示连接的实验线路： IN指令： ADD指令： OUT指令： SUB指令：2、 实验2要输入的数据如下：address00H01H02H03H04H05H06H07Hdatain11H12H13H33H15H16H17H18Hreadwrite=0时（写数据）：readwrite=1时（读数据）：五