计算机组成原理运算器及半导体存储器的设计试验报告精

1、计算机组成原理实验报告实验目录：一、实验1 Quartus H的使用（一）实验目的（二）实验任务（三）实验要求（四）实验步骤（五）74138 74244、74273的原理图与仿真图二、实验2运算器组成实验（一）实验目的（二）实验任务（三）实验要求（四）实验原理图与仿真图三、实验3半导体存储器原理实验（一）实验目的（二）实验要求（三）实验原理图与仿真图四、实验4数据通路的组成与故障分析实验（一）实验目的（二）实验电路（三）实验原理图与仿真图五、本次实验总结及体会：一、实验1 Quartus H的使用（一）实验目的1. 掌握Quartus U的基本使用方法。2. 了解 74138 （3: 8）译码

2、器、74244、74273的功能。3. 利用 Quartus U 验证 74138 （3: 8）译码器、74244、74273的功能。（二）实验任务1、熟悉Quartus U中的管理项目、输入原理图以及仿真的设计方法与流程。2、 新建项目，利用原理编辑方式输入 74138、74244、74273的功能特性，依照其 功能表分别进行仿真，验证这三种期间的功能。（三）实验要求1做好实验预习，掌握 74138、74244、74273的功能特性。2写出实验报告，内容如下：（1）实验目的；（2）写出完整的实验步骤；（3）画出74138、74244和74273的仿真波形，有关输入输出信号要标注清楚。（四）实

3、验步骤1. 新建项目：首先一个项目管理索要新建的各种文件，在Quartus U环境下，打开File，选择New Project Wizard后，打开 New Project Wizard: Introduction 窗口，按照提示创建 新项目，点击“ Next按钮，再打开的窗口中输入有关的路径名和项目名称后，按“Fi nish按钮，完成新建项目工作。2. 原理图设计与编译：原理图的设计与编译在 Compile Mode （编译模式）下进行。2.1.新建原理图文件打开File菜单，选择New，打开 新建”窗口。在图中所示的“Device Design Files 标签中，选择“Block Dia

4、gram/Schematic File项，按下“OK按钮即可打开原理图编 辑器，进行原理图的设计与编辑。选择“Block & Symbol Editors中的不同器件，在编辑区中就可完成原理图的设计编 辑。添加元器件可点击“ Block & Symbol Editors中元器件符号，或在编辑区的空白处双 击鼠标左键，出现“Symbo对话框，在“Libraries中选择所需元器件，或直接在“ Namtfc本框中输入元器件名称，如 74138 （ 3-8译码器），点击“0K按钮，将元 器件拖放到编辑区中。按照设计需要，使用 单线连接线”或总线连接线”将各器件的引脚连接起来。总线 的

5、命名采用数组形式，如out7.0，与总线相连的引脚也采用相同的数组形式命 名；若需从总线中引出单线时，须指出各单线对应的总线位号（双击线条即可命 名）。两根连接线，若名称相同，亦表示两线为连通状态。选择某一元器件，点击 元器件翻转工具”按钮，即可改变元器件引脚顺序及摆放方向。2.2.编译原理图原理图设计完成后，在编译模式下，点击 “ ？”按钮进行编译，编译无误将弹出编译 成功对话框；编译如有错误，请根据 调试信息”框中的错误提示修改原理图，直至 编译通过。生成成功后将弹出成功对话框。2.3 .生成自定义芯片原理图编译通过后，可根据用户需要，设计生成自定义芯片。打开“ Tools菜单，选择“Cr

6、eat Symbol For Current File菜单项（如图3-13所示，就可生成自己定义的芯 片，芯片的名称就是编译通过的原理图的名称。用户即可在“ Symbo对话框“Libraries文本框的“Projects单下找到自己设计的芯片3. 创建向量波形文件 当原理图编译完成后，需要新建波形文件，以便利用波形文件对前面完成的设计进 行仿真分析。本过程需要在 Simulate Mode （仿真模式）下进行。打开 新建”窗口，在“Other Files标签中选择“Vector waveform File，按下“OK按 钮，即可新建一个波形文件。波形文件编辑界面分为两个区域，左侧为节点编辑区，

7、右侧为波形仿真区;在左侧节点编辑区的空白处双击鼠标左键，弹出节点/总线插入”对话框，添加输入、输出节点；点击图中的“ Node Fin de按钮，将弹出“ Node Fin de窗口，。在该界面 “ Filte讣拉 菜单中选择“ Pi ns all :点击“ Star按钮后，在窗口的左半边的“ Node Fin de列拉表框中，将显示原理图中所有的输入、输出节点，可从中选择你所需要的节点，添加 到右侧的“Selected Node列表框中。被选中的节点信号将作为波形文件的输入输 出信号。点击“0K按钮，即可回到波形文件编辑界面。接下来，可在波形文件编辑界面右侧的波形仿真区中，按周期设置输入节点

8、信号的 初始值（周期长度可在菜单 TimeGrid Size中设置，）。设置初值的方法是：按 住鼠标左键，选中某节点信号的某个周期，从波形编辑器”中选择适当的值，即可完成初始值的设定，如所示。设定完毕，就可以单击运行仿真按钮进行波形仿真， 分析输入输出波形了。（五）74138、74244、74273的原理图与仿真图1.74138的原理图与仿真图3. 74244的原理图与仿真图二、实验2运算器组成实验（一）、实验目的1. 掌握算术逻辑运算单元（ALU ）的工作原理2. 熟悉简单运算器的数据传送通路。3. 验证4位运算器（74181）的组合功能。4. 按给定数据，完成几种指定的算术和逻辑运算（二）

9、、实验要求8位字长的ALU由2片74181构成。2片74273构成两个操作数寄存器 DR1和 DR2，用来保存参与运算的数据。DR1接ALU的A数据输入端口，DR2接ALU 的B数据输入端口，ALU的数据输出通过三态门74244发送到数据总线BUS7- BUSO上。参与运算的数据可通过一个三态门 74244输入到数据总线上，并可送到 DR1或DR2暂存。（三）、实验任务1 按所示实验电路，输入原理图，建立.bdf文件。（四）、实验原理图与仿真图分别向DR1和DR2置数10111101B、10001111B,然后利用ALU的直通功能，检 查DR1、DR2中是否保存了所置的数。其实验原理图如下：波

10、形图如下:三、实验3半导体存储器原理实验（一）、实验目的（1）熟悉静态随机存储器RAM和只读存储器ROM的工作特性和使用方法；（2）熟悉半导体存储器存储和读出数据的过程；（3）了解使用半导体存储器电路时的定时要求。（二）、实验要求利用Quartus U器件库提供的参数化存储单元，设计一个由 128X8位的RAM和 128X8位的ROK构成的存储器系统。请设计有关逻辑电路，要求仿真通过，并设计 波形文件，验证该存储器系统的存储与读出。（三）、实验原理图与仿真图ram内所存储的数据：rom内所存储的数据:* I- iJi-*-rn.f l <ISKU J !1UHJIJUi.BB1CfflO

11、IITI!*4mnn MBiam*其原理图如下:仿真图如下:14f i 互血： 1KA:ran! Lwtf t士叵芝巴叵手A三一A*< D ft VI; ia I laM ； sum :厂 i； fry i l lniH T ttiim四、实验4数据通路的组成与故障分析实验（一）、实验目的（1）将运算器模块与存储器模块进行连接；（2）进一步熟悉计算机的数据通路；（3）炼分析问题与解决问题的能力，学会在出现故障的情况下，独立分析故障现 象并排除故障。（二）、实验电路设计一实验电路图，把前面进行的运算器实验模块与存储器实验模块两部分电路连 接在一起。RAM和ROM的输出都可以送至寄存器 R1

12、和R2作为运算器的输入， 而运算器的结果可以送入 R3暂存，然后送入RAM的指定单元。整个电路总线结 构的形式自行设计。（三）、实验原理图与仿真图ram内所存储的数据：rom内所存储的数据:*I r*>1IdnowxrKMnWrrnrir i ri hri mm1 RlMMQiHF! WonniTii " 1WHIillVVIlli4VVIWWWWWinuui*原理图如下:五、本次实验总结及体会：这次实验，我从中学到很多重要的知识；同时也明白了很多道理。首先，在实验前我们应该先要对我们将要做的实验充分的了解，将原理弄懂，同时也要 熟悉我们实验所使用的软件的用法，这对我们都是至关重要的，并且会使我们在实验时节省很 多时间；然后，根据实验要求设计出总体方案，再根据方案进行实验。通过这次课程设计我懂 得了理论与实际相结合的重要性，只有把所学的