计算机组成原理第二次实验报告

1、计算机组成原理实验报告专业班级：姓名：机器号：学号：E-mail:指导教师：总 成绩：分步成绩：出勤：实验表现实验报告：实验三运算器及移位实验一、实验目的1、 了解运算器模块如何连接以及数据通路；2、 通过实际设置控制信号、给出ALU的输入端数据、观察运算结果，领会课堂教学中关于 ALU的功能特性；3、 认识一种较新的设计实现 ALU功能的方法一一用CPLD实现运算器。4、 掌握作为运算器核心器件的ALU，其输出连入数据总线前常见处理方法一一COP2000实验仪中使用了三种输出结果数据的方法一一直通输出D、左移输出L、右移输出R。、实验原理COP2000模型机中的8位ALU由一片CPLD（ X

2、C9572）实现。有8种运算类型：加、减、与、或、进位加、进位减、A取反、A输出运算，通过控制信号S2、S1、SO来选择。运算数据由累加器 A及寄存器W给出， 运算结果输出到 D，L，R。具体结构如下图。数据总线R4-R1ALU原理图D将运算器的结果不移位送总线，右移移位器由3个8位寄存器组成，能实现直通、左移、右移。直通门< ALVT'、AL 口.LU<:;,LUJ <；AL门 、，ALL< ALt;i,' ALVODOET開Lh BUSfi Daui? BUSJ DflUS?DBt'S，、 BfW ' ：AL匸直接输岀和零标志位产生原

3、理图< alUI:_) j<AUH> 4HCM!L_c-OBCS7k wife ><"5BUn > r 口缸整:' _DBUS： . K DBUIi > K lrtbw >门R将运算器的 结果右移一位送 总线，左移门L 将运算器的结果 左移一位送总 线。用控制信号 CN决定运算器 是否带进位移 位。4H<?45ALL：左移输出愿里图4HCOB< Aun >< ALU6 ?>< ALUJ _> . Attn、-< ALV1 >11 “V1« :1* '；13:

4、：2E牡 ；4HC2J：sCDEHJ57 -DBUS6 CFl：ZC Sb usZ:DBUSjDBL37 -DEL S IALU右移输出原理图三、实验内容1、运算器实验按照下表连线连接信号孔接入连接信号孔接入1J1座J3座5AENK32S0K06WENK43S1K17CyINK54S2K28ALUCKCLOCK注：CylN为运算器进位输入(1)将运算数据输入 A、W中将XXH写入A寄存器：拨设置开关K23 K16，使其为A寄存器要输入的数据K23K22K21K20K19K18K17K1600000100置控制信号，使DBUS数据送入A寄存器中K5K4（ WEN）K3 （AEN）K2 （S2）K

5、1 （S1）K0（ S0）(CyIN)110111按住CLOCK脉冲键，CLOCK由高变低，这时寄存器A的黄色指示灯亮，表示选择寄存器 A。放开CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据XXH被写入寄存器 A。将XXH写入 W寄存器拨设置开关K23 K16，使其为A寄存器要输入的数据：K23K22K21K20K19K18K17K1600000010置控制信号,使DBUS数据送入 W寄存器中K5（ CylN）K4（ WEN）K3 （KAEN）K2 （S2）K1 （S1）K0（ S0）101111按住CLOCK脉冲键，CLOCK由高变低,这时寄存器 W的黄色指示灯亮，表示选择寄存器 W

6、。放开CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据XXH被写入寄存器 W。(2)置控制信号，填写运算结果。K5（CylN）K2（S2）K1（S1）K0（S0）结果(直通门D)注释000006加运算000102减运算001006或运算001100与运算010006带进位加运算110007带进位加运算010102带进位减运算110101带进位减运算0110FB取反运算011104输出A2、移位实验按照下表连线连接信号孔接入1J1座谈J3座2AENK03CNK14CylNK25S2K36S1K47S0K58ALUCKCLOCK注：CylN为移位进位输入(1)将数据写入A寄存器K23K22K

7、21K20K19K18K17K1600000010置控制信号为K0 （AEN）K3 （S2）K4 （S1）K5（ S0）0111注：S21S1S0=111时，运算器输出为寄存器 A的内容。(2)将A中数据进行三种方式操作，并写出结果CNCyINLDR0X0402011004020111050281实验四存储器实验一、实验目的1、 掌握静态随机存储器的工作原理；2、 通过对6116SRAM芯片的实验体会存储芯片读写信号的作用；3、 了解COP2000实验仪中内存模块地址的两个来源，学会给出地址并按地址向相应的EM单元中写入数据的方法；4、掌握由EM读出数据打入指令寄存器 IR和uPC的方法；二、

8、实验原理44CUAB攻； AK39AK引< AB；y<CABrsa< AO7A A i A丄JL丄丄AJA1A2A3A4X;!AeArAi朋扣-GEStIfc -nJ Jm-3 DT* *# .7 - n H 3-XDIMAlA2AjAXAJ理AT-Egaw* 曲-TJ B B- BiC DBl£< DBUSl DBl：C DHU55 )CDBLSt(DBUS-:flu 1a 3 4 5 (M WJI< mesa >t.sT<E5F>-. ml ->EM原理图内存中存放指令和数据 ，当内存存放指令时，将指令送指令总线；当内存存放数

9、据时，将数据送数据总 线。存储器实验电路由一片 RAM6116和二片74HC245组成。6116是2K*8bit的SRAM，A0 A10是存储器的地址线，本实验电路中，只使用8条地址线A0 A7，而 A8 A10接地。DO D7是存储器的数据线。E是存储器的片选信号，当E为低电平时，存储器被选中，可以进 行读写操作；当E为高电平时，存储器未被选中；本实验中E始终接地。W为写命令，W为低电平时，是写操 作；G为读命令，G为低电平时，是读操作。RAM的数据输出通过 74HC245与数据总线相连，RAM的地址线与地址总线相连，可选择由PC或MAR 提供地址。RAM的数据输出直接接到指令总线 IBUS

10、上。指令总线的数据还可以由 1片74HC245提供，当 ICOE=0时，74HC245输出中断指令 B8。三、实验内容按下表连接线连接信号孔接入孔连接信号孔接入孔1J2J37EMRDK12IRENK68EMWRK03PCOEK59PCCKCLOCK4MAROEK410MARCKCLOCK5MARENK311EMCKCLOCK6EMENK212IRCKCLOCK1、置PC/MAR输出地址选择的控制信号K5（ PCOE）K4（ MAROE）地址总线红色地址输出指示灯01PC输出地址PC地址输出指示灯亮10MAR输出地址MAR地址输出指示灯亮11地址总线浮空00错误，PC及MAR同时输出2、存储器E

11、M写实验（以下存储器实验均由 MAR提供地址）（1）将地址0写入MAR :将二进制开关K23 K16 置为 00000000，即 DBUS7 :0的数据输入为00HK23K22K21K20K19K18K17K1600 0 0000 0设置控制信号：K6K5K4K3K2K1K0（IREN）（PCOE）（ MAROE）（MAREN）（EMEN）（EMRD）（ EMWR）11 101 11按CLOCK键，将地址0写入MAR向EM0中写入一个数据置数据K23K22K21K20K19K18K17K1600 0 0001 0置控制信号：K6K5K4K3K2K1K0（IREN）（PCOE）（MAROE）（M

12、AREN）（EMEN）（EMRD）（ EMWR）11 0101 0按CLOCK键，将数据XXH写入EM0（2）将地址1写入MAR :将二进制开关 K23 K16置为00000001，即 DBUS7 :0的数据输入为01HK23K22K21K20K19K18K17K1600000001设置控制信号K6K5K4K3K2K1K0（IREN）（PCOE）（MAROE）（MAREN）（EMEN）（EMRD）（EMWR）1110111按CLOCK键，将地址1写入MAR向EM1中写入一个数据置数据K23K22K21K20K19K18K17K1600000100置控制信号K6K5K4K3K2K1K0（IREN

13、）（PCOE）（MAROE）（MAREN）（EMEN）（EMRD）（EMWR）1101010按CLOCK键，将数据XXH写入EM0可以重复若干次，向多个EM单元写入多个不同的数据 。3、存储器EM读实验（1）将地址0写入MAR :将二进制开关 K23 K16置为00000000，即DBUS7 : 0的数据输入为 00HK23K22K21K20K19K18K17K1600000000置控制信号：K6K5K4K3K2K1K0(IREN)(PCOE)(MAROE)(MAREN)(EMEN)(EMRD)(EMWR)1110111按CLOCK键，将地址0写入MAR读 EM0:置控制信号为：K6K5K4K

14、3K2K1K0(IREN)(PCOE)(MAROE)(MAREN )(EMEN)(EMRD)(EMWR)1101001EM0读岀值是02(2)将地址1写入MAR :将二进制开关K23 K16 置为 00000001 ,即 DBUS7 : 0的数据输入为 01HK23K22K21K20K19K18K17K1600000001置控制信号:K6K5K4K3K2K1K0(IREN)(PCOE)(MAROE)(MAREN)(EMEN)(EMRD)(EMWR)1110111按CLOCK键，将地址1写入MAR读 EM1:置控制信号为：K6K5K4K3K2K1K0（IREN）（PCOE）（MAROE）（MAR

15、EN）（EMEN）（EMRD）（EMWR）1101001EM1读出值是 4可以重复若干次，读出多个单元中的数据4、存储器打入IR/uPC实验COP2000中直接用EM中读出的内容作为 uM地址，故需具备EM内容打入uPC的功能。（1）将地址0写入MAR将二进制开关 K23 K16置为00000000，即DBUS7 : 0的数据输入为 00HK23K22K21K20K19K18K17K1600000000置控制信号K6K5K4K3K2K1K0（IREN）（PCOE）（MAROE）（MAREN）（EMEN）（EMRD）（EMWR）1110111按CLOCK键，将地址0写入MAR（2）读EMO,并写

16、入IR及uPC置控制信号K6K5K4K3K2K1K0（IREN）（PCOE）（MAROE）（MAREN）（EMEN）（EMRD）（EMWR）0101001EM0读出值是2按 CLOCK键，将 EM0写入 IR及 uPC, IR = _02, uPC =00四、思考题运算器1、 运算器在加上控制信号及数据（A、W）后，运算结果是否需 CLOCK跳变才能给出？答：不需要，结果会直接给出。2、S2、S1、SO控制信号的作用。答：通过控制信号S2、S1、SO来选择ALU的运算类型。具体运算选择如下：S2 S1 SO功能0 0 0 A+W力口0 0 1 A W减010 A|W或011A&W与10

17、0A+W+C进位加101A W+C进位减1 1 0 A取反1 1 1 A输出3、在移位实验中，CN是什么控制信号？答：CN是判断移位是否带进位的信号，CN=0表示不带进位，CN=1表示带进位。4、 移位与输出门是否打开无关，无论运算器结果如何，移位门都会给出移位结果。但究竟把哪一个结果送数 据总线由哪些控制信号决定 ？答：由DOE，LOE, ROE控制信号决定。5、直通门D、左移门L和右移门R的输出结果是否总是同时给出 ？为什么？答：输出结果是同时给出的，都是由CLOCK上升沿控制。存储器1、 详细了解EM原理图，说明6116的三个控制端的连接方法的含义；写使能与读使能的区别。答：（1）E是存

18、储器的片选信号，当E为低电平时，存储器被选中，可以进行读写操作；当E为高电平时，存 储器未被选中；本实验中E始终接地，所以该存储器一直被选中，可以使用。G为读命令，G为低电平时，是读操作，EMRD信号作为G的输入，因此当EMRD为低电平时，存储器进 行读操作。W为写命令，W为低电平时，是写操作。EMWR和CK经或门后的输出作为 W的输入，因此只有当EMWR 为低电平，并且时钟脉冲到来时，在时钟脉冲的下降沿，W为低电平，将数据写入存储器。（2）写使能有效时是将数据写入到存储器中，而读使能有效时是将数据从存储器送出到数据总线上。2、 观察EM地址的来源，EM的地址什么时候由 PC提供，什么时候由MAR提供；答：控制信号不同会导致 EM地址来源不同：PCOE为0, MAROE为1时，EM的地址由PC提供；PCOE为1， MAROE为0时，EM的地址由 MAR提供。3、 存储器进行读操作时，如果将EMRD置为1，能读出原来的写入数据吗 ？读EM单元内容需要CLK跳变吗？ 答：如果将EMRD置为1，不能读出原来的写入数据，因为读使能为低电平有效。读EM单元内容不需要 CLK 跳变，因为EM的G端的信号是直接由 EMRD提供的。4、 同时