计算机组成原理实验报告

1、重庆理工大学计算机组成原理实 验 报 告学 号 _11503080109_姓 名 _张致远_专 业 _软件工程_学 院 _计算机科学与工程二0一 六 年 四 月 二十三实验一 基本运算器实验报告一、 实验名称基本运算器实验二、 完成学生： 张致远 班级115030801 学号11503080109三、 实验目的1了解运算器的组成结构。2掌握运算器的工作原理。四、 实验原理：两片74LS181 芯片以并/串形式构成的8位字长的运算器。右方为低4位运算芯片，左方为高4位运算芯片。低位芯片的进位输出端Cn+4与高位芯片的进位输入端Cn相连，使低4位运算产生的进位送进高4位。低位芯片的进位输入端Cn可

2、与外来进位相连，高位芯片的进位输出到外部。两个芯片的控制端S0S3 和M 各自相连，其控制电平按表2.6-1。为进行双操作数运算，运算器的两个数据输入端分别由两个数据暂存器DR1、DR2（用锁存器74LS273 实现）来锁存数据。要将内总线上的数据锁存到DR1 或DR2 中，则锁存器74LS273 的控制端LDDR1 或LDDR2 须为高电平。当T4 脉冲来到的时候，总线上的数据就被锁存进DR1 或DR2 中了。为控制运算器向内总线上输出运算结果，在其输出端连接了一个三态门（用74LS245 实现）。若要将运算结果输出到总线上，则要将三态门74LS245 的控制端ALU-B 置低电平。否则输出

3、高阻态。数据输入单元(实验板上印有INPUT DEVICE)用以给出参与运算的数据。其中，输入开关经过一个三态门（74LS245）和内总线相连，该三态门的控制信号为SW-B，取低电平时，开关上的数据则通过三态门而送入内总线中。总线数据显示灯（在BUS UNIT 单元中）已与内总线相连，用来显示内总线上的数据。控制信号中除T4 为脉冲信号，其它均为电平信号。由于实验电路中的时序信号均已连至“W/R UNIT”单元中的相应时序信号引出端，因此，需要将“W/R UNIT”单元中的T4 接至“STATE UNIT”单元中的微动开关KK2 的输出端。在进行实验时，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲。

4、S3、S2、 S1、S0 、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B 各电平控制信号则使用“SWITCHUNIT”单元中的二进制数据开关来模拟，其中Cn、ALU-B、SW-B 为低电平有效，LDDR1、LDDR2 为高电平有效。对于单总线数据通路，作实验时就要分时控制总线，即当向DR1、DR2 工作暂存器打入数据时，数据开关三态门打开，这时应保证运算器输出三态门关闭；同样，当运算器输出结果至总线时也应保证数据输入三态门是在关闭状态。运算结果表五、 实验步骤：1连接实验电路并检查无误。图中将用户需要连接的信号线用小圆圈标明（其它实验相同，不再说明）。2KK2设置为单拍，KK1和KK

5、3为运行。3. 开电源开关。4用输入开关向暂存器DR1 置数。拨动输入开关形成二进制数01100101（或其它数值）。（数据显示灯亮为0，灭为1）。使SWITCH UNIT 单元中的开关SW-B=0（打开数据输入三态门）、ALU-B=1（关闭ALU 输出三态门）、LDDR1=1、LDDR2=0。按动微动开关KK2，则将二进制数01100101 置入DR1 中。5用输入开关向暂存器DR2 置数。拨动输入开关形成二进制数10100111（或其它数值）。SW-B=0、ALU-B=1 保持不变，改变LDDR1、LDDR2，使LDDR1=0、LDDR2=1。按动微动开关KK2，则将二进制数1010011

6、1 置入DR2 中。6 该变运算器的功能设置观察输出。并将结果填入表中。六、 实验结果分析与心得通过本次实验了解运算器的组成结构（即输入逻辑、输出逻辑、算术逻辑单元），掌握运算器的工作原理（主要是加法器）。知道运算器的输出跟数据总线相连，同时两个输入端通过两个锁存器也与数据总线相连。同时，数据显示灯连接上数据总线，用来显示数据总线的内容。暂存器的作用也体现了出来（暂存中间结果），教材上的数据通路结构在此更是体现到了，各部件之间的信息传送通过内总线来完成。三态门的功能以及工作原理也比较清晰了。将这些知识组织起来，并亲手实践，在实践过程中，连线比较枯燥，刚开始连错了，造成重大失误，后来纠正后，一次

7、成功，这也说明了实验过程中的各个环节都是非常重要的。最终，将结果记录下来，完成了本次实验。本次实验，提高了我对组成原理实验的积极性，更教育了我实验要认真，要培养了我实验要认真，要严谨的态度，将课本知识运用到实践之中，也提高了对课程学习的热情。实验二 静态随机存储器实验报告七、 实验名称静态随机存储器实验八、 完成学生： 张致远 班级115030801 学号11503080109九、 实验内容1. 向存储器中指定的地址单元输入数据,地址先输入AR寄存器，再将数据送入总线后，存到指定的存储单元，观察数据在各部件上的显示结果。2. 从存储器中指定的地址单元读出数据, 地址先输入AR寄存器, 读出的数

8、据送入总线, 观察数据在各部件上的显示结果。十、 实验原理首先对实验中用到的位于MEM单元的SRAM（6116）做一个简单的说明：如图 2-1 所示。6116 有三个控制线：CS（片选线）、OE（读线）、WE（写线），其功能如表 2-1 所示，当片选有效（CS=0）时，OE=0 时进行读操作，WE=0 时进行写操作，本实验将 CS 常接地。图 2-1 SRAM 6116 引脚图表 2-1 SRAM 6116 功能表读写控制逻辑：由于存储器（MEM）最终是要挂接到 CPU 上，所以其还需要一个读写控制逻辑，使得 CPU能控制 MEM 的读写，实验中的读写控制逻辑如图 2-2 所示，图 2-2 读

9、写控制逻辑由于 T3 的参与，可以保证 MEM的写脉宽与 T3 一致。IOM 用来选择是对 I/O 还是对 MEM 进行读写操作，RD=1 时为读，WR=1 时为写。存储器数据线接至数据总线，数据总线上接有 8 个 LED 灯显示 D7D0 的内容。地址线接至地址总线，地址总线上接有 8 个 LED 灯显示 A7A0 的内容，地址和数据由相应的锁存器给出。实验时 T3 由时序单元给出，其余信号由 CON 单元的二进制开关模拟给出，其中 IOM 应为低（即 MEM 操作），RD、WR 高有效，MR 和 MW 低有效，LDAR 高有效。实验原理图如图 2-3 所示。图 2-3 存储器实验原理图十一

10、、 实验步骤1、 按照实验册连接好实验的电路。2、 将时序与操作台单元的开关 KK1、KK3 置为运行档、开关 KK2 置为单步档。3、 打开电源开关，如果听到有嘀报警声，说明有总线竞争现象，应立即关闭电源，重新检查接线，直到错误排除。4、 将 CON 单元的 IOR 开关置为 1（使 IN 单元无输出），给存储器的 00H、01H、02H、03H、04H 地址单元中分别写入数据 11H、12H、13H、14H、15H。对数据和地址的分时写入。写存储器的流程如图 2-5 所示（以向 00 地址单元写入 11H为例）：图 2-5 写存储器流程图十二、 实验结果能够实现将数据和和地址分时写入，通过

11、实验操作台上表示的地址和数据的LED显示可以判断出实验操作是否正确。十三、 实验结果分析实验最号的结果与预想的一致。在这个实验中容易出现了问题是将实验的数据线连接反了。如果线路连接出现了问题，可能会根本不操作不了。也有可能将实验用的数据或是地址值送错位置。这就会给实验带来实验误差。实验三 系统总线与总线接口实验报告一、 实验名称系统总线与实验接口二、 完成学生： 张致远 班级115030801 学号11503080109三、 实验内容1、 输入设备将一个数打入 R0 寄存器。2、 输入设备将另一个数打入地址寄存器。3、 将 R0 寄存器中的数写入到当前地址的存储器中。4、将当前地址的存储器中的

12、数用 LED 数码管显示。四、 实验原理存储器只是一个容器，最终还是需要挂接在外部总线上的，所以需要提供数据信号，地址信号和控制信号。这三种信号由所对应的总线所提供，地址的译码由地址总线A6、A7进行译码。通常我们在编写代码的时候遇到的RD WR IOM分别是什么会感到疑问，在这里就有解释，MEM和I/O接口都有读写操作，如何控制这个就靠IOM（置1选择I/O，置0选择MEM），RD=1时为读，WR=1时为写。图1 I/O地址译码原理图表1 I/O地址空间分配A7 A6选定地址空间00ICY000-3F01ICY140-7F10ICY280-BF11ICY3C0-FF五、 实验步骤1、需要将1

13、1H打入R0寄存器。在输入设备IN置00010001，根据之前表1，寄存器需要输入K7、K6置1，需要读取I/O口的内容，则WR RD IOM置0、1、1。LDAR是控制地址寄存器，不需要使用，置0，如此即可写入寄存器R0。2、R0的数据送到MEM首先要将数据总线上的数打入地址寄存器，LDAR需要使用置1，在输入单元置00000001，关闭R0输入输出，K6K7置01。需要读入输入设备内容，则WR、RD、IOM置0、1、1。接下来只要将R0写入MEM就行了，需要对R0输出，K6、K7置0、0。LDAR置0，需要对MEM进行写操作，所以WR、RD、IOM置1、0、0。3、MEM的数据送到R0首先

14、跟第二步一样，我们在01H单元已经有数据了，就使用01H单元的，将01H单元的数写入AR。要对R0寄存器进行写操作，则K6、K7置1、1。需要从MEM进行读操作，则WR、RD、IOM置0、1、0。LDAR置0。则完成MEM写入RO。4、将R0的数据送到out要在LED数码管显示其实就是要对out单元写入。WR、RD、IOM置1、0、1，R0需要输出，则K7置0，K6置0。没有用到地址寄存器，LDAR置0。即可显示在LED上。六、 实验结果在前面R0寄存器，以及MEM写入中并未有明显直观现象，若想确认其中数据是否正确，可以多用几次将R0写入OUT单元。七、 实验结果分析OUT单元正确显示，与预想

15、一样，无明显误差。实验四 微程序控制器实验报告一、 实验名称微程序控制二、 完成学生： 张致远 班级115030801 学号11503080109三、 实验内容设计以下机器指令的微程序，如表1所示：四、 表1 机器指令的微程序助记符机器指令码说明IN0010 0000IN R0ADD0000 0000R0 + R0R0OUT0011 0000R0OUTHLT0101 0000停机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。五、 实验原理微程序控制器的基本任务

16、是完成当前指令的翻译和执行，它用微指令来控制各部件动作的微命令的集合进行编码。用一个微指令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，称为控制存储器。控制器是严格按照系统时序来工作的，因而时序控制对于控制器的设计是非常重要的，本实验所用的时序由时序单元来提供，分为四拍 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是读入的片选信号，WD、RD、IOM是读写的控制信号，S3S0是指令译码电路得到的指令，指令译码原理图如图1所示；A、B、C对应表3的字段，MA5-MA0为下一条指令的地址。根据格式，填入所需

17、操作的操作码。图 1 指令译码原理图根据操作，将指令转换为十六进制的指令，就可以写在纯文本中，然后打开CMA软件，点击【转储】【装载】，然后单步调试，观察界面数据流的变化。六、 实验步骤1画出微程序流程图画微程序流程图是机器指令系统设计的第一步。图 2 微程序流程图将全部微程序按微指令格式变成二进制微代码，得到二进制代码表，如表4所示。表4 二进制微代码表地址高五位S3-S0A 字段B 字段C 字段MA5-MA0十六进制0000000000000000000000000100 00 010100000000011100000111000000 70 7030000000000001010000

18、000100001404040000000000100100000001010024050500000100101100100000000104B201320000000000110000000000011830013300000000000000000000000128000135000000000000000000000001000001连接好实验线路，仔细查线无误后接通电源。如果有滴报警声，说明总线有竞争现象，应关闭电源，检查接线，直到错误排除。2. 对微控器进行读写操作，分两种情况：手动读写和联机读写。1) 手动读写(1) 手动对微控器进行编程（写） 将时序与操作台单元的开关 KK1

19、置为停止档，KK3 置为编程档，KK4 置为控存档，KK5 置为置数档。 使用 CON 单元的 SD05SD00 给出微地址，IN 单元给出低 8 位应写入的数据，连续两次按动时序与操作台的开关 ST，将 IN 单元的数据写到该单元的低 8 位。 将时序与操作台单元的开关 KK5 置为加 1档。 IN 单元给出中 8 位应写入的数据，连续两次按动时序与操作台的开关 ST，将 IN 单元的数据写到该单元的中 8 位。IN 单元给出高 8 位应写入的数据，连续两次按动时序与操作台的开关 ST，将 IN 单元的数据写到该单元的高 8 位。 重复、四步，将表 4 的微代码写入 2816 芯片中。(2) 手动对微控器进行校验（读） 将时序与操作台单元的开关 KK1 置为停止档，KK3 置为校验档，KK4 置为控存档，KK5 置为置数档。 使用 CON 单元的 SD05SD00 给出微地址，连续两次按动时序与操作台的开关 ST，MC 单元的指数据指示灯 M7M0 显示该单元的低 8 位。 将时序与操作台单元的开关 KK5 置为加 1档。 连续两次按动时序与操作台的开关 ST，MC 单元的指数据指示灯 M15M8 显示该单元的中 8 位，MC 单元的指数据指示灯 M23M16 显示该单元的高 8 位。 重复