计算机组成原理实验报告

...wd...wd...wd福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：计算机科学与技术专业：计算机科学与技术年级：09级姓名：张文绮学号：091150022实验课程：计算机组成原理实验室号：___田405实验设备号：43实验时间：2021.12.19指导教师签字：成绩：实验一算术逻辑运算实验1．实验目的和要求1.熟悉简单运算器的数据传送通路；2.验证4位运算功能发生器功能(74LS181)的组合功能。2．实验原理实验中所用到的运算器数据通路如图1-1所示。其中运算器由两片74181以并/串形式构成8位字长的ALU。运算器的输出经过一个三态门(74245)和数据总线相连，运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器(74373)锁存，锁存器的输入连接至数据总线，数据开关INPUTDEVICE用来给出参与运算的数据，并经过一个三态门(74245)和数据总线相连，数据显示灯“BUSUNIT〞已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。图1-2中已将用户需要连接的控制信号用圆圈标明(其他实验一样，不再说明)，其中除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/RUNIT的相应时序信号引出端，因此，在进展实验时，只需将W/RUNIT的T4接至STATEUNIT的微动开关KK2的输出端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲，而S3，S2，S1，S0，Cn，LDDR1，LDDR2，ALU-B，SW-B各电平控制信号用SWITCHUNIT中的二进制数据开关来模拟，其中Cn，ALU-B，SW-B为低电平控制有效，LDDR1，LDDR2为高电平有效。3．主要仪器设备〔实验用的软硬件环境〕ZYE1603B计算机组成原理教学实验系统一台，排线假设干。4．操作方法与实验步骤1.按图1-2连接好实验线路，认真仔细对照接线图，查线无误后，接通电源。2.用输入单元的二进制数据开关向存放器DR1和DR2置数，数据开关的内容可以用与开关对应的指示灯来观察，灯亮表示开关量为“1”，灯灭表示开关量为“0首先使各个控制电平的初始状态为：CLR=1,LDDR1=0,LDDR2=0.ALU_G=1,SW_G=1,S3S2S1S0MCN=111111,并将控制台的单元的开关SP05打在“NORM〞状态，SP03打在“STEP〞状态，SP04打在“RUN〞状态。然后按下列图所示步骤进展。上面括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进展，其中T4的正脉冲使通过按动一次控制台单元的触动开关START来产生的。〔形成时钟脉冲信号T4，操作步骤如下:将控制台单元中的两个二进制开关“SP03〞设置为“STEP〞状态、“SP04〞设置“RUN〞状态，每按动一次触动开关START，那么T4输出一个单脉冲。〕置数完成以后，检验DR1和DR2中存的数是否正确，具体操作为：关闭数据输入三态门〔SW_G=1〕，翻开ALU输出三态门〔ALU_G=0〕，使ALU单元的输出结果进入总线。当设置S3、S2、S1、S0、M、CN的状态为111111时，DATABUS单元的指示灯显示DR1中的数；而设置成101011时，DATABUS单元的指示灯显示DR2中的数，然后将指示灯的显示值与输入的数据进展比照。3.验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能〔采用正逻辑〕74LS181的功能见表1-1，可以通过改变S3S2S1S0MCN的组合来实现不同的功能，表中“A〞和“B〞分别表示参与运算的两个数，“+〞表示逻辑或，“加〞表示算术求和。表1-174LS181功能表S3S2S1S0M=0〔算术运算〕M=1〔逻辑运算〕CN=1无进位CN=0有进位0000F=F=A加1F=0001F=F=〔〕加1F=0010F=F=〔〕加1F=0011F=0减1F=0F=0100F=加F=加加1F=0101F=〔〕加F=〔〕加加1F=0110F=减减1F=减F=0111F=减1F=F=1000F=加F=加加1F=1001F=加F=加加1F=1010F=〔〕加F=〔〕加加1F=1011F=减1F=F=1100F=加F=加加1F=11101F=〔〕加F=〔〕加加1F=1110F=〔〕加F=〔〕加加1F=1111F=减1F=F=通过前面的操作，我们已经向存放器DR1写入C1H，DR2写入43H，即A=C1H，B=43H。然后改变运算器的控制电平S3S2S1S0MCN的组合，观察运算器的输出，填入表1-2中，并和理论值进展比拟、验证74LS181的功能。5．实验内容及实验数据记录DR1DR2S3S2S1S0M=0〔算术运算〕M=1〔逻辑运算〕CN=1无进位CN=0有进位C1430000F=11000001F=11000010F=00111110C1430001F=00000100F=00000101F=11111011C1430010F=01111101F=01111110F=10000001C1430011F=0-1F=0F=0C1430100F=01000001F=01000010F=00111100C1430101F=10000100F=10000101F=10111100C1430110F=00000001F=00000010F=00111100C1430111F=01111111F=10000000F=10000000C1431000F=00000010F=00000011F=10000001C1431001F=00000100F=00000101F=00111100C1431010F=01111101F=01111111F=01000011C1431011F=01000000F=01000001F=01000001C1431100F=00000010F=00000011F=1C1431101F=11000101F=11000110F=01111101C1431110F=00111110F=00111111F=00000100C1431111F=11000000F=11000001F=110000016．实验数据处理与分析所得实验数据与74LS181功能表对应无误。所得结果正确。7．质疑、建议、问题讨论实验过程中经常会因为粗心把线接错，导致实验结果有误。实验过程中应该仔细认真的接线并进展检查，才能保证出错率最低。福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：计算机科学与技术专业：计算机科学与技术年级：09级姓名：张文绮学号：091150022实验课程：计算机组成原理实验室号：___田405实验设备号：43实验时间：2021.12.19指导教师签字：成绩：实验二存储器实验1．实验目的和要求1.掌握静态随机存储器RAM工作特性。2.掌握静态随机存储器RAM的数据读写方法。2．实验原理图1－9存储器实验原理图实验所用的半导体双端口静态存储器电路原理如图1－9所示，实验中的双端口静态存储器的左端口和右端口，它们分别具有各自独立的地址线〔A0－A9〕、数据线〔I/O0－I/O7〕和控制线〔R/W，CE，OE，BUSY〕。它的构造参考附录1中的7130构造图。在实验系统的大多数实验保，该芯片仅使用了右端口的数据线、地址线、控制线，使用方法与通用的单端口静态存储品一样；在做与流水相关的实验中同时用到了它的左、右端口地址由地址锁存器〔74LS273〕给出。地址灯L101——L108与地址总线相连，显示地址内容。输入单元的数据开关经一个三态门〔74LS245〕边至数据总线，分别给出地址和数据。地址总线为8位，接入IDT7130的地址AL7－AL0与AR0－AR7，将IDT7130的高两位AR8－AR9接地，所以其实际容量为256字节。IDT7130两个端口分有三个独立的控制线，如右边有：CER〔右端口片选线〕、OER〔右端口读线〕、R/WR〔右端口写线〕。本实验中将左、右端口的读线OER常接地，在此情况下，当CER＝0、R/WR＝0时进展右端口写操作，CER＝0、R/WR＝1时进展右端口读操作，其写时间与T3脉冲宽度一致。原理图中右端口的地址线AR8－AR9接地，其访问实际容量为256字节，同时由于左端口的写信号R/WR常接高电平，所以在端口的写功能被封锁了，故实验时输入数据从右端口写入，从左端口写读出。实验时，将T3脉冲接至实验板上时序电路模块的TS3相应插针中，其它电平控制信号由开关单元的二进制开关给出，其中SW_G为低电平有效，LDAR为高电平有效。3．主要仪器设备〔实验用的软硬件环境〕ZYE1603B计算机组成原理教学实验箱一台，排线假设干。4．操作方法与实验步骤1.形成时钟脉冲信号T3，具体接线方法和操作步骤如下：〔1〕将信号单元中的TS3和T3用排线相连。〔2〕将信号单元中的两个二进制开关“SP03〞设置为“STEP〞状态、“SPO4〞设置为“RUN〞状态〔当“SP03〞开关设置为“RUN〞状态、“SP04〞开关设置为“RUN〞状态时，每按动一次触动开关START，那么T3的输出为的方波信号。当“SP03〞开关设置为“STEP〞状态、“SP04〞开关设置为“RUN〞状态时，每按动一次触动开关START，那么T3输出一个单脉冲，其脉冲宽度与连续方式一样。〕2.按图1－10连接实验线路，仔细检查无误后接通电源。〔图路箭头表示需要接线的地方，接总线和控制信号时要注意上下位一一对应，可用彩排线的颜色来进展区分〕图1－10存储实验接线图3.从右端口给存储嚣的00、01、02、03、04地址单元中分别写入数据11、22、33、44、55、具体操作步骤如下：〔以向00号单元写入11为例〕首先使各种电平的初始状态为：SW－G＝1，CE＝1.PC－G＝1，WE＝1，LDAR＝0，CLR＝1－0－1，并将控制台单元的开关SP05打在“NORM〞状态，然后按下面框图所示步骤进展操作来完成数据的写入。图中方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进展，其中T3的正脉冲是通过按动一次控制台单元的触动开关START来产生的，而WE-R的负脉冲那么是通过让开关单元的WE开关做1->0->1的变化来产生。4.从做端口依次读出00，01，02，03，04号单元中的内容，在数据总线单元的指示灯上进展显示，观察上述各单元中的内容，是否与前面写入的一致。具体操作步骤如下：〔以从00号单元读出11数据为例〕其中地址存放器AR的值在地址总线单元的指示灯上显示，双端口RAM相应单元的值从左端口读出，在数据单元的指示灯上显示。5．实验内容及实验数据记录6．实验数据处理与分析所得实验数据与理论数据对应无误，所得结果正确福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：计算机科学与技术专业：计算机科学与技术年级：09级姓名：张文绮学号：091150022实验课程：计算机组成原理实验室号：___田405实验设备号：43实验时间：2021.12.22指导教师签字：成绩：实验三总线控制实验1．实验目的和要求1．理解总线的概念及其特性。2．掌握传输总线控制特性。2．实验原理总线是多个系统部件之间进展数据传送的公共通路，是构成计算机系统的骨架。借助总线连接，计算机在系统各部件之间传送地址、数据和控制信息的操作。因此，所谓总线就是指能为多个功能部件效劳的一组公用信息线。总线传输实验框图如图1-11所示，它将几种不同的设备挂至总线上，有存储器、输入设备、输出设备、存放器。这些都需要有三态输出控制，按照传输要求有序的控制它们，就可实现总线信息传输。数据总线图1-11总线示意图3．主要仪器设备ZYE1603B计算机组成原理教学实验箱一台，排线假设干。4．操作方法与实验步骤1．根据挂在总线上的几个根本部件，设计一个简单的流程：①输入设备将一个数写入地址存放器。②输入设备将另一个数写入到存储器的当前地址单元中。③将存储器当前地址单元中的数用LED数码管显示。2．按照图1-12实验接线图进展连线，仔细检查无误后，接通电源。〔图中箭头表示需要接线的地方，接总线和控制信号时要注意上下位一一对应，可用彩排线的颜色来进展区分〕图1-12总线控制实验接线图3．具体操作步骤图示如下：首先使各个控制电平的初始状态为：SW_G=1，CE=1，WE=1，LDAR=0，299_G〔LED_G〕=1，PC_G〔WE〕=1，CLR=l→0→1，并将控制台单元的开关SP05打在“NORM〞状态，然后按下列图所示步骤进展。图中方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进展，其中LDAR的正脉冲是通过让SWITCH单元的LDAR开关做0→1→0变化来产生的，而WE和PC_G〔WE〕的负脉冲那么是通过让SWITCH单元的WE和PC_G开关做1→0→1变化来产生的。完成上述操作后，在输出单元的数码管上观察结果。5．实验内容及实验数据记录翻开三态门，将数据00000001写入地址存放器；然后将数据11100111写入存储器RAM，再将RAM中的数据送到LED显示出来。显示的结果为E7.6．实验数据处理与分析数码管上的显示结果与输入的数据一样，实验值与理论值相符合。总线是多个部件之间进展数据传送的公共通路，是构成计算机系统的骨架。借助总线连接，计算机在系统各部件之间实现传送地址、数据和控制信息的操作。几种不同的设备挂至总线上，有存储器、输入设备、输出设备、存放器。这些设备通过三态输出控制，按照传输要求恰当有序的控制它们，从而实现总线信息传输。福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：计算机科学与技术专业：计算机科学与技术年级：09级姓名：张文绮学号：091150022实验课程：计算机组成原理实验室号：___田405实验设备号：43实验时间：2021.12.22指导教师签字：成绩：实验四微程序控制器实验1．实验目的和要求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，观察微程序的运行。2．实验原理实验所用的时序电路原理可以参考时序实验。由于时序电路的内部线路已经连好〔时序电路的CLR已接到实验板中下方的CLR清零开关上〕，所以只需将时序电路与方波信号源连接即可。1．微程序控制电路微程序控制器的组成见图5-1。其中控制存储器采用3片2816E2PR0M，具有掉电保护功能。微命令存放器18位，用两片8D触发器〔74LS273〕和一片4D〔74LS175〕触发器组成。微地址存放器6位，用三片上升沿触发的双D触发器〔74LS74〕组成，它们带有清“0〞端和置“1〞端。在不进展判别测试的情况下，T2时刻打入微地址存放器的内容即为下一条微指令地址。当T4时刻进展判别测试时，转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过强置端将某一触发器设置为“1〞状态，完成地址修改。在该实验电路中，在CONTROLUNIT有一个编程开关SP06，它具有三种状态：WRITE〔编程〕、READ〔校验〕、RUN〔运行〕。当处于“编程状态〞时，实验者可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器2816中。当处于“校验状态〞时，可以对写入控制存储器中的二进制代码进展验证，从而可以判断写入的二进制代码是否正确。当处于“运行状态〞时，只要给出微程序的入口微地址，那么可根据微程序流程图自动执行微程序。图中微地址存放器输出端增加了一组三态门74LS245，目的是隔离触发器的输出，增加抗干扰能力，并用来驱动微地址显示灯。2．微指令格式微指令字长24位，其控制位顺序如下：表5-1微指令构造图微程序控制信号A字段B字段P字段151413控制信号121110控制信号987控制信号000

000

000

001LDRI001RS_G001P1010LDDR1010RD_G010P2011LDDR2011RI_G011P3100LDIR100299_G100P4101LOAD101ALU_G101AR110LDAR110PC_G110LDPC图1-16微控制器实验原理图其中uA5一uA0为6位的后续微地址，A、B、P为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位。P字段中的Pl一P4是四个测试字位。其功能是根据机器指令及相应微代码进展译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行。AR为算术运算是否影响进位及判零标志控制位，其为零有效。B字段中的RS_G、RD_G、RI_G分别为源存放器选通信号、目的存放器选通信号及变址存放器选通信号，其功能是根据机器指令来进展三个工作存放器R0、R1及R2的选通译码。3．主要仪器设备〔实验用的软硬件环境〕ZY15Comp12BB计算机组成原理教学实验箱一台，排线假设干。4．操作方法与实验步骤1．图5-2为几条机器指令对应的参考微程序流程图，将全部微程序按微指令格式变成二进制代码，可得到表1-5的二进制代码表。表5-2微程序时序控制实验二进制代码表2．按图5-3连接实验线路，仔细检查无误后接通电源。〔图中箭头表示需要接线的地方，接控制信号时要注意各信号一一对应，可用彩排线的颜色来进展区分〕图1-14微程序流程图图5-3微控制器时序控制实验接线图3．观察微程序控制器的工作原理：〔1〕编程A．将CONTROLUNIT的编程开关SP06设置为WRITE〔编程〕状态。B．将实验板上“SIGNALUNIT〞中的“SP03”设置为“STEP〞，“SP04〞设置为“C．用SWITCHUNIT的二进制模拟开关设置微地址UA5—UA0。D．在MICROCONTROL单元的开关SM24—SM01上设置微代码，24位开关对应24位显示灯，开关量为“1”时灯亮，开关量为“0E．启动时序电路〔按动CONTROLUNIT的“START〞触动开关〕，即将微代码写入到E2PR0M28CF．重复C—E步骤，将表1-5的微代码写入28C16。〔2〕校验A．将CONTROLUNIT的编程开关SP06设置为READ〔校验〕状态。B．将实验板“SIGNALUNIT〞中的“SP03”开关设置为“STEP〞状态，“SP04”开关设置为C．用SWITCHUNIT的二进制开关设置要检验的微地址UA5—UA0。D．按动CONTROLUNIT的“START〞触动开关，