组成原理实验报告

关于实验报告的说明（一） 对教师和学生的基本要求1、 加实验的学生需提交实验报告，一次实验写一个实验报告。实验报告要求字迹工整，文字简练，数据齐全，图表规范，计算正确，分析充分、具体、定量。2、 教师应根据学生在实验中和在实验报告书写中反映出来的认真程度、实验效果、理解深度、独立工作能力、科学态度等给予出恰当的评语，并指出实验报告中的不妥之处，然后依照评分细则，采用100分制评出成绩并签名和评定日期。如学生抄袭或缺交实验报告达该课程全学期实验报告总次数三分之一以上，不得同意其参加本课程的考核。3、 学期结束后任课教师要及时收交学生实验报告，并按要求给出学生实验报告成绩册和学生实验报告上交到系办公室。（二） 内容填写要求1、 实验项目名称：要用最简练的语言反映实验的内容。2、 实验目的和要求：目的和要求要明确，在理论上验证定理、公式、算法，并使实验者获得深刻和系统的理解，在实践上，掌握使用实验设备的技能技巧和程序的调试方法。3、 实验内容及步骤：这是实验报告极其重要的内容。要抓住重点，可以从理论和实践两个方面考虑。只写主要操作步骤，不要照抄实习指导，要简明扼要。还应该画出实验流程图，再配以相应的文字说明，这样既可以节省许多文字说明，又能使实验报告简明扼要，清楚明白。4、 实验结果：根据实验目的将原始资料系统化、条理化，用准确的专业术语客观地描述实验现象和结果，要有时间顺序以及各项指标在时间上的关系。5、 实验总结：根据相关的理论知识对所得到的实验结果进行解释和分析和总结。也可以写一些本次实验的心得以及提出一些问题或建议。

实验报告（_）课程名称计算机组成原理实验日期实验项目名称CPTH集成开发环境及实验仪的使用实验地点组成原理实验室实验类型”验证型 口设计型口综合型学时2一、实验目的及要求（本实验所涉及并要求掌握的知识点）1、 搭建并操作一个最基本的模型计算机。2、 建立对计算机组成及其原理的基本认识。3、 了解集成开发环境及实验仪的使用。二、实验环境（本实验所使用的硬件设备和相关软件）1、 CPYH计算机组成原理与系统结构实验仪2、 PC微机一台。三、实验内容及步骤1、 了解CPTH系统。了解CPTH系统的硬件结构，熟悉各个功能部件的布局。2、 实验仪键盘的使用。掌握室验仪键盘的使用，利用室验仪键盘完成测试实验。3、 CPTH集成开发环境使用。掌握CPTH集成开发软件的使用方法。四、实验结果（本实验源程序清单及运行结果或实验结论、实验设计图）本节实验的内容是认识DJ-CPTH模型机。试验用模型机为8位机，试验箱左侧的寄存器分布：中断向量寄存器IA、堆栈寄存器ST、程序计数器PC、地址寄存器MAR、输入门IN、输出寄存器OUT、存储器EM、微指令计数器uPC、指令寄存器IR、微存储器uEM,左下端有24个控制输入开关，最左端是数据/地址总线接口、扩展单元和组合逻辑控制单元；试验箱右侧的寄存器分布：左移门》直通门D、右移门R、存储器R、R1、R、R3、寄存器A、寄存器W；试验箱左下角为试验用小键盘，可以通过手动输入数据。3各个寄存器之间通过DUBS、IBUS总线连接，键盘输入的数据则需要通过连接J1、J3或J2、J3送到寄存器中J1、J2相连则可以连通左右两个打的部分。另外，还练习了小键盘的使用：其中有0-F共16个十六进制输入键，还有八个功能键，TV/ME用于切换显示屏内容的四个主菜单，LAST、NEXT键可以向前或向后翻页。通过小键盘可以观察、修改内部寄存器、微程序存储器和程序存储器的内容。比如：1、 按TV键选择EM，通过NX或LS选择DB，修改EM地址中的数据，如通过0—F、STEP和NX键可以修改EM各个单元中的内容2、 输入完成后按RST复位，同时PC，uPC输出相应值，uEM输出微程序。3、 每按一下STEP键完成一个时钟，PC自动加1。DJ—CPTH计算机组成原理调试软件使用：图一是软件的快捷控制按钮图二为硬件的相应程序图图一图二首先连接通信端口，将计算机和试验仪连接起来。当要进行验证时编写汇编代码，通过菜单栏的汇编下载将汇编程序装载到系统中，然后通过单步或跟踪可以跟踪程序的执行过程。五、实验总结（对本实验结果进行分析，实验心得体会及改进意见）本节实验要求我们熟悉试验仪的各个模块和它的功能，通过实验，浅显的理解了计算机内部各个部件的功能，各个寄存器的连接方式和数据流通方式。实验过程中出现了一系列问题，如键盘输入数据时，不能输入到EM的第一个以后的单元中去，原因在于没能调整成手动模式、没用NX调整到下一个地址等。一系列的问题都在于对试验仪的不熟悉，相信通过以后的实验，能充分掌握试验仪各个部件之间的关系，对实验将有很大的帮助。实验评语实验成绩指导教师签名： 2011年5月19日实验报告（二）课程名称计算机组成原理实验日期实验项目名称模块实验（一）寄存器、运算器实验地点组成原理实验室实验类型”验证型 口设计型口综合型学时2一、 实验目的及要求（本实验所涉及并要求掌握的知识点）1、 了解模型机中A,W寄存器结构、工作原理及其控制方法。2、 了解模型机中寄存器组R0..R3结构、工作原理及其控制方法。3、 了解模型机中地址寄存器MAR，堆栈寄存器ST，输出寄存器OUT寄存器结构、工作原理及其控制方法。4、 了解模型机中算术、逻辑运算单元的控制方法。二、 实验环境（本实验所使用的硬件设备和相关软件）1、 CPYH计算机组成原理与系统结构实验仪2、 PC微机一台。三、实验内容及步骤1、 利用DJCPTH16实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，将数据写入寄存器A，W。2、 利用DJCPTH16实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，对数据寄存器组R0..R3进行读写。3、 利用DJCPTH16实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，将数据写入地址寄存器MAR，堆栈寄存器ST，输出寄存器OUT。4、利用DJCPTH16实验仪的K16..K23开关做为DBUS数据，其它开关做为控制信号，将数据写累加器A和工作寄存器W，并用开关控制ALU的运算方式，实现运算器的功能。连接J1、J3，按TV/ME键三次，进入“HAND……”手动状态，K23—K16作为数据输入控制端1、 将AEN，WEN（均为低电平有效）分别和K3,K4连接，如果想把数据12通过小键盘写入A寄存器，则应该AEN相连的开关K3置为0，与WEN相连的开关K4置为1，同时将K23—K16置为00010100o将数据写入W寄存器时，控制信号则为：K3为1、K4为0。2、 R0—R3寄存器的写入和读出和RRD，RWR，SB，SA等有关，其中RRD控制写入，RWR控制读出，SA，SB控制选择R0—R3中的某一个，将SB、SA、RRD、RWR分别与K0、K1、K11、K10相连，若选择写入则RWR为0,RRD为1，选择写入R0贝0SBSA=00，写入R1贝0SBSA=01，写入R2则SBSA=10写入R3则SBSA=11，写入和读出和A，W寄存器类似。3、 连接J2、J3，将MAROE，MAREN，STEN，OUTEN与控制端相连，其中MAROE为MAR地址输出使能，MAREN为MAR寄存器写使能，STEN为ST寄存器写使能，OUTEN为OUT寄存器写使能，它们均为低电平有效。比如要将数据写入MAREN，MAROE和MAREN都置为0，STEN，OUTEN为1，通过K23—K16输入数据到MAR寄存器，同理将数据写入STEN，则STEN为0，其他三个为1，其他类似。4、 模型机中算术、逻辑运算单元的控制方法是通过S0、S1、S2来实现的，通过译码器，选择不同的算术运算或逻辑运算。S2—S0的不同组合有不同运算方式。计算时先将数据写入A和W寄存器中，用S0—S2控制运算类型，其中A和W寄存器的使用和前面一样，S2—S0与其他的功能部件也类似。五、实验总结（对本实验结果进行分析，实验心得体会及改进意见）~~通过本次试验，我掌握了对寄存器的读、写和控制的方法，了解了计算机中数据运算的实现方法，同时也知道了MAR、ST、OUT的功能。本次试验收获最大的是学会了使用模型机进行一些简单的算术和逻辑运算，并且能够将数据从ST堆栈寄存器和MAR地址寄存器中读出和写入。实验过程中的数据是通过K23—K16来控制的，这也考查了对BCD码的掌握情况。实验评语实验成绩指导教师签名： 2011年5月21日实验报告（三）课程名称计算机组成原理实验日期实验项目名称模块实验（二）数据输入输出、uPC、PC实验地点组成原理实验室实验类型”验证型 口设计型口综合型学时2一、实验目的及要求（本实验所涉及并要求掌握的知识点）1、 了解模型机中多寄存器接数据总线的实现原理。2、 了解模型机中微程序的基本概念。3、 了解uPC的结构、工作原理及其控制方法。4、 了解模型机中程序计数器PC的工作原理及其控制方法。5、 了解程序执行过程中跳转指令的实现方法。二、实验环境（本实验所使用的硬件设备和相关软件）1、 CPYH计算机组成原理与系统结构实验仪2、 PC微机一台。三、实验内容及步骤1、 利用DJCPTH16实验仪的开关做为控制信号，将指定寄存器的内容读到数据总线DBUS上。2、 利用DJCPTH16实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，实现微程序计数器uPC的写入，和加1功能。3、 利用DJCPTH16实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，实现程序计数器PC的写入及加1功能。1、 在模型机右侧，有三个控制端，X2、XI、X0，将它们与控制信号相连，通过它们的高低电平不同，可以选中不同的寄存器，把数据送到数据总线DBUS上。例如：当X2X1X0=001时，选中IA，即可以将IA中的数据送到数据总线上;当X2X1X0=010时，选中ST，即可以将ST中的数据送到数据总线上；当X2X1X0=011时，选中PC；当X2X1X0=100时，选中D直通门；当X2X1X0=101时，选中R右移门；其他类似。2、 将K16...K23分别和数据总线D0...D7相连，通过K16...K23的电平变化，作为D0...D7的数据输入端。J2和J3相连，实验模式为于动，IREN连K0，EMEN连K1，EMWR连K2，EMRD连K3，K0.K3均为高电平，按下STEP键，CK产生一个上升沿，数据uPC被加一。K3为高电平，K0.K2为低电平，控制K16.K23，输入不同的数据，按住STEP脉冲键，CK由高变低，这是寄存器uPC的黄色预置指示灯亮，表明uPC被预置。放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据被写入uPC中。3、 将K16.K23分别和数据总线D0.D7相连，作为D0.D7的数据输入端。K5连PCOE，K0连ELP，并置数K5=0、K0=1，按一次STEP脉冲键，CK产生一个上升沿，数据PC被加一；IR3连K4、IR2连K3、JRZ连K2、JRC连K1、ELP连K0；通过控制K16.K23的值，可以输送不同的数据到PC，即PC打入成功。4、 由2、3试验可知，通过对PC进行预置，可以实现跳转功能，即可以通过程序执行过程中对PC的值进行改变，可以实现跳转。五、实验总结（对本实验结果进行分析，实验心得体会及改进意见）本节实验主要练习的是数据和DBUS的信息交换，通过各个寄存器的控制端，可以使DBUS数据线中的值输入到不同的寄存器中，也可以将寄存器中的值送到DUBS中，达到数据交换的目的。另外，通过本次试验，我掌握了如何通过控制信号控制不同寄存器进行数据预置、读写操作。实验评语实验成绩指导教师签名： 2011年5月26日实验报告（四）课程名称计算机组成原理实验日期实验项目名称模块实验（三）EM、uM、中断实验地点组成原理实验室实验类型”验证型 口设计型口综合型学时2一、实验目的及要求（本实验所涉及并要求掌握的知识点）1、 了解模型机中程序存储器EM的工作原理及控制方法。2、 了解模型机中IR指令寄存器/uPC的打入方法了解模型机中微程序的基本概念。3、 了解微程序控制方式模型机的基本工作原理。4、 了解微程序存储器uM的控制方法。5、 了解模型机的中断功能的工作原理及中断过程中，申请、响应、处理、返回各阶段时序。二、实验环境（本实验所使用的硬件设备和相关软件）1、 CPYH计算机组成原理与系统结构实验仪2、 PC微机一台。三、实验内容及步骤1、 利用DJCPTH16实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，实现程序存储器EM的读写操作。并将存储器EM读出的值打入IR指令寄存器/uPC实验。2、 利用DJCPTH16实验仪上的开关做为控制信号，实现微程序存储器uM的输出功能。3、利用DJCPTH16实验仪上的开关做控制信号，实现中断功能。1、存储器EM由一片6116RAM构成，是用户存放程序和数据的地方。存储器EM通过一片74HC245与数据总线相连。存储器EM的地址可选择由PC或MAR提供。它的数据输出直接接到指令总线IBUS，指令总线的数据还可以来自一片74HC245。当ICOE为0时，这片74HC245输出中断指令B8。J2与J3相连，实验模式为于动。K6...K0分别与IREN、PCOE、MAROE、MAREN、EMEN、EMRD、EMWR相连并作为控制信号，将数据11H送到EM【0】单元的步骤为：（1）K23...K16作为数据输入端。数据信号K16.K23全为0，控制信号K6.K0中，K3为0，其他为1，按下STEP键，可以将00输入到MAR，（2）数据信号K20与K17为0，其他为1，控制信号K6.K0中，K0、K4为0，其他为1，按下STEP键，就可以将数11H送到EM【0】单元；将存储器EM读出的值打入IR指令寄存器/uPC的步骤为：（1）将00号地址写入MAR，（2）控制信号中，K6、K4、K1为0，其他为1按下STEP键，就可以将EM【0】写入IR及uPC，IR=11H，uPC=10H。2、存储器uM由三片6116RAM构成，共24为微指令，采用水平型微指令格式。存储器的地址有uPC提供，片选信号恒为低，写信号恒为高。存储器uM始终输出uPC制定地址单元的内容。实验步骤：J2与J3相连，实验模式为于动，K0连IREN，控制信号K0为1，uM输出uM【0】的数据，按一次STEP键，CK产生一个上升沿，数据uPC被加1。uM输出uM【1】的数据，按一次STEPCK产生一个上升沿，数据uPC被1。uM输出eM【2】的数据。3、K0连IREN，K1连EINT，置控制信号K1=1，K0=0，短路块选择端JINT只想RG侧，按RG产生中断请求，此时黄色REQ指示灯亮，同时B8输出红色指示灯。按STEP脉冲键，此时取指脉冲，黄色ACK指示灯亮；置控制信号为K1=0，K1=1，REQ、ACK灯灭。五、实验总结（对本实验结果进行分析，实验心得体会及改进意见）—本节实验练习了存储器EM实验、微程序存储器uM实验和中断实验，通过本节的实验，我掌握了如何将存储器EM读出的值打入IR指令寄存器/uPC、如何实现微程序存储器uM的输出功能以及如何实现中断功能。通过本节实验，我明白了，在实现某个功能时，重点是对控制信号号的选择，只有选择合适的控制信号，才能完成对应的功能，我相信这对以后的实验将会有很大帮助。实验评语实验成绩 指导教师签名： 2011年5月28日

课程名称计算机组成原理实验日期实验项目名称整机实验（一）数据输入输出、运算实验地点组成原理实验室实验类型□验证型 V设计型口综合型学时2一、实验目的及要求（本实验所涉及并要求掌握的知识点）1、 了解模型机中算术、逻辑运算单元的控制方法。2、 了解模型机中数据传输的方法。3、 了解运算器的组成结构。4、 掌握运算器的工作原理。二、实验环境（本实验所使用的硬件设备和相关软件）1、 CPYH计算机组成原理与系统结构实验仪2、 PC微机一台。三、实验内容及步骤1、 数据传输2、 输入输出MOVA,#12hMOVA,R0MOVA,@R0MOVA,01HINOUTEND3、 数据运算（加减与或）ADDCA,R1SUB A,@R1AND A,#55HOR A,02HEND

1、 数据传输是通过数据总线、地址总线以及指令总线完成的。它们和各个寄存器相连，通过控制门，可以实现数据的流通目的和方向。2、 输入完2的代码后，通过汇编下载，，调试窗口会显示出程序地址、机器码、反汇编指令，如下图所示执行“单微指令运行（即跟踪）”功能，可观察执行每条微指令时，寄存器的输入输出状态，各控制信号的状态，PC及uPC如何工作。每个程序的一开始的第一条一定是取指，微指令的值为0CBFFFFH，对应到各个控制位就是EMRD、PCOE、及IREN为低，此三位有效，其他所有位处于无效状态。在程序第一次运行和复位后，uPC和PC的值都为0，PCOE有效将PC值送到ABUS，作为程序存储器EM的地址，EMRD信号有效就从程序存储器EM中读出程序指令，IREN将读出的指令送到IR寄存器和uPC，此微指令的作用就是：从程序存储器EM的0地址读出程序指令机器码7CH，并存入uPC，中作为程序存储器uM的地址，从微程序存储器uM的7CH单元中读出微控制码0C7FFF7H，同时PC加1为读下一小指令或数据作准备。如下图，MAROE、EMEN、EMRD、AEN均有效，此指令的目的是：由MAR提供地址信息，从EM中读出数据并送到A寄存器中。对应的微控制码为D7BFF7即movA，#12H的取数据部分。结构图图示帮助逻辑始■析输入完2的代码后，通过汇编下载，，调试窗口会显示出程序地址、机器码、反汇编指令如下图所示

调试苗口EX2.ASMEPRom0021ADDCA,R10135SUER,驱1025C55ANDA,#55H046802ORA,02H程序的结构如上体所述，代码所运行的功能是将A寄存器中的内容和R1单元所指的位置中的数据相加（带进位）并将结果存到A中；A中的数据减去从R1中读出数据，送到MAR中，作为地址从EM中读出数据送到DBUS在存到W中；A中的数据和立即数55H相与，并将结果送到A中；A中的数据和02H相或，并将结果送到A中。下图代表的是数据通过直通门D，送到A的截图，并准备下一条指令的取指。五、实验总结（对本实验结果进行分析，实验心得体会及改进意见）—本节实验主要练习的是数据传输，数据输入输出和数据的运算，通过本节的练习，我了解了每个程序的一开始的第一条一定是取指，微指令的值为0CBFFFFH。每条指令都分为若十个状态周期，周期数为一到四个不等，所有的数据都存放在EM单元中，通过地址信息，找到需要的数据，并送到相应的寄存器中，由指令的操作码确定需要完成的具体操作。实验评语实验成绩指导教师签名：2011年6月2日

课程名称计算机组成原理实验日期实验项目名称整机实验（二）移位、转移、调用实验地点组成原理实验室实验类型”验证型 口设计型口综合型学时2一、实验目的及要求（本实验所涉及并要求掌握的知识点）1、 了解模型机中的移位。2、 了解模型机中指令的转移。3、 了解模型机中程序的调用。二、实验环境（本实验所使用的硬件设备和相关软件）1、 CPYH计算机组成原理与系统结构实验仪2、 PC微机一台。三、实验内容及步骤1、 移位/取反实验MOVA,#55HRRARLCACPLAEND2、 转移实验L0: MOVA,#01LOOP:SUBA,#01JCLOOPJZLOOPJMPL0END3、 调用实验MOVA,#00HLOOP:CALLINCAJMPLOOPINCA:ADDA,#01RETEND四、实验结果（本实验源程序清单及运行结果或实验结论、实验设计图）1、在CPTH软件中的源程序窗口输入1中的程序后，通过程序汇编成机器码，调试窗口会显示出程序地址、机器码、反汇编指令如下图所示：调试窗口EX3.ASMEPRom007C55I0VA,#55H02DORRA03DCRLCA04E4CPLA执行“跟踪”后，程序的开始执行一条取指的微指令，读入程序第一条指令。MovA,#55H:将累加器的值设为55H；RRA：本指令分为两个状态周期，T1状态，由上次取指操作取出的指令码为D0H，访问微程序存储器的20H单元，读出微指令为0FFFCB7H，在T0状态，取出下条将要执行的指令。RLCA:本程序有两个状态周期。T1状态微指令为0FFFED7H，T0状态为取指操作，取出下条将要执行的指令。CPLA:本指令为两个状态周期。T1状态，微指令为0FFFE96H，T0状态为取指操作。取出下条将要执行的指令。2、在CPTH软件中的源程序窗口输入2中的程序后，通过程序汇编成机器码，调试窗口会显示出程序地址、机器码、反汇编指令如下图所示，可以看出，程序中所有的指令占两个字节。本程序主要是练习条件跳转和无条件跳转。调试窗口EX4.ASMEPRom007C01L0:I0VA,#01023C01LOOP:SUB#0104A002JCLOOP06A402JZLOOP08ACOOJIPL03、在CPTH软件中的源程序窗口输入3中的程序后，通过程序汇编成机器码，调试窗口会显示出程序地址、机器码、反汇编指令如下图所示，本程序主要练习调用、返回指令，即call、ret指令。Call指令有四个状态周期。T3读出微指令值0FF7F7FH，表示从PC中读出数据并送到MAR中；T2状态读出微指令为0FFEF7FH，表示从PC中读数据并送到堆栈寄存器ST中；T1状态微指令为0D6BFFFH，表示以MAR为地址从EM中读出数据，此数据就是子程序的地址；T0状态按新的PC值，取出下条将要执行的指令。

调试苗口|EX5.ASM|EPRom|耐007C00IO¥A,*00H 二02 LOOP:02BC06CALLIHCA04AC02JIPLOOP06 IICA:0£1C01ADDA,*0108CC RET五、实验总结（对本实验结果进行分析，实验心得体会及改进意见）本节实验的主要内容是移位/取反、转移和调用，通过本节实验，我理解了模型机中移位/取反、转移和调用的具体实现步骤，对它们各自的实现方式有了进一步的了解，程序中还有条件跳转指令，通过练习也复习了上一节的内容。实验过程中，重点和难点是对程序各个状态的分析和判断，如果了解了各个状态的功能，也就了解了指令的具体功能，同时也深入的了解CHTP软件和模型机。实验评语实验成绩指导教师签名： 2011年6月9日课程名称计算机组成原理实验日期实验项目名称整机实验（三）中断、指令流水、RISC实验地点组成原理实验室实验类型□验证型 ”设计型口综合型学时2一、实验目的及要求（本实验所涉及并要求掌握的知识点）1、 了解中断的概念及其实现方法。2、 了解指令流水线的工作过程。3、 了解RISC指令集。二、实验环境（本实验所使用的硬件设备和相关软件）1、 CPYH计算机组成原理与系统结构实验仪2、 PC微机一台。三、实验内容及步骤1、 中断实验MOVA,#00HLOOP:outJMPLOOPORG0E0HADDA,#01RETIEND2、 指令流水实验MOVA,#12hMOVA,R0MOVA,@R0MOVA,01HINOUTEND2、RISC模型机L0:LDA,#12HSTAR1LDWR2ADDWASTAR3STA,20HJMPL0END四、实验结果（本实验源程序清单及运行结果或实验结论、实验设计图）1、在CPTH软件中的源程序窗口输入1中的程序后，通过程序汇编成机器码，调试窗口会显示出程序地址、机器码、反汇编指令如下图所示调试窗口EX6.ASMEPRom007C00I0VA,#00H02LOOP:02C4OUT03AC02JIPLOOPE01C01ADDA.*01E2ECRETI中断：在IA单元模块中，将拨码开关设置为“11100000”，短路块选择短JINT指向RG侧，执行“单微指令运行”功能，在跟踪程序时，按下试验仪上中断请求按键【RG】，终端请求灯亮，在每个指令的最后一条微指令执行后，就会响应中断，中端响应灯亮。中断处理程序微程序有三个状态周期，在T2状态，微指令的值为0FFEF7FH，表示从PC中读出数据送到DBUS上，STEN有效表示将DBUS上数据存入到堆栈寄存器ST中，这条指令执行的就是将PC值（即