合肥工业大学计算机组成原理实验报告

试验一根本运算器试验一、试验目的了解运算器的组成构造；把握运算器的工作原理。二、试验内容1、连线说明：ALUALUS0..S3(JP18)ALUWa、wB、rALU、CN_I(JP19)ALU单元：ALU_D0..ALU_D7(JP25)ALUIN0..IN7(JP22)————————开关区单元：K20..K23(JP89)开关区单元：K15..K12(JP92)扩展区单元：JP62开关区单元：K0..K7(JP97)2、翻开试验仪电源，按CON单元的nRST按键，将ALUA、B、FC、FZ、FS、IEXECEXEC3、给暂存器A拨动开关区单元的K7..K0开关，形成二进制数01011000〔或其它值〕；指示灯亮，表示该位是‘1’，灭为‘0’。拨动开关区单元K15(wA)、K14(wB)、K13(rALU)、K12(CN_I)开关，赋wA=0〔允许A〕、wB=1〔B〕、rALU=1ALUCN_I=0，按CON单元的STEP次,产生一个T101011000写入暂存器AALU单元的A_7…A_0LED上显示A4、给暂存器B拨动开关区单元的K7..K0开关，形成二进制数10101011〔或其它值〕。wA=1〔A〕、wB=0〔B〕、rALU=1ALUCN_I=0，CONSTEPT210101011B中，ALUR_7…R_0LEDB5、赋wA=1〔A〕wB=1〔B〕rALU(K10)=0uSTEPT3节拍节拍T1、T2、T3〔T1=0、T2=0、T3=0〕T1〔T1=1、T2=0、T3=0〕T2〔T1=0、T2=1、T3=0〕T3〔T1=0、T2=0、T3=1〕DS169DS16800011011说明：1-亮；0-灭rALU(K13)=0，假设S3S2S1S00000，T2、T3节拍时，允许ALUS3S2S1S0T3节拍时，允许ALUDS94..DS101LED6、依据后边的“运算结果表”，转变K20〔S0〕、K21〔S1〕、K22〔S2〕、K23〔S3〕、D7_D0=58H；FC、FZ、FS、I留意：只有按CON单元的STEP按键一次，产生一个T3ALU才将标志位FC、FZ、FS、I写入标志存放器PSW中，才能在ALU单元的FZ、FC、FS、I假照试验仪、PC联机操作，则可通过软件中的数据通路图来观测试验结果，方法是：翻开软件，在星研软件的工具条中选择“运算器试验”，翻开运算器试验的数据通路图。运算器所做的操作。三、试验结果及分析运算类型A运算类型ABS3S2S1S0CN_I结果规律运算移位运算01100110(FC=0)0110(FC=1)01110111(FC=0)0111(FC=1)10001000(FC=0)1000(FC=1)10011001(FC=0)1001(FC=1)01ALU=〔2C〕FC=〔0〕FZ=〔0〕FS=(0)ALU=〔2C〕FC=〔0〕FZ=〔0〕FS=(0)ALU=〔AC〕FC=〔0〕FZ=〔0〕FS=(0)01010算术运算11010其它10111100110101XXXALU=〔B0〕FC=〔1〕FZ=〔0〕FS=(0)ALU=〔B0〕FC=〔0〕FZ=〔0〕FS=(0)ALU=〔B1〕FC=〔1〕FZ=〔0〕FS=(0)ALU=〔03〕FC=〔0〕FZ=〔0〕FS=(0)ALU=〔03〕FC=〔0〕FZ=〔0〕FS=(0)ALU=〔04〕FC=〔1〕FZ=〔0〕FS=(0)ALU=〔AD〕FC=〔0〕FZ=〔0〕FS=(0)ALU=〔AD〕FC=〔0〕FZ=〔0〕FS=(0)ALU=〔AC〕FC=〔1〕FZ=〔0〕FS=(0)ALU=〔59〕FC=〔1〕FZ=〔0〕FS=(0)ALU=〔58〕FC=〔1〕FZ=〔0〕FS=(0)ALU=〔57〕FC=〔1〕FZ=〔0〕FS=(0)FC=〔1〕EI=〔0〕58AB00000ALU=〔58〕FC=〔0〕FZ=〔0〕FS=(0)58AB00001ALU=〔AB〕FC=〔0〕FZ=〔0〕FS=(0)58AB0001XALU=〔FB〕FC=〔0〕FZ=〔0〕FS=(0)0010X〕FC=〔0〕FZ=〔0〕FS=(0)0011X〕FC=〔0〕FZ=〔0〕FS=(0)0100XALU=〔A7〕FC=〔0〕FS=(0)01010ALU=〔0B〕FC=〔0〕FZ=〔0〕FS=(0)01011ALU=〔2C〕FC=〔0〕FZ=〔0〕FS=(0)四、思考题１．本试验系统中Ａ存放器的写入在什么时刻进展？Ｂ存放器的写入在什么时刻进展？能否在一个机器周期内将Ａ、Ｂ存放器写入不同的数据？答：①按住STEP，CK由高变低，存放器A的黄色灯亮，说明选择A存放器。放开STEP，CK55H被写入A存放器。②按住STEP，CKBBSTEP，CK33H被写入B存放器。③不允许在一个机器周期内将Ａ、Ｂ存放器写入不同的数据。２．本试验系统中ＡＬＵ的求补功能与８０８６ＣＰＵ的求补指令功能是否一样？答：本试验系统中ＡＬＵ可对8位位变量进展规律“AND”、“OR”、“XOR”循环、求补、清零等根本操作，还可以进展加、减、乘、除等根本运算。而808616位。试验二存储器试验1、试验目的1274LS181的组合功能。二、试验原理18根地址线，8174LS25574LS244和外部数据、地址总线，由于数据总线需要进展由内、外部数据交换，所以由BUS信号来BUS=1BUS=0时，数据由外到内。2、由于本系统内使用8根地址线，8位数据线，所以6264A8~A12接地，其实际256,6264的数据、地址总线已经接在总线单元的外部总线上。存储器有3个掌握信号：地址总线设置存储地址，RM=0时，把存储器中的数据读出到总线上；当WM=0，EMCK有一个上升沿，把外部总线上的数据写到存储器中。7-6-1存储器试验原理图试验所用的半导体静态存储器电路原理如图7-6-1所示，该静态存储器由一片6116(2Kx8)构成，其数据线(D7~D0)以8芯扁平线方式和数据总线(D7~D0)相连接，地址线由地址锁存器(74LS273)/输出通过8芯扁平线分别连至数据总线接口和存储器地址接口。地址显示单元显示AD7~AD0的内容。数据开关经一三态门(74LS245)8芯扁平线方式连至数据总线接口，分时给出地址和数据。61163根控制线：CS〔片选线〕、OE〔读线〕、WR〔写线〕。当片选有效CS=0时，OE=0时进展读操作，WR=0OECS=0WR=1时进展读操作，CS=0、WR=0T3T3CESW-BLDAR为高电平有效，而WE为读/写(W/R)掌握信号，当WE=0时进展读操作，当WE=1时进展写操作。7-6-2试验连线示意图按图7-6-28芯扁平线连接图7-6-2中全部标明“”或“”或“”图案的总线接口。②掌握线与时钟信号“”双头试验导线连接图7-6-2中全部标明“”或“”图案的插孔〔注：Dais-CMH的时钟信号已作内部连接〕。在闪动的“P.”状态下按动【增址】命令键，使LED4位显示提示符“L”，表示本装置已进入手动单元试验状态。〔假设当前处“L”状态，本操作可略〕。(一)内部总线数据写入存储器00、01、02、03、0411、12、13、14、15，具体操作步骤如下〔0011为例〕：的功能是启动时序电路产生T1~T4四拍单周期脉冲的数据到总线上

(二)读存储器依次读出第00、01、02、03、04号单元中的内容，观看上述各单元中的内容是否与前面写入的全都。具体操作步骤如下〔以从0011为例〕：注:【单步】键的功能是启动时序电路产生T1~T4四拍单周期脉冲三、试验结果及分析试验所得结果与理论分析结果根本全都。四、思考题本试验系统中所使用的存储芯片６１１６的容量有多大？系统中实际可访问的空间是多大？答：61162K*8位。②实际可访存空间：2K。２．本试验系统中存储器的读写掌握信号如何得到的？它们各拘束什么时候有效？答：①在CS=0下，OE=0时进展读操作，WR=0时进展写操作。②OECS=0、WR=1时进展读操作，CS=0、WR=0时进展写操作，其写时间与T3脉冲宽度全都。③试验时T3脉冲由【单步】命令键产生，其它电平掌握信号由二进制开关模拟，其中CE、SW-B、LDAR为高电平有效，而WE为读/写(W/R)WE=0时进展读操作，当WE=1时进展写操作。试验三系统总线和具有根本输入输出功能的总线接口试验一、试验目的1、理解总线的概念及其特性。2、把握掌握总线的功能和应用。二、试验内容信号、地址信号以及掌握信号。在该试验平台中，外部总线分为数据总线、地址总线和掌握CPU内总线之间通过三态门连接，同时实现了内外总线的分别和对于数据流向的掌握。由地址总线的高位进展译码，系统的I/O4-1〔在地址总线单元〕。由于A6A7I/O4-1所示为了实现对于MEM和外设的读写操作，还需要一个读写掌握规律，使得CPU能掌握MEM和I/O4-2T3T3全都，T3TS3给出〔2〕。IOMI/O设备MEM进展读写操作，IOM=1I/OIOM=0MEM进展读写操作。RD=1时为读，WR=1时为写。读写掌握规律设计试验。试验接线图进行连线。首先将时序与操作台单元的开关KK1、KK3置为‘运行’档，开关KK2置为‘单拍’档，CONCLR，并执行下述操作。MEM进展读操作〔WR=0，RD=1，IOM=0〕，此时E0灭，表示存储器读功能信②对MEM进展写操作〔WR=1，RD=0，IOM=0〕，连续按动开关ST，观看扩展单元T3时刻时，E1灭，表示存储器写功能信号有效。I/O进展读操作〔WR=0，RD=1，IOM=1〕，此时E2I/O读功能信号有效。I/O进展写操作〔WR=1，RD=0，IOM=1〕，连续按动开关ST，观看扩展单元数据指示灯，指示灯显示为T3时刻时，E3灭，表示I/O写功能信号有效。2．根本输入输出功能的总线接口试验。3、试验结果：〔1〕R0R0LED数码管显示。〔2〕4-5试验接线图进展连线。〔3〕具体操作步骤图示如下：进入软件界面，选择菜单命令“【试验】—【简洁模型机】”KK1KK3置为‘运行’KK2置为‘单拍’档，CON单元全部开关置0〔由于总线有总线竞争报警功能，在操作中应领先关闭应关闭的输出开关，〕，按动CON单元的总CLR，然后通过运行程序，在数据通路图中观测程序的执行过程。11HR0IN00010001，K71R0存放器的输出；K61，翻开R0存放器的输入；WR、RD、IOM0、1、1IN单元进展读操作；LDAR置为0，不将数据总线的数打入地址存放器。连续四次点击图形界面上的“单节拍运行”〔运行一个机器周期T4R0的写入操作。R011H01HIN00000001〔或其他数值〕。K71，关闭R0存放器的输出；K60R0存放器的输入；WR、RD、IOM分0、1、1IN单元进展读操作；LDAR1，将数据总线的数打入地址存放器。连续四次点击图形界面上的“单节拍运行”T3时刻完成对地址存放器的写入操作。先将WRIOM分别置为10K7置为R0存放器的输出；K60，关闭R0LDAR0，不将数据总线的数打入地址存放器。连续四次点击图形界面上的“单节拍运行”T3时刻完成对存储器的写入操作。R0存放器中。IN00000001〔或其他数值〕，K71。关闭R0存放器的输出；K60R0存放器的输入；WR、RD、IOM0、1、1IN单元进展读操作；LDAR1，将数据总线的数打入地址存放器。连续四次点击图形界面上的“单节拍运行”T3时刻完成对K71R0存放器的输出；K61R0存放器的输入；WR、RDIOM0、1、0，对存储器进展读操作；LDAR0，不将数“单节拍运行”T3R0的写入操作。R0LED数码管显示。WR、RD、IOM1、0、1OUTK70开R0存放器的输出；K60R0LDAR0，不将数据总线的数打入地址存放器。连续四次点击图形界面上的“单节拍运行”按扭，观看图形界面，在T3OUT单元的写入操作。三、试验结果及分析1地址信号以及掌握信号。2CPU向的掌握。而地址总线可以为外部设备供给地址信号和片选信号。为了实现对于MEM和外设的读写操作，还需要一个读写掌握规律，使得 CPU能掌握MEM和I/O设备的读写续按动开关STT3时刻时，E1灭，表示存储器写功能信号有效。WR=0，RD=1，IOM=1时，E2I/O读功能信号有效。WR=1，RD=0，IOM=1〕时，观看扩展单元数据指示灯，指示灯显示为T3时刻时，E3灭，I/O写功能信号有效。5、在接线时为了便利，可将管脚接到CON单元闲置的开关上，假设开关打到1，等效于接到VCC0，等效于接到GND。四、思考题出？对存储器呢？答：为了实现对于MEM和外设的读写操作，需要一个读写掌握规律，使得CPU能掌握MEMI/O设备的读写。２．总线上的部件输出数据时为什么要加三态门？答：外部总线和CPU数据流向的掌握。而地址总线可以为外部设备供给地址信号和片选信号。试验四具有中断掌握功能的总线接口试验DMA掌握功能的总线接口试验1试验目的把握中断掌握信号线的功能和应用。把握在系统总线上设计中断掌握信号线的方法。2试验内容1、试验原理：为了实现中断掌握，CPU必需有一个中断使能存放器，并且可以通过指令对该存放器4-2-1所示。其中EI为中断允许信号，CPU开中断指令STI1，而CPU关中断指令CLI0。每条指令执行完时，假设允许中断，CPU给出开中断使能标志STI，翻开中断使能存放器，EI有效。EI再和外部给出的中断恳求信号一起参与指令译码，使程序进入中断处理流程。本试验要求设计的系统总线具备有类X86的中断功能，当外部中断恳求有效、CPU允CPUCPU8259发送两个连续的INTA信号，请留意，8259是在接收到第一个INTACPU的中INTR〔高电平有效〕，并且在其次个INTA信号到达后将其变为低电平〔自动EOI方式IR0CPU发送出第一个INTA信号，这才是一个有效的中断恳求。8259在收到其次个INTA信号后，就会将中断向量号发送到数据总线，CPU要从数据总线向CPU内总线传送数据。所以需要设计数据缓冲掌握规律，在INTA信号有CPU内总线。其原理图如图4-2-2RD为CPU从外部读取数据的掌握信号。在掌握总线局部表现为当CPU开中断允许信号STICLI无效时，中断标志EICPU开中断允许信号STICLIEI无效。EI无效时，外部的中断恳求信号不能发送给CPU。2、试验步骤：〔1〕4-2-3试验接线图进展连线。〔2〕下：〔K6=1，K7=0〕，灯EI，此时EI亮,表示允许响应外部中断。按动时序与操作台单元的开关KK，观看掌握总线单元的指示灯INTR,觉察当开关KKINTR变亮，表示总线将外部的中断恳求送到CPU74LS245DIR〔1脚〕，显示为低，表示CPU允许外部送中断向量号。〔K6=0，K7=1〕，观看掌握总线局部的中断允许指示灯EI，此时EI灭,表示制止响应外部中断。按动时序与操作台单元的开关KK，观看掌握总线单元INTRKKINTR不变，仍旧为灭，表示总线锁死了外部的中断恳求。使用电压表测量数据缓冲74LS245的DIR〔第1脚〕，显示为低，表示CPU允许外部送中断向量号。三、试验结果及分析按试验接线图接线时,留意与K5相接的是INTAINTA.在步骤一中，时序与操作台的KK开关的按下表示将中断恳求送入CPU中。外部总线与CPU之间通过三态门连接，其三态门芯片是74LS245。三态分别为：截至，4．EI表示中断允许指示灯，EI灭表示当前制止响应外部中断。EI熄灭时，按动时序与掌握台上的KKKK按下时，INTR灯仍旧为灭，此时为中断锁死了外部中断恳求。四、思考题１．ＣＰＵ响应中断的条件是什么？答：1、有中断源发出的中断恳求；2、中断总允许位EA=1，即CPU开中断；3、申请中断的中断源的中断允许位为1，即中断没有被屏蔽；4、无同级或更高级中断正在被效劳；5、当前的指令周期已经完毕.２．中断源的中断向量地址是通过数据线还是地址线送给ＣＰＵ？PC，由于PC会指出下一个指令所在的地址，相当于一个跳转，直接跳转到中断效劳程序，所以存入PC以后，直接通过PC取出下一条指令，而这条指令其实就是中断效劳程序的指令。３．ＣＰＵ响应ＤＭＡ恳求后，其地址线、数据线和掌握线引脚消灭什么状态？答：DMACDMA传送时，DMACCPUDMACPU在现行的总线周期(机器周期)完毕后，使其地址总线、数据总线和局部掌握总线处于高阻态，从而让出对总线的掌握权，并给出DMA响应信号。DMAC接到该响应信号后，就可以掌握总线，进展数据传送的掌握工作，直到DMA操作完成，CPU再恢复对总线的掌握权，连续执行被中断的程序。试验五微程序掌握器试验一、试验目的⒊把握微程序编制及微指令格式。二、试验内容⒈微程序掌握电路7-7-146116328D触发器(273)4D(175)触发器组成。微地址存放器6位，D触发器(74)组成，它们带有清零端和置位端。在不判别测试的状况下，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时刻进展测试判别时，转移规律满足条件后输出的负脉冲通过置位端将某一触发器输出端置为“1”状态，完成地址修改。⒉微指令格式

M25M24M25M24M23M22M21 中M19M18M17M16M15M14M13M12M11M10M9 M8CBA AR 保存PX3A9 A8 CE LOA CN M S0 S1 S2 S3 PX2LDA中断中断M9M1选择测试字M7M7M6M5M4M3M2WE876543M1LDPCLDIRLDDR2LDDR1LDR0UA0UA1UA2UA3UA4UA5 PX1M0SW-BB字段CB字段CBA选择000制止001PC-B010ALU-B011299-B100Rs-B101Rd-B110保存位111保存位PX3PX2PX1000关闭测试001P(1)识别操作码010P(2)判寻址方式011P(Z)Z标志测试100P(I)中断响应101P(D)中断效劳110P(C)C标志测试111保存位UA5~UA06位的后续微地址，AB6个掌握位译码输出多位。BPX3、PX2、PX1三个测试字位，其功能是依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，从而实现微程序的挨次、分支、循环运行。⒊微程序流程与代码7-7-3为几条机器指令对应的参考微程序流程图进制代码，可得到模型机〔一〕所列举的8位指令代码。7-7-3微程序流程图微程序的编写为了解决微程序的编写，本装置设有微程序读写命令键，学生可依据微地址和微指令格图7-7-1 微掌握器原理图式将微指令代码以快捷方式写入到微程序掌握单元。具体的操作方法是按动位于本试验装置右中侧的复位按钮使系统进入初始待令状态。再按动【增址】命令键使工作方式提示位显示“H”。微程序存贮器读写的状态标志是：显示器上显示8个数字，左边1、2位显示试验装置的当前状态，左边3、4位显示区域号〔区域的安排见表7-7-2〕，左边5、6位数字是微存贮单元地址，硬件定义的微地址线是 ua0~ua5共6根，因此它的可寻址范围为00H~3FH；右边2位数字是该单元的微程序，光标在第7位与第8位之间，表示等待修改单元内容。7-7-2区域号微程序区对应位空间对应位掌握功能031··············24CBAAR 保存PX3A9A8123··············16CEADCNM S0S1S2S3215···············8PX2ARPCIR DR2DR1RiWE37················0U0U1U2U3 U4U5PX1SW用【读】命令键可以对微程序存贮器进展检查〔读出〕或更改〔写入〕。对微程序存贮器读写，一般应先按MON，使试验系统进入初始待命状态。然后输入所要访问的微程序区域地址，再按【读】命令键，试验系统便以该区域的00H作为起始地址，进入微程序存贮器读写状态。下面举例说明操作规程：按键按键8LED显示说明返回初始待命状态初始待命状态,按【读】键无效0,00地址开头按【读】命令键,进入微程序读状态,3位起显示00(区域号)、00(微地址)、XX(该微程序单元的内容),7位55键,0000H单元按【增址】命令键,00区域下一个单元01H,7位AA键,0001H单元返回初始待命状态1,10地址开头按【读】命令键,进入微程序读状态,3位01(区域号)、00(微地址)、XX(该微程序单元的内容),7位55键,0100H单元按【增址】命令键,01区域下一个单元01H,7位AA键,0101H单元按【返回】退出存储操作返回初始状态【返回】DY-HP.【读】DY-HP.0DY-H0【读】Cn0000XX55Cn000055【增址】Cn0001XXAACn0001AA【返回】DY-HP.1DY-H1【读】Cn0100XX55Cn010055【增址】Cn0101XXAACn0101AA【返回】DY-HP.按以上所说明的操作规程，通过键盘在微地址00H单元所对应的四个区域地址分别输55H01H单元所对应的四个区域地址分别输入0AAH。(二)手动方式下的微地址打入操作7-7-1328D触发器(273)4D(175)CLRK接2时刻将微程序的内容打入微掌握存放〔含下一条微指令地址。⑴微地址掌握原理7-7-4微地址掌握原理图⑵微地址掌握单元的试验连接7-7-5试验连线示意图7-7-5所示，连接试验电路：8芯扁平线连接图7-7-5中全部标明“”或“”图案的总线接口。②时钟信号“”连接：用双头试验导线连7-7-5中全部标明“”图案的插孔〔注：Dais-CMH的时钟信号已作内部连接〕。⑶微地址的打入操作在“L”状态下，首先置SW-B=0，然后向数据开关置数，再按【单步】键，在机器周T2时刻把数据开关的内容打入微地址锁存器。试验步骤如下：注:T1~T4四拍单周期脉冲⑷微地址的修改与转移7-7-4RSE5~SE0SE5~SE0输出负脉冲时，通过锁存器置位端R将某一锁存器的输出端强行置“1”，实现微地址的修改与转移。7-7-3所示的微掌握流程，对指令译码存放器IR分别打入微掌握流程定义的操作码20H、40H、60H、80H、0A0H，然后打入流程图定义的基地址08H，按T4IR指令存放器的内容进展测试和判别，使后续微地址转向与操作码相对应的微程序入口地址。举例操作如下：