计算机组成原理实验

嘉应学院计算机组成原理实验报告系/班别：计算机软件工程1103班指导老师：张凤英课程名称：计算机组成原理学生姓名：曾少庆学生学号：111110124实验一计算器组成实验(一)算术逻辑运算实验一、实验目的：1、掌握简单运算器的数据传送通路。2、验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能。二、实验设备：TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。三、实验内容：1.实验原理实验中所用的运算器数据通路如下图1-1所示。其中运算器由两片74LS181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（74LS245）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（74LS373）锁存，锁存器的输入连至数据总线，数据开关（“INPUTDEVICE”）用来参与运算的数据，并经过一三态门（74LS247）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。图中已将需要连接的控制信号用圆圈标明（其他实验相同，不再说明），其中除T4为脉冲信号，其他均为电平信号由于实验电路中的时序信号均以连至“W/RUNIT”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，M，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为低电平有效，LDDR1，LDDR2为高电平有效。图1-1运算器数据通路2.实验步骤（1）按图1-2连接实验线路，仔细查线无误后，接通电源。（2）用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数。具体操作步骤图示如下：[ALU-B=1][LDDR1=1][LDDR1=0][SW-B=0][LDDR2=0][LDDR2=1][T4=脉冲][T4=脉冲]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-B=1），打ALU输出三态门（ALU-B=0）当置S3,S2，S1，S0，M为11111时，总线指示灯显示DR1中的数，而置成10101时总线指示灯显示DR2中的数。图1-2实验接线图（3）验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑）在给定DR1=65，DR2=A7的情况下改变运算器的功能设置观察运算器的输出，填入下表，并和理论分析进行比较，验证。DR1DR2S3S2S1S0M=0(算数运算)M=1（逻辑运算）CN=1无进位CN=0有进位65A70000F=（65）F=（66）F=（9A）0001F=（E7）F=（E8）F=（18）0010F=（7D）F=（7E）F=（82）0011F=（FF）F=（0）F=（0）0100F=（A5）F=（A6）F=（82）数据开关（01100101）三态门寄存器DR1（01100101）数据开关（10100111）寄存器DR2（10100111）0101F=（27）F=（B8）F=（58）0110F=（BD）F=（-42）F=（C2）0111F=（3F）F=（40）F=（40）1000F=（8A）F=（E3）F=（BF）1001F=（C）F=（10D）F=（3D）1010F=（A2）F=（BE）F=（A7）1011F=（25）F=（7D）F=（7D）1100F=（CA）F=（CB）F=（1）1101F=（4C）F=（DD）F=（7D）1110F=（E2）F=（E3）F=（77）1111F=（64）F=（65）F=（65）（二）进位控制实验一．实验目的1.验证带进位控制的算术运算功能发生器的功能。2.按指定数据完成几种指定的算术运算。二．实验设备TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。三．实验内容1.实验原理进位控制运算器的实验原理如图1-3所示，在实验（1）的基础上增加进位控制部分，其中181的进位进入一个74锁存器，其写入是由T4和AR信号控制，T4是脉冲信号，实验时将T4连至“STATEUNIT”的微动开关KK2上。AR是电平控制信号（低电平有效），可用于实现带进位控制实验，而T4脉冲是将本次运算的进位结果锁存到进位锁存器中。图1-3进位控制实验原理图2.实验步骤（1）按图1-4连接实验线路，仔细检查无误后，接通电源。图1-4实验接线图（2）用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数。具体操作步骤图示如下：[ALU-B=1][LDDR1=1][LDDR1=0][SW-B=0][LDDR2=0][LDDR2=1][T4=脉冲][T4=脉冲](3)进位标志消零具体操作方法如下：实验板中“SWITCHUNIT”单元中的CLR开关为标志CY,ZI的消零开关，它为零时是消零状态，所以将次开关做1-0-1操作，即可使标志位消零。注：进位标志指示灯CY亮时表示进位标志为“0”，无进位；进位标志指示灯CY亮时表示进位标志为“1”，有进位。结果是：进位标志指示灯CY亮时表示进位标志为“0”，无进位。（4）验证带进位运算及进位锁存功能，使Cn=1，Ar=0来进行带进位算术运算。例如：做加法运算，首先向DR1，DR2置数，然后使ALU-B=0，S3，S2，S1，S0，M状态为10010，此时数据总线上显示的数据为DR1加DR2加当前进位标志，这个结果是否产生进位，则要按动微动开关KK2若进位标志灯亮，表示无进位；反之，有进位。结果是：有进位。数据开关（01010101）三态门寄存器DR1（01100101）数据开关（10100111）寄存器DR2（10100111）（三）移位运算实验一．实验目的验证移位控制的组合功能二．实验设备TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。三．实验内容1.实验原理图1-5移位运算实验原理图移位算术实验原理如图1-5所示，使用了一片74LS299作为移位发生器，其输入/输出端以排针方式和总线单元连接。299-B信号控制其使用端，T4时序为其时钟脉冲，实验时将“W/RUNIT”中的T4接至“STATEUINT”中的KK2单脉冲发生器，由S0，S1，M控制信号控制其功能状态，其列表如下：299-BS1S0M功能000任意保持0100循环右移0101带进位循环右移0010循环左移0011带进位循环左移任意11任意装数2.实验步骤（1）按图1-6连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。图1-6实验接线图（2）移位操作：1）置数，具体步骤如下：[SW-B=0][S0=1][SW-B=1][S1=1][T4=脉冲]2）移位，参照上表改变S0，S1，M,299-B的状态，按微动开关KK2，观察移位结果。结果如下：299-BS1S0M结果000任意01101011010011011010010110101101数据开关（01101011）三态门置数（01101011）三态门001011010110001110101101任意11任意01101011四、实验总结：通过本次实验的数据和理论分析进行比较、验证，我们掌握了简单运算器的数据传输方式，验证运算功能发生器（74LS181）及进位控制的组合功能，主要包括寄存器的置数，寄存器内数据的检查，进位标志清零，进位运算以及进位锁存功能等。实验二存储器实验一、实验目的：掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法。二、实验设备：TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。五、实验内容：1.实验原理实验所用的半导体静态存储器电路原理如图2-1所示，实验中的静态存储器一片6116（2K*8）构成，其数据线接至数据总线，地址线由地址锁存器给出。地址灯AD0-AD7与地址线相连，显示地址线内容。数据开关经-三态门（74LS245）连至数据总线，分时给出地址和数据。因地址寄存器为8位，接入6116的地址A7-A0，而高三位A8-A10接地，所以其实际容量为256字节。6116有三个控制线：CE(片选线),OE（读线）,WE（写线）。当片选有效（CE=0）时，OE=0时进行读操作，WE=0时进行读操作。本实验中将OE常接地，在此情况下当OE=0，WE=0时进行读操作，OE=0，WE=1时进行读操作，其写时间与T3脉冲宽度一致。实验时将T3脉冲接至实验板上时序电路模块的TS3相应插孔中，其脉冲宽度可调，其他电平控制信号由“SWITCHUNIT”单元的二进制开关模拟，其中SW-B为低电平有效，LDAR为高电平有效。2.实验步骤（1）形成时钟脉冲信号T3，具体接线操作步骤如下：①接通电源，用示波器接入方波信号源的输出插孔H24，调节电位器W1，使H24端输出实验所期望的频率的方波。②将时序电路模块中的和H23排针相连。③在时序电路模块中有两个二进制开关“STOP”和“STEP”。将“STOP”开关设置为“RUN”状态，“STEP”开关设置为“EXEC”状态时，按动微动开关START，则T3输出为连续的方波信号，此时调节电位器W1，用示波器观察，使T3输出实验状态时，每按动一次微动开关START则T3输出一个单脉冲，其脉冲宽度与连续方式相同。④关闭电源。图2-1存储器实验原理图（2）按图2-2连接实验线路仔细查线无误后接通电源。由于存储器模块内部的连线已经接好，因此只需完成实验电路的形成，控制信号模拟开关，时钟脉冲信号T3与存储模块的外部连接。图2-2实验接线图（3）给存储器的00,01,02,03,04地址单元中分别写入数据11,12,13,14,15，具体操作步骤如下：（以向0号单元写入11为例）数据开关（00000000）三态门地址寄存器AR（00000000）数据开关（00010001）三态门存储器RAN(00010001)[SW-B=1][SW-B=0][SW-B=0][SW-B=1][SW-B=0][SW-B=0][CE=1][CE=1][LDAR=0][LDAR=0][LDAR=1][CE=0WE=1][T3=脉冲][T3=脉冲]依次读出第00,01,02,03,04号单元中的内容，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0号单元读出11数据为例）[SW-B=1][SW-B=0][SW-B=0][SW-B=0][CE=1][CE=1][CE=0WE=0][T3=脉冲][LDAR=0]结果为：地址数据00000000000100010000000100010010000000100001001100000011000101000000010000010101数据开关（00000000）三态门地址寄存器AR（00000000）存储器RAN(00010001)实验三微控制实验一、实验目的：1.掌握时序产生器的组成原理。2.掌握微程序控制器的组成原理。3.掌握微程序的编制，写入，观察微程序的运行。二、实验设备：TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台。六、实验内容：1.实验原理实验所用的时序电路原理如图3-1所示，可产生4个等间隔的时序信号TS1-TS4，其中为时钟信号，由实验台右上方的方波信号源提供，可产生频率及脉冲可调的方波信号。学生可根据实验自行选择方波信号的频率及脉宽。为了便于控制程序的运行，时序电路发生器也设置了一个启动控制触发器Cr，使TS1-TS4信号输出可控。图中STEP(单步)，STOP(停机)分别是来自实验板上方中部的两个二进制开关START的按键信号。当STEP开关为0时（EXEC），一旦按下启动键，运行触发器Cr一直处于“1”状态因此时序信号TS1-TS4将周而复始地发送出去。当STEP为1（STEP）时，一旦按下启动键，机器便处于单步运行状态，即此时至发送一个CPU周期的时序信号就停机。利用单步方式，每次只读一条微指令，可以观察微指令的代码与当前微指令的执行结果。另外，当机器连续运行时，如果STOP开关置“1”（STOP），也会使机器停机。由于时序电路的内部线路已经连好，所以只需将时序电路与方波信号源连接，时序电路的CLR已接至实验板左下方的CLR模拟开关上。图3-1时序电路原理图2.微程序控制电路与微指令格式（1）微程序控制电路图3-2微