组原实验

成绩：计算机原理实验室实验报告课程：计算机组成原理姓名：专业：学号：日期：太原工业学院计算机工程系1实验一：运算器实验实验环境PC机＋Win2003＋emu8086＋proteus仿真器实验日期2014.11一．实验内容基本要求：1.熟悉proteus仿真系统2设计并验证4位算数逻辑单元的功能扩展要求：1.实现输入输出锁存2.实现8位算数逻辑单元思考内容：1.思考单总线，双总线和三总线结构在设计上的异同二．理论分析或算法分析1、第一个实验实际上仅用了一个74LS181实现4位算数逻辑运算，其中包括8个数据输入端（A0、A1、A2、A3，B0、B1、B2、B3），四个控制端（S0、S1、S2、S3），四个二进制输出端（F0、F1、F2、F3）。2、第二个实验为实现8位算术逻辑运算，运用寄存器74LS373实现数据的暂存。181的两组输入端口A0~A3，B0~B3，分别输入二进制数值，然后选择功能选择线S0~S3，将Cn位全部置0，观察当输入两组数值时，通过改变S0~S3的数值LED灯的显示情况。计算机原理实验室实验报告22三．实现方法（含实现思路、程序流程图、实验电路图和源程序列表等）1、4位算数逻辑单元如图，连接电路图，74LS181工作于正逻辑，其中A0、A1、A2、A3,B0、B1、B2、B3表示两个操作数，M的值用来判断是进行算术运算还是逻辑运算，S0、S1、S2、S3的不同取值可实现不同操作，输出用LED灯来表示，通过灯的亮暗验证74LS181的逻辑功能。2、8位算术逻辑单元通过74LS373实现输入输出的锁存。实验中将初始数据存入第一个373锁存器，将第二个数据存入第二个373锁存器，通过181进行运算。计算机原理实验室实验报告33四．实验结果分析（含执行结果验证、输出显示信息、图形、调试过程中所遇的问题及处理方法等）1、通过本次试验，验证了74LS181的运算功能，,实现了四位运算以及八位运算的逻辑单元的功能.运算结果表：功能表：4.2单总线结构：单总线只有一根数据输入/输出线，可由单片机或PC机的1根I/O口线计算机原理实验室实验报告44五．结论本次实验是组成原理的第一次实验，通过实验proteus仿真器，深入认识了74LS181、373的功能，基本熟悉了整个实验系统的基本结构，最重要的是通过实验掌握了运算器工作原理，熟悉了算术/逻辑运算的运算过程以及控制这种运算的方法，了解了进位对算术与逻辑运算结果的影响。同时体会到了理论与实践结合的重要性。思考内容：单总线结构：它实现一次双操作数的运算需要分成3步，操作速度慢；双总线结构：两个操作数分别通过总线1和总线2同时到ALU进行运算，并且可以立即得到运算结果，但ALU的输出不能直接送到总线上，因此才需要设置缓存器。但他的执行速度比单总线快。三总线结构：两个操作数分别通过总线1和总线2同时到ALU进行运算，运算结果输出与第三根总线相连，可以在一步之内完成运算操作。三总线结构的运算速度快但较其他两种复杂。计算机原理实验室实验报告55实验二：寄存器实验实验环境PC机＋Win2003＋emu8086＋proteus仿真器实验日期2014．12一．实验内容基本要求：1.理解CPU运算器中寄存器的作用2.设计并验证寄存器组（至少四个寄存器）扩展要求：3.实现更多的寄存器（至少8个）思考问题：思考内容：1.思考随着寄存器的增多，电路设计的复杂度是什么比例增大二．理论分析或算法分析1、“(B5)寄存器组”由3片8位字长的74LS374组成R0、R1、R2寄存器，用来保存操作数及中间运算结果等。3个寄存器的输入/输出接口通过2双排8芯接口与BUS总线连接。如下图所示。2、扩展要求的内容只需要实现8个74LS373级联，通过74LS245与总线实现连通即可。计算机原理实验室实验报告66三．实现方法（含实现思路、程序流程图、实验电路图和源程序列表等）1、通用寄存器的工作原理：（1）写入：令SW-B=1，CE=0，CBA=000，LDR0=1，数据开关置为00000001，将数据置入寄存器R0中，再将数据开关置为10000000，令LDR0=0，LDR1=1，将数据置入寄存器R1中，通过连在总线上的LED灯得到验证。（2）读出：关闭数据输入三态(SW-B=0)，存储器控制端CE=0，令LDR0=0、LDR1=0、LDR2=0，分别打开通用寄存器R0、R1、R2输出控制位，置CBA=100时，数据总线单元显示R0中的数据01H；置CBA=101时，低电平输出。数据总线单元显示R1中的数据80H；置CBA=110时，低电平输出，数据总线单元显示R2中的数据（随机）。计算机原理实验室实验报告77四．实验结果分析（含执行结果验证、输出显示信息、图形、调试过程中所遇的问题及处理方法等）验证了基本要求,实现了通用寄存器的传送和暂存数据的功能.。当输入A3~A0的二进制数值为0001，输入B3~B0的二进制值为0010，S3~S0的值为0000，同时置74LS373的LE端口为高电平“1”输出有效则根据逻辑运算关系F=/A,F的值为1110；当74LS373LE端口为低电平“0”时，锁存有效，当改变AB端口值时，相应的LED灯不再发生改变，从而实现寄存器锁存功能。R0R1R2写入01H80H无读出01H80H随机五．结论通过本次实验了解了寄存器组在CPU中的工作原理及过程，并进行设计加深了解。在实验中发现了自己在寄存器方面的知识有所欠缺，通过实验弥补了不足。思考内容：如果寄存器数量多，整个电路的复杂度将按1：2的N次幂的比例增大计算机原理实验室实验报告88实验三：存储器实验实验环境PC机＋Win2003＋emu8086＋proteus仿真器实验日期2014.12一．实验内容1.基本要求理解计算机存储子系统设计并验证计算机主存系统2.扩展要求分别用IO内存统一编址和独立编址增加4K的IO地址3.思考内容思考计算机系统IO和存储的工作效率怎样最大化计算机原理实验室实验报告99二．理论分析或算法分析1、实验所用的半导体静态存储器电路原理如实验电路图所示，该静态存储器由一片6116(2Kx8)构成，其数据线(D0~D7)以8芯扁平线方式和数据总线(B0~B7)相连接，地址线由地址锁存器(74LS273)给出，该锁存器的输入/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AD0~AD7的内容。数据开关经一三态门(74LS245)以8芯扁平线方式连至数据总线接口，分时给出地址和数据。6116有3根控制线：CS（片选线）、OE（读线）、WR（写线）。当片选有效CS=0时，OE=0时进行读操作，WR=0时进行写操作。本实验中将OE引脚接地，在此情况下，当CS=0、WR=1时进行读操作，CS=0、WR=0时进行写操作，其写时间与T3脉冲宽度一致。实验时T3脉冲由【单步】命令键产生，其它电平控制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)控制信号，当WE=0时进行读操作，当WE=1时进行写操作。计算机原理实验室实验报告1010三．实现方法（含实现思路、程序流程图、实验电路图和源程序列表等）通过74LS373将数据写入6116存储器，然后将74LS245的导通开关关掉，读取6116里面的数据，并将数据以LED灯的形式得以验证。非选通状态：选通状态：计算机原理实验室实验报告1111四．实验结果分析（含执行结果验证、输出显示信息、图形、调试过程中所遇的问题及处理方法等）写操作：读操作：五．结论通过本次实验理解了计算机存储子系统，设计并验证了计算机主存地址。思考内容：为使计算机系统IO和存储的工作效率最大化，可采用多线程同时进行，提高主频，使用最简单的电路图和应用高速缓冲机制来加快计算机系统的IO输出和存储。计算机原理实验室实验报告1212实验四：微程序控制器实验实验环境PC机＋Win2003＋emu8086＋proteus仿真器实验日期2014.12一．实验内容基本要求1.掌握微程序控制器工作原理2.设计并实现指定模型机的微程序控制器。3.扩展要求分析该控制器的微指令结构3思考内容思考微地址生成电路和微指令结构的关系二．理论分析或算法分析实验原理（1）微程序控制电路微程序控制器的组成见下面实验电路图，其中控制存储器采用4片6116静态存储器，微命令寄存器32位，用三片8D触发器(273)和一片4D(175)触发器组成。微地址寄存器6位，用三片正沿触发的双D触发器(74)组成，它们带有清零端和置位端。在不判别测试的情况下，T2时刻打入微地址寄存器的内容即为下一条微指令地址。当T4时刻进行测试判别时，转移逻辑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。（2）微指令格式计算机原理实验室实验报告1313三．实现方法（含实现思路、程序流程图、实验电路图和源程序列表等）下图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，可得到模型机所例举的8位指令代码。有图模型机一样，所以取地址阶段微指令相同，不同的的是取数阶段。此微指令分别实现IN、ADD、STA、OUT、JMP功能。计算机原理实验室实验报告1414四．实验结果分析（含执行结果验证、输出显示信息、图形、调试过程中所遇的问题及处理方法等）1、验证了基本要求,实现了理解微程序控制器工作原理，设计并实现指定模型机的微程序控制器的功能，写出了微指令代码，进一步理解了模型机的取址和取数阶段的工作过程。五．结论通过本次实验我掌握了微程序控制器的原理，同时也掌握了微程序的编制、写入、观察微程序的运行，学习了指令的执行流程，我觉得这次实验的原理比较容易理解，实施起来也不难。思考内容：微地址生成电路是伪指令结构的具体体现或实现，前者的执行是由后者给出的指令决定。计算机原理实验室实验报告1515实验五：微程序设计实验实验环境PC机＋Win2003＋emu8086＋proteus仿真器实验日期2014.12一．实验内容1.基本要求理解微程序执行过程设计并实现指令的微程序执行过程2.扩展要求分析取指过程与微地址的关系3.思考内容思考等周期与不等周期指令系统的微程序异同二．理论分析或算法分析1、(1)微地址显示灯显示的是后续微地址，而26位显示灯显示的是当前微单元的二进制控制位。(2)微控制代码输出锁存器273(0-2)、175及后续微地址输出锁存器M7~M2(74LS74)。(3)CK0、CK1、CK2、CK3为微控制器微代码锁存输出控制位。(4)T2为后续微地址输出锁存控制位，在模型机运行状态有效。(5)微控制程序存贮器(6116)片选端CS0、CS1、CS2、CS3受控于管理CPU(89C52)。(6)微控制程序存贮器(6116)读、写端OE、WE均受控于管理CPU(89C52)。(7)SE5~SE0是指令译码的输入端，通过译码器确定相应机器指令的微代码入口地址。(8)4片245在CPU管理下产生装载微代码程序所需的四路8位数据总线及低5位地址线。(9)管理CPU(89C52)及大规模可编程逻辑器件MACH128N是系统的指挥与控制中心。2、当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，“二进制微代码表”为微程序流程图按微指令格式转化而成。计算机原理实验室实验报告1616三．实现方法（含实现思路、程序流程图、实验电路图和源程序列表等）1、计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。本实验采用五条机器指令：IN（输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件转移），其指令格式如下（前三位为操作码）：2、查找微指令表找到对应微指令的代码，即将微指令代码化。计算机原理实验室实验报告1717四．实验结果分析（含执行结果验证、输出显示信息、图形、调试过程中所遇的问题及处理方法等）1、验证了基本要求，理解了微程序执行的过程，