计算机组成原理实验报告(四个实验-图)

1福建农林大学计算机与信息学院计算机类实验报告课程名称：计算机组成原理姓名：系：计算机专业：计算机科学与技术年级：2012级学号：指导教师：张旭玲职称：讲师2014年06月22日2实验项目列表序号实验项目名称成绩指导教师1算术逻辑运算单元实验张旭玲2存储器和总线实验张旭玲3微程序控制单元实验张旭玲4指令部件模块实验张旭玲3福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：计算机专业：计算机科学与技术年级：2012级姓名：周孙彬学号：3126010050实验课程：实验室号：_______实验设备号：实验时间：指导教师签字：成绩：实验一算术逻辑运算单元实验实验目的1、掌握简单运算器的数据传输方式2、掌握74LS181的功能和应用实验要求完成不带进位位算术、逻辑运算实验。按照实验步骤完成实验项目，了解算术逻辑运算单元的运行过程。实验说明1、ALU单元实验构成（如图2-1-1）1、运算器由2片74LS181构成8位字长的ALU单元。2、2片74LS374作为2个数据锁存器（DR1、DR2），8芯插座ALU-IN作为数据输入端，可通过短8芯扁平电缆，把数据输入端连接到数据总线上。运算器的数据输出由一片74LS244（输出缓冲器）来控制，8芯插座ALU-OUT作为数据输出端，可通过短8芯扁平电缆把数据输出端连接到数据总线上。4图2-1-15图2-1-262、ALU单元的工作原理（如图2-1-2）数据输入锁存器DR1的EDR1为低电平，并且D1CK有上升沿时，把来自数据总线的数据打入锁存器DR1。同样使EDR2为低电平、D2CK有上升沿时把数据总线上的数据打入数据锁存器DR2。算术逻辑运算单元的核心是由2片74LS181组成，它可以进行2个8位二进制数的算术逻辑运算，74LS181的各种工作方式可通过设置其控制信号来实现（S0、S1、S2、S3、M、CN）。当实验者正确设置了74LS181的各个控制信号，74LS181会运算数据锁存器DR1、DR2内的数据。由于DR1、DR2已经把数据锁存，只要74LS181的控制信号不变，那么74LS181的输出数据也不会发生改变。输出缓冲器采用74LS244，当控制信号ALU-O为低电平时，74LS244导通，把74LS181的运算结果输出到数据总线；当ALU-O为高电平时，74LS244的输出为高阻。实验步骤1、不带进位位逻辑或运算实验把ALU-IN（8芯的盒型插座）与CPT-B板上的二进制开关单元中J01插座相连(对应二进制开关H16~H23)，把ALU-OUT（8芯的盒型插座）与数据总线上的DJ2相连。把D1CK和D2CK用连线连到脉冲单元的PLS1上，把EDR1、EDR2、ALU-O、S0、S1、S2、S3、CN、M接入二进制开关（请按下表接线）。控制信号接入开关位号D1CKPLS1孔D2CKPLS1孔EDR1H8孔EDR2H7孔ALU-OH6孔CNH5孔MH4孔7S3H3孔S2H2孔S1H1孔S0H0孔按启停单元中的运行按钮，使实验平台处于运行状态。二进制开关H16~H23作为数据输入，置33H（对应开关如下表）。H23H22H21H20H19H18H17H16数据总线值D7D6D5D4D3D2D1D08位数据0011001133H置各控制信号如下：H8H7H6H5H4H3H2H1H0EDR1EDR2ALU-OCNMS3S2S1S0010111110按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在D1CK上产生一个上升沿，把33H打入DR1数据锁存器，通过逻辑笔或示波器来测量确定DR1寄存器（74LS374）的输出端，检验数据是否进入DR1中。二进制开关H16~H23作为数据输入，置55H（对应开关如下表）。H23H22H21H20H19H18H17H16数据总线值D7D6D5D4D3D2D1D08位数据0101010155H置各控制信号如下：H8H7H6H5H4H3H2H1H0EDR1EDR2ALU-OCNMS3S2S1S0100111110按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在D2CK上产生一个上升沿的脉冲，把55H打入DR2数据锁存器。经过74LS181的计算，把运算结果（F=A或B）输出到数据总线上，数据总线上的LED显示灯IDB0~IDB7应该显示为77H。实验结果82、不带进位位加法运算实验二进制开关H16~H23作为数据输入，置33H（对应开关如下表）。H23H22H21H20H19H18H17H16数据总线值D7D6D5D4D3D2D1D08位数据0011001133H置各控制信号如下：H8H7H6H5H4H3H2H1H0EDR1EDR2ALU-OCNMS3S2S1S0010101001按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在D1CK上产生一个上升沿，把33H打入DR1数据锁存器，通过逻辑笔或示波器来测量确定DR1寄存器（74LS374）的输出端，检验数据是否进入DR1中。二进制开关H16~H23作为数据输入，置55H（对应开关如下表）。H23H22H21H20H19H18H17H16数据总线值D7D6D5D4D3D2D1D08位数据0101010155H置各控制信号如下：H8H7H6H5H4H3H2H1H0EDR1EDR2ALU-OCNMS3S2S1S0100101001按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在D2CK上产生一个上升沿，把55H打入DR2数据锁存器。9经过74LS181的计算，把运算结果(F=A加B)输出到数据总线上，数据总线上的LED显示灯IDB0~IDB7应该显示为88H。实验结果10实验二存储器和总线实验实验目的熟悉存储器和总线的硬件电路实验要求按照实验步骤完成实验项目，熟悉存储器的读、写操作，理解在总线上数据传输的方法。实验说明1、存储器和总线的构成总线由1片74LS245、1片74LS244组成，把整个系统分为内部总线和外部总线。2片74LS374锁存当前的数据、地址总线上的数据以供LED显示。(如图2-4-1)存储器采用静态1片RAM（6264）。存储器的控制电路由1片74LS32和74LS08组成。（如图2-4-2）图2-4-1图2-4-22、存储器和总线的原理（1）总线的原理：由于本系统内使用8根地址线、8根数据线，所以使用1片74LS245作为数据总线，另1片74LS244作为地址总线（见图2-4-3）。总线把整个系统分为内部数据、地址总线和外部数据、地址总线，由于数据总线需要进行内、外部数据的交换，所以由BUS信号来控制数据的流向，当BUS=1时数据由内到外，当BUS=0时，数据由外到内。11图2-4-3（2）由于本系统内使用8根地址线、8位数据线，所以6264的A8~A12接地，其实际容量为256个字节（如图2-4-4）。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个控制信号：地址总线设置存储器地址，RM=0时，把存储器中的数据读出到总线上；当WM=0，并且EMCK有一个上升沿时，把外部总线上的数据写入存储器中。为了更方便地编辑内存中的数据，在实验平台处于停机状态时，可由监控来编辑其中的数据。图2-4-43、控制信号说明信号名称作用有效电平BUS总线方向选择RM6264的读允许信号低电平有效WM6264的写允许信号低电平有效EMCK6264的写入脉冲信号上升沿有效12CR监控对6264的读允许信号低电平有效CW监控对6264的写允许信号低电平有效M/C监控选择程序空间或微程序空间实验步骤1、存储器的写操作把内部地址总线AJ1（8芯盒形插座）与CPT-B板上的二进制开关单元中J03插座相连（对应二进制开关H0~H7），把内部数据总线DJ8与CPT-B板上的J02插座相连（对应二进制开关H8~H15）。把EMCK连到脉冲单元的PLS1，WC、RC、BUS接入二进制的开关中。（请按下表接线）。信号定义接入开关位号EMCKPLS1孔WMH22孔RMH21孔BUSH21孔按启停单元中的运行按钮，置实验平台为运行状态。二进制开关H0~H7作为地址(A0~A7)输入，置55H（对应开关如下表）。H7H6H5H4H3H2H1H0数据总线值A7A6A5A4A3A2A1A08位数据0101010155H二进制开关H8~H15作为数据(D0~D7)输入，置66H(对应开关如下表)。H15H14H13H12H11H10H9H8数据总线值D7D6D5D4D3D2D1D08位数据0110011066H置各控制信号如下：H22H21WMRM、BUS01按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在EMCK上产生一个上升沿，数据从内部数据总线流向外部数据总线，将数据66H写入地址为55H的存储单元。2、读存储器的数据到总线上在做好实验1的基础上，保持电源开启和线路连接不变，只拔掉内部数据总线DJ8与CPT-B板上的J02插座(对应二进制开关H8~H15)的连接。按启停单元中的运行按钮，置实验平台为运行状态。二进制开关H0~H7作为地址（A0~A7）输入，置55H（对应开关如下表）13H7H6H5H4H3H2H1H0数据总线值A7A6A5A4A3A2A1A08位数据0101010155H置各控制信号如下：H22H21WMRM、BUS10按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在EMCK上产生一个上升沿，数据从外部数据总线流向内部数据总线，将存储器55H单元中的内容输出，应该为实验1中的写入的数据66H。此时数据总线上的指示灯IDB0~IDB7显示结果66H。实验结果14实验三微程序控制单元实验实验目的1、熟悉微程序控制器的原理2、掌握微程序编制、写入并观察运行状态实验要求按照实验步骤完成实验项目，掌握设置微地址、微指令输出的方法实验说明1、微程序控制单元的构成：（如图2-6-1）8位微地址寄存器由2片74LS161组成；3片6264（3*8位）为微程序存储器；24位微指令锁存器由3片74LS374组成。图2-6-1152、微程序控制单元原理：（如图2-6-2）由于本系统中指令系统规模不大、功能较简单，微指令可以采用全水平、不编码的方式，每一个微操作控制信号由1位微代码来表示，24位微代码至少可表示24个不同的微操作控制信号。如要实现更多复杂的操作可通过增加一些译码电路来实现。增量方式来控制微代码的运行顺序，每一条指令的微程序连续存放在微指令存储器连续的单元中。每一指令的微程序的入口地址是通过对指令操作码的编码来形成的。在本系统内指令码最长为8位，那么最多可形成256条指令。在微程序存储器的0单元存放取指指令，在启动时微地址寄存器清零，执行取指指令。每一段微程序都以取指指令结束，以取得下一条指令。在本系统内，MLD为置微地址的控制信号，MCK为工作脉冲。当MLD=0、MCK有上升沿时，把MD0~MD7的值作为微程序的地址，打入微地址寄存器。当MLD=1、MCK有上升沿时，微地址计数器自动加1。图2-6-2163、控制信号说明：信号名称作用有效电平MCK微程序工作脉冲上升沿用效MOCK微程序存储器输出工作脉冲低电平有效MLD微地址控制信号低电平有效MD0—MD7微地址选择开关实验步骤：将MD0~MD7、MLD接入二进制的开关上，将MCK、MOCK分别接入脉冲单元上的PLS1、PLS2上。（请按下表接线）。信号定义接入开关位号MCKPLS1孔MOCKPLS2孔MD0H0孔MD1H1孔MD2H2孔MD3H3孔MD4H4孔MD5H5孔MD6H6孔MD7H7孔MLDH23孔按启停单元中的停止按键，使实验平台处于停机状态。通过键盘把数据写入微程序存储器中，例如微地址0H中输入11H、11H、11H三个字节、在05H中输入55H、55H、55H三个字节、在06H中输入66H、66H、66H。键盘监控的使用方法请参阅第4章《键盘监控》。1、微地址打入操作按启停单元中的停止按键，使实验平台处于停机状态，此时微地址寄存器被清零。17按启停单元中的运行按键，使实验平台处于运行状态。此时微程序存储器为读状态，微地址寄存器（74LS161）确定了当前微程序存储器的地址，并且输出24位微操作（M0~M23）。按脉