計算機組成原理試驗

1、成績:計算機原理實驗室實驗報告課程：計算機組成原理姓名：姜香玉專業(yè)：網(wǎng)絡(luò)工程學(xué)號：132055215日期：2015年12月太原工業(yè)學(xué)院計算機工程系計算機原理實驗室實驗報告實驗一：運算器實驗實驗環(huán)境PC機+ Win 2003 + emu8086+ proteus 仿真器實驗日期2015 年.10一實驗內(nèi)容1. 熟悉proteus仿真系統(tǒng)2. 設(shè)計并驗證4位算數(shù)邏輯單元的功能3. 實現(xiàn)輸入輸出鎖存4. 實現(xiàn)8位算數(shù)邏輯單元二.理論分析或算法分析實驗原理：算術(shù)邏輯運算單元的核心是由74LS181構(gòu)成，它可以進行二進制數(shù)的算術(shù)邏輯運算，74LS181的各種工作方式可通過設(shè)置其控制信號來實現(xiàn)。當(dāng)正確設(shè)置

2、74LS181的各個控制信號，74LS181會運算數(shù)據(jù)鎖存器內(nèi)的數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)鎖存器已經(jīng)把數(shù)據(jù)鎖存， 只要74LS181的控制信號不變，那么 74LS181的輸出數(shù)據(jù)也不會發(fā)生改變。輸出緩沖 器米用74LS245，當(dāng)控制信號為低電平時，74LS245導(dǎo)通，把74LS181的運算結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)總線，高電平時，74LS245的輸出為高阻。實驗中所用的運算器數(shù)據(jù)通路如圖所示。其中運算器由兩片 74LS181以并/串形式構(gòu)成8位字長的ALU。運算器的輸出經(jīng)過一個三態(tài)門(74LS245)以8芯扁平線方式和數(shù)據(jù)總線相連， 運算器的2個數(shù)據(jù)輸入端分別由二個鎖存器(74LS273)鎖存，鎖存器的輸入亦以8芯扁

3、平線方式與數(shù)據(jù)總線相連，數(shù)據(jù)開關(guān)(INPUT DEVICE)用來給出參與運算的數(shù)據(jù)，經(jīng)一三態(tài)門(74LS245)以8芯扁平線方式和數(shù)據(jù)總線相連，數(shù)據(jù)顯示燈(BUS UNIT)已和數(shù)據(jù)總線相連，用來顯示數(shù)據(jù)總線內(nèi)容。三.實現(xiàn)萬法 （含實現(xiàn)思路、程序流程圖、實驗電路圖和源程序列表等）實現(xiàn)電路圖：1.設(shè)計并驗證4位算數(shù)邏輯單元的功能BOn_2_111JEl I IdE三nia巴4TT"?旳合4T0TE一fli 7七 m/lrJHH 茁刃 一'rUEU1-D1AofuAl門&n疋inD3Imcn*d0JPCN93 1.1V IrI*.In i"r-2.實現(xiàn)8位算數(shù)邏

4、輯單元四.實驗結(jié)果分析（含執(zhí)行結(jié)果驗證、輸岀顯示信息、圖形、調(diào)試過程中所遇的問題及處理方法等 ）（一）驗證了基本要求，實現(xiàn)了設(shè)計并驗證4位算數(shù)邏輯單元、實現(xiàn)輸入輸出鎖存、實現(xiàn) 8位算數(shù)邏輯單元的功能.運行結(jié)果：圖一耳工二loiADn>ifalpiA2FZF?口口Bl號孑bnsPCiNSDai32»U4 :* ,-LTEK7P.,圖口 p 機 E哲 i. 口 z0 a CJ 3 <3 C O 5日石吳畀習(xí)忍丹占！ +U1AJAlA2 姐LED CAEEN 一 F匸？-山"1 rr >1甘 b.>： 1 A（二）思考問題：單總線，雙總線和三總線結(jié)構(gòu)在設(shè)計

5、上的異同答：單總線結(jié)構(gòu)：對這種結(jié)構(gòu)的運算器來說，在同一時間內(nèi)，只能有一個操作數(shù)放在單總線上。為了把兩個操作數(shù)輸入到ALU，需要分兩次來做，而且還需要 A，B兩個緩沖寄存器。這種結(jié)構(gòu)的主要缺點是操作速度較慢。雖然在這種結(jié)構(gòu)中輸入數(shù)據(jù)和操作 結(jié)果需要三次串行的選通操作，但它并不會對每種指令都增加很多執(zhí)行時間。只有在對 全都是CPU寄存器中的兩個操作數(shù)進行操作時，單總線結(jié)構(gòu)的運算器才會造成一定的 時間損失。但是由于它只控制一條總線，故控制電路比較簡單。雙總線結(jié)構(gòu)：在這種結(jié)構(gòu)中，兩個操作數(shù)同時加到ALU進行運算，只需一次操作控制，而且馬上就可以得到運算結(jié)果。兩條總線各自把其數(shù)據(jù)送至ALU的輸入端因而必

6、須在ALU輸出端設(shè)置緩沖寄存器。為此，操作的控制要分兩步完成：（1 ）在ALU的兩個輸入端輸入操作數(shù)，形成結(jié)果并送入緩沖寄存器；（2 ）把結(jié)果送入目的寄存器。三總線結(jié)構(gòu)：在三總線結(jié)構(gòu)中， ALU的兩個輸入端分別由兩條總線供給，而 ALU 的輸出則與第三條總線相連。 這樣，算術(shù)邏輯操作就可以在一步的控制之內(nèi)完成。另外,設(shè)置了一個總線旁路器。如果一個操作數(shù)不需要修改，而直接從總線2傳送到總線3，那么可以通過控制總線旁路器把數(shù)據(jù)傳出；如需要修改，那么就借助于ALU。五.結(jié)論完成了本次實驗要求的設(shè)計并驗證4位算數(shù)邏輯單元、實現(xiàn)輸入輸出鎖存、實現(xiàn)8位算數(shù)邏輯單元的實驗內(nèi)容。學(xué)會了如何使用proteus仿

7、真系統(tǒng)，掌握了運算器工作原理，熟悉了算術(shù)運算的運算過程以及控制這種運算的方法。實驗二：寄存器實驗實驗環(huán)境PC機+ Win 2003 + emu8086+ proteus 仿真器實驗日期2015.10一實驗內(nèi)容1理解CPU運算器中寄存器的作用2設(shè)計并驗證寄存器組（至少四個寄存器）3實現(xiàn)更多的寄存器（至少 8個）二.理論分析或算法分析單元電路：實驗中所用的寄存器數(shù)據(jù)通路如圖所示。由74LS373組成寄存器組成。寄存器的輸入接口用一 8芯扁平線連至BUS總線接口，而寄存器的輸出接口用一 8芯扁平線連至BUS 總線接口。經(jīng) CBA二進制控制開關(guān)譯碼產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸出選通信號，LDR0、LDR1、LDR2為數(shù)

8、據(jù)寫入允許信號，由二進制控制開關(guān)模擬，均為高電平有效。三.實現(xiàn)萬法 （含實現(xiàn)思路、程序流程圖、實驗電路圖和源程序列表等）實驗電路：1.設(shè)計并驗證寄存器組LEE FlJ/E_ 'zTEKTa.SW& fl&l L11Lia 也ii.11IE2.擴展成四組（由于空間有限，只能實現(xiàn)兩組）V-B1* »BZ F叫 I r滬id.期 和 frH? -K、1；DQ扌jiJbB2l1-2>ii-Mb!«.'! I*IT!<FIEIKbll&II何切，.四.實驗結(jié)果分析 （含執(zhí)行結(jié)果驗證、輸岀顯示信息、圖形、調(diào)試過程中所遇的問題及處理方法

9、等）（一）驗證了基本要求，實現(xiàn)了設(shè)計并驗證寄存器組（至少四個寄存器）、實現(xiàn)更多的寄存器（至少8個）的功能.運行結(jié)果：圖一in1 krci:-hl*4；"吐Lit呻、 IT（二）思考問題：隨著寄存器的增多，電路設(shè)計的復(fù)雜度是什么比例增大答：在電路設(shè)計中，隨著寄存器的增多，電路設(shè)計的復(fù)雜程度是成倍增大的。五.結(jié)論完成了本次實驗要求的設(shè)計并驗證寄存器組（至少四個寄存器）、實現(xiàn)更多的寄存器（至少8個）的功能的實驗內(nèi)容。學(xué)會了如何擴展多組寄存器以及寄存器的工作原理明白了 CPU運算器中計算器的作用：（1 ）可將寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)執(zhí)行算術(shù)及邏輯運算。（2）存于寄存器內(nèi)的地址可用來指向內(nèi)存的某個位置，

10、即尋址。（3）可以用來讀寫數(shù)據(jù)到電腦的周邊設(shè)備。19實驗三：輸入輸出實驗實驗環(huán)境 ISIS仿真軟件實驗日期2015.11實現(xiàn)方法：實驗（1）實驗（2）二7-M-尊>lCQ-HHiM瞬PT佛 aHrAIJHH忙舁U2尋閔！r«*««:MEU-C PT聊叩叭2A ” -3"J亠烈州W 1.1-» I .I ? J. 4 -fi. r rlir自 BdlwsipE-B實驗結(jié)果分析*eri誰戸簽-實驗四：微程序控制器實驗實驗環(huán)境 PC機+Win7+ proteus仿真器實驗日期 2015.12一實驗內(nèi)容 基本要求：1.掌握微程序控制器工作原理 2

11、設(shè)計并實現(xiàn)指令的微程序片段二. 理論分析或算法分析程序查詢方式是最簡單、經(jīng)濟的I/O方式，通常接口中至少有兩個寄存器，一個是數(shù)據(jù)緩沖寄存器，即數(shù)據(jù)端口，用來存放與方式，通常接口中至少有兩個寄存器，一個是數(shù) 據(jù)緩沖寄存器，即數(shù)據(jù)端口，用來存放與CPU進行傳送的數(shù)據(jù)信息；另一個是供進行傳送的數(shù)據(jù)信息；另一個是供 CPU查詢的設(shè)備狀態(tài)寄存器，這個寄存器由多個標(biāo)志位組成， 其中最重要的是“外設(shè)準(zhǔn)備就緒”標(biāo)志（輸入或輸出設(shè)備的準(zhǔn)備就緒標(biāo)志可以不是同一位）<當(dāng)要的是“外設(shè)準(zhǔn)備就緒”標(biāo)志（輸入或輸出設(shè)備的準(zhǔn)備就緒標(biāo)志可以不是同一位）。當(dāng)CPU得到這位標(biāo)志后就進行判斷，以決定下一步是繼續(xù)循環(huán)等待還是進行

12、得到這位標(biāo)志后 就進行判斷，以決定下一步是繼續(xù)循環(huán)等待還是進行I/O傳送。三. 實現(xiàn)方法（含實現(xiàn)思路、程序流程圖、實驗電路圖和源程序列表等） 實驗電路圖將數(shù)據(jù)送入鎖存器：CPU從鎖存器中讀取數(shù)據(jù):準(zhǔn)備讀取下一個數(shù)據(jù):U3 軒Mh呢 Ebl*/一亙己im jamiLJ2£4四. 實驗結(jié)果分析 （含執(zhí)行結(jié)果驗證、輸岀顯示信息、圖形、調(diào)試過程中所遇的問題及處理方法等）過程分析：在輸入設(shè)備準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)時，發(fā)出一個選通信號KEY-BUS將數(shù)據(jù)通過總線接 收器74LS245送入總線，然后通過總線把數(shù)據(jù)傳送到鎖存器74LS373 （圖中的U2）,同時將D觸發(fā)器U3:B的Q輸出端置為1 （即燈READ

13、_NEXT）,表示接口 中已經(jīng)有數(shù)據(jù)（即準(zhǔn)備就緒）。CPU要從外設(shè)輸入數(shù)據(jù)時，先執(zhí)行輸入指令讀取 狀態(tài)字，如READ_NEXT=再執(zhí)行輸入指令從鎖存器中讀取數(shù)據(jù)，同時把DE_C2 置為1,表示可以準(zhǔn)備從外設(shè)接收下一個數(shù)據(jù)； 如果READ_NEXT=（M踏步等待， 直至READ NEXT為止。五. 結(jié)論通過本次實驗，我掌握了程序查詢的基本思想以及工作流程。通過仿真電 路，雖然實驗中遇到問題，但在老師和同學(xué)的幫助下，最終還是實現(xiàn)了程序查 詢方式的輸入接口和輸出接口的工作流程仿真，完成了本次實驗。實驗五：微程序設(shè)計實驗實驗環(huán)境PC機+ Win 2003 + proteus 仿真器實驗日期2015.1

14、2一實驗內(nèi)容1. 了解微程序執(zhí)行過程2. 設(shè)計并實現(xiàn)指令的微程序執(zhí)行過程3. 分析取指過程與微地址的關(guān)系二、理論分析或算法分析1、微程序的設(shè)計理論分析或算法分析微地址顯示燈顯示的是后續(xù)微地址，而26位顯示燈顯示的是當(dāng)前微單元的二進制控制位。微控制代碼輸出鎖存器 273(0-2)、175及后續(xù)微地址輸出鎖存器 M7M2(74LS74)oCK0、CK1、CK2 CK3為微控制器微代碼鎖存輸出控制位。T2為后續(xù)微地址輸出鎖存控制位，在模型機運行狀態(tài)有效。微控制程序存貯器(6116)片選端CS0 CS1、CS2 CS3受控于管理 CPU(89C52)o微控制程序存貯器(6116)讀、寫端OE WE勻受

15、控于管理 CPU(89C52)。SE5SE0是指令譯碼的輸入端，通過譯碼器確定相應(yīng)機器指令的微代碼入口地址。4片245在CPU管理下產(chǎn)生裝載微代碼程序所需的四路8位數(shù)據(jù)總線及低5位地址線。管理CPU(89C52)及大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨧ACH128I是系統(tǒng)的指揮與控制中心。這種方式的特點是微程序控制部件中的微地址中的微地址產(chǎn)生線路主要是微地址計數(shù)器MPC, MPC的初值由微程序首址形成線路根據(jù)指令操作碼編碼形成，在微程序執(zhí)行過程中該計數(shù)器增量計數(shù)，產(chǎn)生下一條微指令地址。這使得微指令格式中可以不設(shè)置“下 地址場”，縮短了微指令長度，也使微程序控制部件結(jié)構(gòu)較簡單。但微程序必須存放在控 存若干連續(xù)單元中。2）斷定方式微程序控制部件示意圖微指令中設(shè)有“下地址場”，他指出下條微指令的地址，這使一條指令的微程序中的微指令在控存中不一定要連續(xù)存放。在微程序執(zhí)行過程中。微程序控制部件中的微地址形成電路直接接受微指令下地址場信息來產(chǎn)生下條微指令地址，微程序的首址也由此微地址形成線路根據(jù)指令操作碼產(chǎn)生三、實現(xiàn)方法（含實現(xiàn)思路、程序流程圖、實驗電路圖和源程序列表等）將全部微程序微指令格式變址的二進制代碼表三*四.實驗結(jié)果分析 （含執(zhí)行結(jié)果驗證、輸岀顯示信息、圖形、調(diào)試過程中所遇的問題及處理方法等）（一）驗證了基本要求，實現(xiàn)了設(shè)計并實現(xiàn)指令的微程序執(zhí)行過程、分析取