計算機組成原理實驗報告

1、精選文檔實驗1 通用寄存器實驗一、實驗?zāi)康?. 熟悉通用寄存器的數(shù)據(jù)通路。2. 了解通用寄存器的構(gòu)成和運用。二、實驗要求掌握通用寄存器R3R0的讀寫操作。三、實驗原理實驗中所用的通用寄存器數(shù)據(jù)通路如下圖所示。由四片8位字長的74LS574組成R1 R0（CX）、R3 R2（DX）通用寄存器組。圖中X2 X1 X0定義輸出選通使能，SI、XP控制位為源選通控制。RWR為寄存器數(shù)據(jù)寫入使能，DI、OP為目的寄存器寫選通。DRCK信號為寄存器組打入脈沖，上升沿有效。準(zhǔn)雙向I/O輸入輸出端口用于置數(shù)操作，經(jīng)2片74LS245三態(tài)門與數(shù)據(jù)總線相連。圖2-3-3 通用寄存器數(shù)據(jù)通路四、實驗內(nèi)容1. 實驗連

2、線K23K0置“1”，滅M23M0控位顯示燈。然后按下表要求“搭接”部件控制電路。連線信號孔接入孔作用有效電平1DRCKCLOCK單元手動實驗狀態(tài)的時鐘來源上升沿打入2X2K10(M10)源部件譯碼輸入端X2三八譯碼八中選一低電平有效3X1K9(M9)源部件譯碼輸入端X14X0K8(M8)源部件譯碼輸入端X05XPK7(M7)源部件奇偶標(biāo)志：0=偶尋址，1=奇尋址6SIK20(M20)源寄存器地址：0=CX，1=DX7RWRK18(M18)通用寄存器寫使能低電平有效8DIK17(M17)目標(biāo)寄存器地址：0=CX，1=DX9OPK16(M16)目標(biāo)部件奇偶標(biāo)志：0=偶尋址，1=奇尋址2. 寄存器

3、的讀寫操作 目的通路當(dāng)RWR=0時，由DI、OP編碼產(chǎn)生目的寄存器地址，詳見下表。通用寄存器“手動搭接”目的編碼目標(biāo)使能通用寄存器目的編址功能說明RW(K18)DI(K17)OP(K16)T000R0寫001R1寫010R2寫011R3寫 通用寄存器的寫入通過“I/O輸入輸出單元”向R0、R1寄存器分別置數(shù)11h、22h，操作步驟如下：置數(shù)I/O=XX11h數(shù)據(jù)來源I/O單元寄存器R0=11hK10K7=1000按【單拍】按鈕置數(shù)I/O=XX22h寄存器R1=22h按【單拍】按鈕K18K16=000K18K16=001通過“I/O輸入輸出單元”向R2、R3寄存器分別置數(shù)33h、44h，操作步驟

4、如下：置數(shù)I/O=XX33h數(shù)據(jù)來源I/O單元寄存器R2=33hK10K7=1000按【單拍】按鈕置數(shù)I/O=XX44h寄存器R3=44h按【單拍】按鈕K18K16=010K18K16=011 源通路當(dāng)X2X0=001時，由SI、XP編碼產(chǎn)生源寄存器，詳見下表。通用寄存器“手動搭接”源編碼源使能通用寄存器源編址功能說明K10K9K8K20K7X2X1X0SIXP00100R0送總線01R1送總線10R2送總線11R3送總線 通用寄存器的讀出關(guān)閉寫使能，令K18（RWR）=1，按下流程分別讀R0、R1、R2、R3。讀R0數(shù)據(jù)來源通用寄存器數(shù)據(jù)總線顯示R0值K10K8=001K20 K7=00讀R

5、1數(shù)據(jù)總線顯示R1值K20 K7=01讀R2數(shù)據(jù)來源通用寄存器數(shù)據(jù)總線顯示R2值K10K8=001K20 K7=10讀R3數(shù)據(jù)總線顯示R3值K20 K7=11五、實驗心得通過這個實驗讓我清晰的了解了通用寄存器的構(gòu)成以及通用寄存器是如何運用的，并且熟悉了通用寄存器的數(shù)據(jù)通路，而且還深刻的掌握了通用寄存器R3R0的讀寫操作。實驗2 運算器實驗一、實驗?zāi)康恼莆瞻宋贿\算器的數(shù)據(jù)傳輸格式，驗證運算功能發(fā)生器及進位控制的組合功能。二、實驗要求完成算術(shù)、邏輯、移位運算實驗，熟悉ALU運算控制位的運用。三、實驗原理實驗中所用的運算器數(shù)據(jù)通路如圖2-3-1所示。ALU運算器由CPLD描述。運算器的輸出FUN經(jīng)過

6、74LS245三態(tài)門與數(shù)據(jù)總線相連，運算源寄存器A和暫存器B的數(shù)據(jù)輸入端分別由2個74LS574鎖存器鎖存，鎖存器的輸入端與數(shù)據(jù)總線相連，準(zhǔn)雙向I/O輸入輸出端口用來給出參與運算的數(shù)據(jù)，經(jīng)2片74LS245三態(tài)門與數(shù)據(jù)總線相連。圖2-3-1運算器數(shù)據(jù)通路圖中AWR、BWR在“搭接態(tài)”由實驗連接對應(yīng)的二進制開關(guān)控制，“0”有效，通過【單拍】按鈕產(chǎn)生的脈沖把總線上的數(shù)據(jù)打入，實現(xiàn)運算源寄存器A、暫存器B的寫入操作。四、實驗內(nèi)容1. 運算器功能編碼表2.3.1 ALU運算器編碼表算術(shù)運算邏輯運算K15K13K12K11功能K15K13K12K11功能MS2S1S0MS2S1S00000A+B+C10

7、00B0001ABC1001/A0010RLC1010A-10011RRC1011A=00100A+B1100A#B0101AB1101A&B0110RL1110A+10111RR1111A2.實驗連線K23K0置“1”，滅M23M0控位顯示燈。然后按下表要求“搭接”部件控制電路。表2.3.2 運算實驗電路搭接表連線信號孔接入孔作用有效電平1DRCKCLOCK單元手動實驗狀態(tài)的時鐘源上升沿打入2X2K10(M10)源部件譯碼輸入端X2三八譯碼八中選一低電平有效3X1K9(M9)源部件譯碼輸入端X14X0K8(M8)源部件譯碼輸入端X05XPK7(M7)源部件奇偶標(biāo)志：0=偶尋址，1=奇

8、尋址6MK15(M15)運算控制位：0=算術(shù)運算，1=邏輯運算7S2K13(M13)運算狀態(tài)位S28S1K12(M12)運算狀態(tài)位S19S0K11(M11)運算狀態(tài)位S010AWRK17(M17)A運算源寄存器寫使能低電平有效11BWRK18(M18)B運算源暫存器寫使能低電平有效示例1 算術(shù)運算1. 運算源寄存器寫流程通過I/O單元“S7S0”開關(guān)向累加器A和暫存器B置數(shù)，具體操作步驟如下：置數(shù)I/O=XX44h數(shù)據(jù)來源I/O單元累加器A=44K10K7=1000按【單拍】按鈕置數(shù)I/O=XX22h暫存器B=22按【單拍】按鈕K18 K17=10K18 K17=012. 運算源寄存器讀流程關(guān)

9、閉A、B寫使能，令K18=K17=“1”，按下流程分別讀A、B。讀AK15=1數(shù)據(jù)來源FUN數(shù)據(jù)總線DBUS=AK10K7=1100K13K11=111讀BK15=1K13K11=000數(shù)據(jù)總線DBUS=B3. 加法與減法運算令M S2 S1 S0（K15 K13K11=0100），為算術(shù)加，F(xiàn)UN及總線單元顯示A+B的結(jié)果令M S2 S1 S0（K15 K13K11=0101），為算術(shù)減，F(xiàn)UN及總線單元顯示AB的結(jié)果。示例2邏輯運算1. 運算源寄存器寫流程通過“I/O輸入輸出單元”開關(guān)向寄存器A和B置數(shù)，具體操作步驟如下：置數(shù)I/O=XX22h數(shù)據(jù)來源I/O單元累加器A=22K10K7=1

10、000按【單拍】按鈕置數(shù)I/O=XX44h暫存器B=44按【單拍】按鈕K18 K17=10K18 K17=012. 運算源寄存器讀流程關(guān)閉A、B寫使能，令K17= K18=1，按下流程分別讀A、B。讀AK15=1數(shù)據(jù)來源FUN數(shù)據(jù)總線DBUS=AK10K7=1100K13K11=111讀BK15=1K13K11=000數(shù)據(jù)總線DBUS=B 若運算控制位設(shè)為（M S2 S1 S0=1111）則F=A，即A內(nèi)容送到數(shù)據(jù)總線。 若運算控制位設(shè)為（M S2 S1 S0=1000）則F=B，即B內(nèi)容送到數(shù)據(jù)總線。3. 邏輯運算令M S2 S1 S0（K15 K13K11=1101），為邏輯與，F(xiàn)UN及總

11、線顯示A邏輯與B的結(jié)果。令M S2 S1 S0（K15 K13K11=1100），為邏輯或，F(xiàn)UN及總線顯示A邏輯或B的結(jié)果。示例3 移位運算(1) A寄存器置數(shù)撥動“I/O輸入輸出單元”開關(guān)向移位源寄存器A置數(shù)，具體操作步驟如下：置數(shù)I/O=XX80h數(shù)據(jù)來源I/O單元寫數(shù)A=80K10K7=1000按【單拍】按鈕關(guān)寫控位K18 K17=10K18 K17=11(2) A寄存器移位流程改變K13 K11移位控制數(shù)據(jù)來源FUNDBUS=FUNK10K7=1100 移位結(jié)果打入A按【單拍】按鈕K17 K15 K12=001 完成上流程的操作后，按表2.3.3改變K13、K11的狀態(tài)，再按動【單拍

12、】鈕，觀察A的變化。 當(dāng)K13 K11=11，每按一次【單拍】鈕，A右移一位。 當(dāng)K13 K11=10，每按一次【單拍】鈕，A左移一位。 當(dāng)K13 K11=01，每按一次【單拍】鈕，A帶進位右移一位。 當(dāng)K13 K11=00，每按一次【單拍】鈕，A帶進位左移一位。實驗思考：驗證表2.3 .1 ALU運算器編碼表所列的運算功能。在給定A=55h、B=77h的情況下，K23K0置“1”，改變運算器的功能設(shè)置位M S2 S1 S0（K15 K13K11），觀察運算器的輸出，填入下頁表格中，并和理論分析進行比較、驗證。表2.3.4ALU運算器真值表運算控制運算表達式K15K13K12K11AB運算結(jié)果

13、MS2S1S0帶進位算術(shù)加A+B+C00005577FUN=( CC )帶借位算術(shù)減A-B-C00015577FUN=( DE )帶進位左移RLC A00105577FUN=( AA )帶進位右移RRC A0011FUN=( 2A )算術(shù)加A+B0100FUN=( CC )算術(shù)減A-B0101FUN=( DE )左移RL A0110FUN=( AA )右移RR A0111FUN=( AA )取B值B10005577FUN=( 77 )A取反NOT A10015577FUN=( AA )A減1A-110105577FUN=( 54 )清零01011FUN=( 00 )邏輯或A OR B1100F

14、UN=( 77 )邏輯與A AND B1101FUN=( 55 )A加1A+11110FUN=( 56 )取A值A(chǔ)1111FUN=( 55 )五、實驗心得這個實現(xiàn)讓我掌握了八位運算器的數(shù)據(jù)傳輸格式，并且驗證運算功能發(fā)生器及進位控制的組合功能，順利的完成了算術(shù)、邏輯、移位運算的實驗，熟悉了ALU運算控制位的運用。實驗3 準(zhǔn)雙向I/O口實驗一、實驗?zāi)康氖煜づc了解準(zhǔn)雙向I/O口的構(gòu)成原理。二、實驗要求掌握準(zhǔn)雙向I/O口的輸入輸出特性的運用。三、實驗原理Dais-CMX08+向用戶提供的是按準(zhǔn)雙向原理設(shè)計的十六位輸入/輸出I/O口，當(dāng)該位為“1”時才能用作輸入源，上電或復(fù)位（手動態(tài)按【返回】鍵），該十

15、六位I/O口被置位（即為“0FFFFh”）。通常情況下，在用作輸入的時候就不能再有輸出定義。電路結(jié)構(gòu)如圖2-3-4所示。該口外接十六位二進制數(shù)據(jù)開關(guān)，適用于外部數(shù)據(jù)的輸入，該口跨接十六個發(fā)光二極管和經(jīng)緩沖驅(qū)動的四個七段顯示，能以二進制和十六進制兩種方式顯示I/O口的輸入輸出狀態(tài)。發(fā)光管在高電平“1”時發(fā)光點亮。圖2-3-4 準(zhǔn)雙向I/O電路實驗中所用的I/O口數(shù)據(jù)通路如圖2-3-5所示。I/O的輸入經(jīng)2片74LS245緩沖與數(shù)據(jù)總線相連，I/O口的輸出由2片74LS574鎖存后輸出，鎖存器的輸入端與數(shù)據(jù)總線相連。圖2-3-5 十六位I/O的數(shù)據(jù)通路四、實驗內(nèi)容1. 實驗連線K23K0置“1”，

16、滅M23M0控位顯示燈。然后按下表要求“搭接”部件控制電路。連線信號孔接入孔作用有效電平1IOCKCLOCK單元手動實驗狀態(tài)的時鐘來源上升沿打入2X2K10(M10)源部件譯碼輸入端X2三八譯碼八中選一低電平有效3X1K9(M9)源部件譯碼輸入端X14X0K8(M8)源部件譯碼輸入端X05XPK7(M7)源部件奇偶標(biāo)志：0=偶尋址，1=奇尋址6IOWK17(M17)I/O輸出使能，本例定義到M17位低電平有效7OPK16(M16)目標(biāo)部件奇偶標(biāo)志：0=偶尋址，1=奇尋址2. 搭接方式I/O的尋址定義I/O口源編址I/O口目的編址源編碼I/O編址注釋目的I/O編址注釋K10K9K8K7K17K1

17、6X2X1X0XPIOWOP1000S7S0讀00S7S0寫1S15S8讀1S15S0寫3. I/O口奇送偶（S15S8送 S7S0）置數(shù)S15S8=66數(shù)據(jù)來源S15S8寫數(shù)據(jù)S7S0=66K10K7=1001K17K16=00I/O開關(guān)S15S0置1按【返回】鍵按【單拍】按鈕4. I/O口偶送奇（S7S0送S15S8）置數(shù)S7S0=99數(shù)據(jù)來源S7S0寫數(shù)據(jù)S15S8=99K10K7=1000K17K16=01I/O開關(guān)S15S0置1按【返回】鍵按【單拍】按鈕五、實驗心得通過這個實現(xiàn)讓我徹底的掌握了準(zhǔn)雙向I/O口的輸入/輸出特性的運用，并且熟悉與了解了準(zhǔn)雙向I/O口的構(gòu)成原理。實驗4 地址

18、總線組成實驗一、實驗?zāi)繒A1. 熟悉和了解地址總線的組成結(jié)構(gòu)、地址來源及集合原理。2. 掌握程序段與數(shù)據(jù)段的尋址規(guī)則及地址部件的運用技巧。二、實驗要求通過地址形成部件實驗，建立“段”概念，學(xué)會“段”運用。三、實驗原理地址總線的作用是傳遞地址信息，輸出當(dāng)前數(shù)據(jù)總線上發(fā)送信息的源地址或接收信息的目的地址。如下圖所示本系統(tǒng)設(shè)有程序與數(shù)據(jù)兩條地址總線，通過PC計數(shù)器提供程序存儲器地址，并由地址寄存器AR傳遞數(shù)據(jù)存儲器地址及外設(shè)地址，通過指令總線送AR形成指令定義的內(nèi)存地址。圖2-3-6地址總線組成通路1. 8位內(nèi)存地址Addr如圖2-3-6所示，本系統(tǒng)從提高信息存取效率的角度設(shè)計存儲器地址通路，按現(xiàn)代計

19、算機體系結(jié)構(gòu)中最為典型的分段存取理念合成存儲器地址總線addr，在指令操作“時段”（取操作碼與取操作數(shù)），以當(dāng)前程序指針PC為址；遇數(shù)據(jù)與內(nèi)存?zhèn)鬟f“時段”，以當(dāng)前數(shù)據(jù)指針AR為址。addr地址的合成通路見圖2-3-6。其尋址范圍為00FFh。2. 8位外設(shè)地址Address如圖2-3-6所示，本系統(tǒng)外設(shè)地址總線Address由地址鎖存器AR直接提供，在P4頁圖1-5-1所示的XRD、XWR、ALE等外設(shè)控制信號的管理下，通過外DBUG數(shù)據(jù)總線完成外設(shè)信息由內(nèi)到外或由外到內(nèi)的傳遞。其尋址范圍為00FF，可達256字節(jié)。四、實驗內(nèi)容1. 程序計數(shù)器實驗圖2-3-7所示的PC指針由2片161組成八位

20、程序計數(shù)器，計數(shù)器的輸入端與總線相連構(gòu)成PC裝載通路，計數(shù)器的輸出端途經(jīng)三態(tài)門緩沖分離為兩條通路，其一與總線相連構(gòu)成程序指針訪問通路，其二與地址寄存器AR集合組成存儲器地址總線。它的清零端由中央外理器單元直控，上電時PC計數(shù)器自動清零，在手動實驗中，按【返回】鍵亦可實現(xiàn)計數(shù)器的強制清零。手控“搭接”狀態(tài)，本實驗由下表定義PC計數(shù)器的預(yù)置與加1操作，實驗中以準(zhǔn)雙向I/O部件的S7S0為計數(shù)器預(yù)置源。當(dāng)IP=0時按單拍按鈕，遇E/M=“0”，在脈沖下降沿把S7S0的內(nèi)容裝入PC計數(shù)器；遇E/M=“1”，在脈沖下降沿完成PC計數(shù)器加1操作。目標(biāo)部件定義節(jié)拍功能說明K23K22T上升沿打入E/MLDP

21、CX1XPC保持10PC加100PC裝載說明：“”表示上升沿有效PC讀出由P8頁表2.2源編碼表定義，在X2X0（K10K8=000）時，當(dāng)前PC送總線。 2. 實驗連線K23K0置“1”，滅M23M0控位顯示燈。然后按下表要求“搭接”部件控制電路。連線信號孔接入孔作用有效電平1DRCKCLOCK單元手動實驗狀態(tài)的時鐘來源上升沿打入2X2K10(M10)源部件譯碼輸入端X2三八譯碼八中選一低電平有效3X1K9(M9)源部件譯碼輸入端X14X0K8(M8)源部件譯碼輸入端X05XPK7(M7)源部件奇偶標(biāo)志：0=偶尋址，1=奇尋址6LDARK19(M19)數(shù)據(jù)存儲器地址指針，本例定義K197LD

22、PCK22(M22)PC程序計數(shù)器更新位，本例定義到K22低電平有效8E/MK23(M23)當(dāng)IP有效時，E/M：0=PC裝載，1=PC加12）程序計數(shù)器PC的寫入、讀出與加1通過“I/O單元”開關(guān)向程序計數(shù)器PC置數(shù)，按【單拍】按鈕完成PC指針的裝載；然后K23、K22置“1”，令K10K8為“0”，執(zhí)行PC讀操作。再令K23 K22=“10”，實現(xiàn)PC+1置數(shù)I/O=XX10h數(shù)據(jù)來源I/O單元打PCPC=10hK10K7=1000按【單拍】按鈕K23 K22=00PC送DBUSK23 K22=10K10K8=000PC加1按【單拍】按鈕保持PC+1狀態(tài)，按【單拍】按鈕，在CLOCK的上升

23、沿PC加1并送數(shù)據(jù)總線，程序計數(shù)器和總線單元顯示12h。繼續(xù)按【單拍】按鈕，觀察PC與總線內(nèi)容的變化。3、地址寄存器實驗圖2-3-7所示的AR由1片74LS574鎖存器構(gòu)成八位數(shù)據(jù)指針，鎖存器的輸入端與總線相連構(gòu)成置數(shù)通路，鎖存器的輸出端途經(jīng)三態(tài)門緩沖分離與PC計數(shù)器集合組成存儲器地址總線及外設(shè)總線。由中央外理器單元控制鎖存器的清零，在手動實驗中，按【返回】鍵即可實現(xiàn)AR鎖存器的強制清零。1）地址寄存器AR打入在手控“搭接”態(tài)，數(shù)據(jù)指針AR由LDAR及DRCK（CLOCK脈沖）二信號組合控制地址的裝入操作。本實驗以總線上準(zhǔn)雙向I/O部件的S7S0為置數(shù)源。當(dāng)K19=0時，按【單拍】鈕，在脈沖下

24、降沿把S7S0的內(nèi)容裝入地址鎖存器AR。操作步驟如下：置數(shù)I/O=XX06h數(shù)據(jù)來源I/O單元AR=06hK10K7=1000按【單拍】按鈕K23 K22 K19=110AR送AddrK10K8=01106送總線K23 K19=01五、實驗心得本次實現(xiàn)我熟悉和了解了地址總線的組成結(jié)構(gòu)、地址來源及集合原理，學(xué)習(xí)到了程序段與數(shù)據(jù)段的尋址規(guī)則以及地址部件的運用技巧，通過地址如何形成部件實驗，建立“段”概念，學(xué)會“段”運用。實驗5 存儲器讀寫實驗一、實驗?zāi)康氖煜ず土私獯鎯ζ鹘M織與總線組成的數(shù)據(jù)通路。二、實驗要求按照實驗步驟完成實驗項目，掌握存儲部件在原理計算機中的運用。三、實驗原理存儲器是計算機的存儲

25、部件，用于存放程序和數(shù)據(jù)。存儲器是計算機信息存儲的核心，是計算機必不可少的部件之一，計算機就是按存放在存儲器中的程序自動有序不間斷地進行工作。本系統(tǒng)從提高存儲器存儲信息效率的角度設(shè)計數(shù)據(jù)通路，按現(xiàn)代計算機中最為典型的分段存儲理念把存儲器組織劃分為程序段、數(shù)據(jù)段、內(nèi)存或堆棧段，由此派生了數(shù)據(jù)總線（DBus）、指令總線（IBus）、微總線（Bus）等與現(xiàn)代計算機設(shè)計規(guī)范相吻合的實驗環(huán)境。實驗所用的存儲器電路原理如圖2-3-8所示，該存儲器組織由一片6116構(gòu)成具有段概念的信息存儲體系，該存儲體系A(chǔ)ddr由IP指針和AR指針分時提供，E/M控位為“1”時選通IP，反之選通AR。該存儲器可動態(tài)變更程序

26、源與數(shù)據(jù)源，把我們的教學(xué)實驗提高到能與現(xiàn)代計算機設(shè)計規(guī)范相匹配與接軌的層面。圖2-3-8 存儲器數(shù)據(jù)通路四、實驗內(nèi)容1. 實驗連線K23K0置“1”，滅M23M0控位顯示燈。然后按下表要求“搭接”部件控制電路。連線信號孔接入孔作用有效電平1MOCKCLOCK單元手動實驗狀態(tài)的時鐘來源上升沿打入2X2K10(M10)源部件譯碼輸入端X2三八譯碼八中選一低電平有效3X1K9(M9)源部件譯碼輸入端X14X0K8(M8)源部件譯碼輸入端X05XPK7(M7)I/O部件奇偶標(biāo)志：0=偶尋址，1=奇尋址6E/MK23(M23)Addr地址段定義：0=AR指針，1=PC指針7MWRK21(M21)存儲器寫使能：0=存儲器寫，1=存儲器讀8LDARK19(M19)AR地址寄存器寫使能 低電平有效9LDPCK22(M22)PC裝載與PC+1 低電平有效2. 存儲器數(shù)據(jù)段讀寫操作(1) 數(shù)據(jù)段寫操作按下流程從0址單元開始，向數(shù)據(jù)段00h05h單元依次寫入11 22 33 44 55 66。置地址S7S0=00hI/O=0000h打地址00ARK10K7=100