計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)

1、成績(jī):計(jì)算機(jī)原理實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程：計(jì)算機(jī)組成原理姓名：姜香玉專業(yè)：網(wǎng)絡(luò)工程學(xué) 號(hào)：132055215日期：2015年12月太原工業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系計(jì)算機(jī)原理實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)一：運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境PC機(jī)+ Win 2003 + emu8086+ proteus仿真器實(shí)驗(yàn)日期2015年.10一.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .熟悉proteus仿真系統(tǒng)2 .設(shè)計(jì)并驗(yàn)證4位算數(shù)邏輯單元的功能3 .實(shí)現(xiàn)輸入輸出鎖存4 .實(shí)現(xiàn)8位算數(shù)邏輯單元二.理論分析或算法分析實(shí)驗(yàn)原理：算術(shù)邏輯運(yùn)算單元的核心是由74LS181構(gòu)成，它可以進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)邏輯運(yùn)算，74LS181的各種工作方式可通過(guò)設(shè)置其控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)正確設(shè)置

2、74LS181的各個(gè)控制信號(hào)，74LS181會(huì)運(yùn)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(hào)不變，那么 74LS181的輸出數(shù)據(jù)也不會(huì)發(fā)生改變。輸出緩沖 器采用74LS245 ,當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，74LS245導(dǎo)通，把74LS181的運(yùn)算結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)總線，高電平時(shí)，74LS245的輸出為高阻。實(shí)驗(yàn)中所用的運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路如圖所示。其中運(yùn)算器由兩片 74LS181以并/串形式構(gòu)成8位字長(zhǎng)的ALU。運(yùn)算器的輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)三態(tài)門(74LS245)以8芯扁平線方式和數(shù)據(jù)總線相連， 運(yùn)算器的2個(gè)數(shù)據(jù)輸入端分別由二個(gè)鎖存器(74LS273)鎖存，鎖存器的輸入亦以8芯

3、扁平線方式與數(shù)據(jù)總線相連，數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)(INPUT DEVICE)用來(lái)給出參與運(yùn)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(lái)顯示數(shù)據(jù)總線內(nèi)容。三.實(shí)現(xiàn)萬(wàn)法 （含實(shí)現(xiàn)思路、程序流程圖、實(shí)驗(yàn)電路圖和源程序列表等）實(shí)現(xiàn)電路圖：1.設(shè)計(jì)并驗(yàn)證4位算數(shù)邏輯單元的功能加二：口1/ IJ-A. I A?.ii=iFrnUTEHT日0 IJ HHa gjiF.Sm鄉(xiāng)戶內(nèi)， jfTFXTr ,Fl U口ITIS_2.實(shí)現(xiàn)8位算數(shù)邏輯單元把二一：二巴士之 七七日信-四,實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 （含執(zhí)行結(jié)果驗(yàn)證、輸出顯示信息、圖形、調(diào)試過(guò)程中所遇的問(wèn)題

4、及處理方法等 ）（一）驗(yàn)證了基本要求，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)并驗(yàn)證4位算數(shù)邏輯單元、實(shí)現(xiàn)輸入輸出鎖存、實(shí)現(xiàn)8位算數(shù)邏輯單元的功能.運(yùn)行結(jié)果：圖一ar鼻通州口 pd m m g m 0 Cl CJ 3 <3 C O 5日五只除ry:胴靖見(jiàn)” I,一 F -LF山（二）思考問(wèn)題：?jiǎn)慰偩€，雙總線和三總線結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上的異同答：?jiǎn)慰偩€結(jié)構(gòu)：對(duì)這種結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器來(lái)說(shuō)，在同一時(shí)間內(nèi)，只能有一個(gè)操作數(shù)放在單總線上。為了把兩個(gè)操作數(shù)輸入到ALU,需要分兩次來(lái)做，而且還需要A, B兩個(gè)緩沖寄存器。這種結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)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(huì)對(duì)每種指令都增加很多執(zhí)

5、行時(shí)間。只有在對(duì) 全都是CPU寄存器中的兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行操作時(shí)，單總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器才會(huì)造成一定的 時(shí)間損失。但是由于它只控制一條總線，故控制電路比較簡(jiǎn)單。雙總線結(jié)構(gòu)：在這種結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)操作數(shù)同時(shí)加到ALU進(jìn)行運(yùn)算，只需一次操作控制，而且馬上就可以得到運(yùn)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(gè)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(gè)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

6、之內(nèi)完成。 另外, 設(shè)置了一個(gè)總線旁路器。如果一個(gè)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(guò)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(shí)驗(yàn)要求的設(shè)計(jì)并驗(yàn)證4位算數(shù)邏輯單元、實(shí)現(xiàn)輸入輸出鎖存、實(shí)現(xiàn) 8位算數(shù)邏輯單元的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)會(huì)了如何使用proteus仿真系統(tǒng)，掌握了運(yùn)算器工作原理，熟悉了算術(shù)運(yùn)算的運(yùn)算過(guò)程以及控制這種運(yùn)算的方法。20實(shí)驗(yàn)二：寄存器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境PC機(jī)+ Win 2003 + emu8086+ proteus仿真器實(shí)驗(yàn)日期2015.10一.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .理解CPU運(yùn)算器中寄存器的作用2 .設(shè)計(jì)并驗(yàn)證寄存器組（至少四個(gè)寄存器）3

7、.實(shí)現(xiàn)更多的寄存器（至少 8個(gè)）二.理論分析或算法分析單元電路：實(shí)驗(yàn)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(jìn)制控制開(kāi)關(guān)譯碼產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸出選通信號(hào)，LDR0、LDR1、LDR2為數(shù)據(jù)寫入允許信號(hào)，由二進(jìn)制控制開(kāi)關(guān)模擬，均為高電平有效。三.實(shí)現(xiàn)萬(wàn)法 （含實(shí)現(xiàn)思路、程序流程圖、實(shí)驗(yàn)電路圖和源程序列表等）實(shí)驗(yàn)電路：1.設(shè)計(jì)并驗(yàn)證寄存器組2.擴(kuò)展成四組（由于空間有限，只能實(shí)現(xiàn)兩組）四.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 （含執(zhí)行結(jié)果驗(yàn)證、輸出顯示信息、圖形、調(diào)試過(guò)程中所遇的問(wèn)題及處理

8、方法等）（一）驗(yàn)證了基本要求，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)并驗(yàn)證寄存器組（至少四個(gè)寄存器）、實(shí)現(xiàn)更多的寄存器（至少8個(gè)）的功能.運(yùn)行結(jié)果：圖一（二）思考問(wèn)題：隨著寄存器的增多，電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度是什么比例增大答：在電路設(shè)計(jì)中，隨著寄存器的增多，電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度是成倍增大的。五.結(jié)論完成了本次實(shí)驗(yàn)要求的設(shè)計(jì)并驗(yàn)證寄存器組(至少四個(gè)寄存器)、實(shí)現(xiàn)更多的寄存器(至少8個(gè))的功能的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)會(huì)了如何擴(kuò)展多組寄存器以及寄存器的工作原理.明白了 CPU運(yùn)算器中計(jì)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(yùn)算。(2)存于寄存器內(nèi)的地址可用來(lái)指向內(nèi)存的某個(gè)位置，即尋址。(3)可以用來(lái)讀寫數(shù)據(jù)到電腦的周邊設(shè)備。實(shí)驗(yàn)三：

9、輸入輸出實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境 ISIS仿真軟件實(shí)驗(yàn)日期2015.11實(shí)現(xiàn)方法：實(shí)驗(yàn)（1）實(shí)驗(yàn)(2)陽(yáng)可3:叩 TLSFT Ifl -電理 II* d實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)四：微程序控制器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境 PC機(jī)+Win7+ proteus仿真器實(shí)驗(yàn)日期2015.12一.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 基本要求：1,掌握微程序控制器工作原理2設(shè)計(jì)并實(shí)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(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的I/O方式，通常接口中至少有兩個(gè)寄存器，一個(gè)是數(shù)據(jù)緩沖寄存器，即數(shù)據(jù)端口，用來(lái)存放與方式，通常接口中至少有兩個(gè)寄存器，一個(gè)是數(shù) 據(jù)緩沖寄存器，即數(shù)據(jù)端口，用來(lái)存放與 CPU進(jìn)行傳送的數(shù)據(jù)信息；另一個(gè)是供進(jìn)行傳 送的數(shù)據(jù)信息

10、；另一個(gè)是供 CPU查詢的設(shè)備狀態(tài)寄存器，這個(gè)寄存器由多個(gè)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）。CPU得到這位標(biāo)志后就進(jìn)行判斷，以決定下一步是繼續(xù)循環(huán)等待還是進(jìn)行得到這位標(biāo)志后 就進(jìn)行判斷，以決定下一步是繼續(xù)循環(huán)等待還是進(jìn)行I/O傳送。三.實(shí)現(xiàn)方法（含實(shí)現(xiàn)思路、程序流程圖、實(shí)驗(yàn)電路圖和源程序列表等）實(shí)驗(yàn)電路圖將數(shù)據(jù)送入鎖存器：CPUA鎖存器中讀取數(shù)據(jù):準(zhǔn)備讀取下一個(gè)數(shù)據(jù):四.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 （含執(zhí)行結(jié)果驗(yàn)證、輸出顯示信息、圖形、調(diào)試過(guò)程中所遇的問(wèn)題及處理方法等）過(guò)

11、程分析：在輸入設(shè)備準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)出一個(gè)選通信號(hào)KEY-BUS將數(shù)據(jù)通過(guò)總線接 收器74LS245送入總線，然后通過(guò)總線把數(shù)據(jù)傳送到鎖存器74LS373 （圖中的U2）,同時(shí)將D觸發(fā)器U3:B的Q輸出端置為1 （即燈READ_NEXT）,表示接口 中已經(jīng)有數(shù)據(jù)（即準(zhǔn)備就緒）。CPUS從外設(shè)輸入數(shù)據(jù)時(shí)，先標(biāo)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(shí)把DE_C2 置為1,表示可以秘備從外設(shè)接收下一個(gè)數(shù)據(jù)； 如果READ_NEXT=0tj踏步等待， 直至 READ NEXT=1 止。五.結(jié)論通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，我掌握了程序查詢的基本思想以及工作流程。通過(guò)仿真電 路

12、，雖然實(shí)驗(yàn)中遇到問(wèn)題，但在老師和同學(xué)的幫助下，最終還是實(shí)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(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)五：微程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境PC機(jī)+ Win 2003 +proteus仿真器實(shí)驗(yàn)日期2015.12一.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 . 了解微程序執(zhí)行過(guò)程2 .設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)指令的微程序執(zhí)行過(guò)程3 .分析取指過(guò)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(jì)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(jìn)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

13、微控制器微代碼鎖存輸出控制位。4 4) T2為后續(xù)微地址輸出鎖存控制位，在模型機(jī)運(yùn)行狀態(tài)有效。微控制程序存貯器(6116)片選端CSQ CS1、CS2 CS3受控于管理 CPU(89C52>(6)微控制程序存貯器(6116)讀、寫端OE WE勻受控于管理 CPU(89C52)。SE5SE0是指令譯碼的輸入端，通過(guò)譯碼器確定相應(yīng)機(jī)器指令的微代碼入口地址。4片245在CPU!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ACH128謔系統(tǒng)的指揮與控制中心。這種方式的特點(diǎn)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(jì)數(shù)器

14、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(guò)程中該計(jì)數(shù)器增量計(jì)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(chǎng)”，縮短了微指令長(zhǎng)度，也使微程序控制部件結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)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(chǎng)”，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(guò)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(chǎng)信息來(lái)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(shí)現(xiàn)方法（含實(shí)現(xiàn)思路、程序流程圖、實(shí)驗(yàn)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(jìn)制代碼表四.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 （含執(zhí)行結(jié)果驗(yàn)證、輸出顯示信息、圖形、調(diào)試過(guò)程中所遇的問(wèn)題及處理方法等）（一）驗(yàn)證了基本要求，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)指令的微程序執(zhí)行過(guò)程、分析取指過(guò)程與微地址的關(guān)系的功能.五.結(jié)論完成了