2023年組成原理實驗報告

指令總線運用實驗一、實驗?zāi)繒A熟悉和了解指令總線的數(shù)據(jù)通路與構(gòu)成途徑。掌握指令部件的“取指”規(guī)則及地址段運用技巧。二、實驗規(guī)定通過指令部件實驗，建立“指令暫存”概念，領(lǐng)略“操作碼段”和“操作數(shù)段”的用途。三、實驗原理指令總線(IBＵS）作為傳遞指令信息的通道是連接指令部件的鈕帶，如圖2－7－1所示，在取指操中指令信息由主存流向指令寄存器ＩR和指令譯碼器ID，若取操作數(shù)亦可經(jīng)三態(tài)門流向數(shù)據(jù)總線,指令總線(IBＵS)也是主存及ＩR與數(shù)據(jù)總線之間的互遞通路,在主存讀寫周期與數(shù)據(jù)總線雙向交換信息，在通用寄存器或內(nèi)存尋址操作中透過數(shù)據(jù)總線單向傳遞地址信息。數(shù)據(jù)通路圖2-3-11十六位指令總線數(shù)據(jù)通路實驗過程１)實驗連線連線信號孔接入孔作用有效電平１DRＣKCＬOCK單元手動實驗狀態(tài)的時鐘來源下降沿打入２WK6(M6)總線字長:０=16位字操作，1=8位字節(jié)操作3XＰK7(M7)源部件奇偶標(biāo)志：0＝偶尋址,１=奇尋址4OPＫ16(M16）目的部件奇偶標(biāo)志:0=偶尋址,1=奇尋址５X2K1０(Ｍ1０)源部件定義譯碼端X2三八譯碼八中選一低電平有效6X1Ｋ9(M9）源部件定義譯碼端X17X0K８(M８)源部件定義譯碼端X08MＷRK２1(M21)EM程序存儲器寫使能,本例定義到K２1位低電平有效9LDPCK２2(M22)PC程序計數(shù)器更新位，本例定義到Ｋ22低電平有效１0E/MK23(Ｍ23)11LDIＲK2（M2)ＩR指令寄存器寫使能，本例定義到K2位低電平有效2）指令寄存器IＲ字打入撥動“I／O輸入輸出單元”開關(guān)向指令寄存器IR置數(shù),具體操作環(huán)節(jié)如下：置數(shù)置數(shù)I/O=1234h數(shù)據(jù)來源I/O單元指令寄存器IR=1234hK10~K6=10000K21K16=00按【單拍】按鈕令K2=0令PC=0按【返回】鍵3）指令寄存器IR偶字節(jié)打入撥動“I/Ｏ輸入輸出單元”開關(guān)向指令寄存器ＩR偶址置數(shù),操作環(huán)節(jié)如下:置數(shù)置數(shù)I/O=XX56h數(shù)據(jù)來源I/O單元指令寄存器IR=XX56hK10~K6=10001K21K16=00按【單拍】按鈕令K2=0令PC=0按【返回】鍵4）指令寄存器ＩR奇字節(jié)打入撥動“I／O輸入輸出單元”開關(guān)向指令寄存器IR奇址置數(shù),操作環(huán)節(jié)如下：令PC=0令PC=0按【返回】鍵置數(shù)I/O=XX78h數(shù)據(jù)來源I/O單元指令寄存器IR=78XXhK10~K6=10001K21K16=01按【單拍】按鈕令K2=05）指令寄存器IR取指與散轉(zhuǎn)以PC為地址,向程序存儲器EM存放指令碼,通過內(nèi)部指令總線將指令碼打入指令寄存器，實現(xiàn)指令碼的散轉(zhuǎn)。置數(shù)置數(shù)I/O=0000h數(shù)據(jù)來源I/O單元程序計數(shù)器PC=0000hK10~K8=10000K16=0K23K22=00按【單拍】按鈕K23K22=11打入PC地址置數(shù)I/O=0020h存儲器(20XXh)K6K21=10按【單拍】按鈕K21=1寫入存儲器指令碼寫入成功后,關(guān)閉所有微控制位（Ｋ2３～K0=全“１”），令I(lǐng)R控制位為0,按【單拍】按鈕，將指令碼2０h打入IR指令寄存器,微地址uPC散轉(zhuǎn)為0６40h:指令碼20h指令碼20h(00100000)左移1位(01000000)加基地址0600h微地址0640h六、實驗結(jié)果1、指令寄存器IR字打入２、指令寄存器IR偶字節(jié)打入指令寄存器IR奇字節(jié)打入４、指令寄存器ＩR取指與散轉(zhuǎn)七、實驗感想十六位機運算器實驗一、實驗?zāi)康耐戤吽阈g(shù)、邏輯、移位運算實驗，熟悉ＡＬU運算控制位的運用。二、實驗原理實驗中所用的運算器數(shù)據(jù)通路如圖2－４－1所示。ALU運算器由CPLD描述。運算器的輸出通過2片７４LS２4５三態(tài)門與數(shù)據(jù)總線相連，2個運算寄存器AＸ、BＸ的數(shù)據(jù)輸入端分別由4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２-４-1運算器數(shù)據(jù)通路圖中AX、ＢX的寫控制由Ｏ２～Ｏ０編碼定義，通過按【單拍】鈕完畢運算源的數(shù)據(jù)打入。三、運算器功能編碼表2．4.１ALU運算器編碼表算術(shù)運算邏輯運算K15K１3K12K11功能K15K13K12K11功能MS2Ｓ１S0MS２S1S0０000A+B+Ｃ1000B０001A—B—Ｃ1０01/A0010RLC101０A-100１1ＲRＣ１0１1A=00100A＋Ｂ1100A#B010１A—B１10１A＆B0１10RL1110A＋1０１１1RR1111Ａ四、實驗實例示例1算術(shù)運算字算術(shù)運算字寫操作（置數(shù)操作)通過“I/O單元”二進制開關(guān)向寄存器AX和ＢX置數(shù)，操作環(huán)節(jié)如下:置數(shù)置數(shù)I/O=1122h數(shù)據(jù)來源I/O單元寄存器寫AX=1122K10~K6=10000按【單拍】按鈕置數(shù)I/O=3344h寄存器寫B(tài)X=3344按【單拍】按鈕K19~K16=1000K19~K16=1010字讀操作(運算寄存器ＡX和BX內(nèi)容送總線)讀AX讀AX關(guān)閉控位AX→DBUSK10~K6=11000讀BXK15~K11=11000BX→DBUSK23~K0=全”1”字算術(shù)運算(不帶進位加）令MS2Ｓ1S０(K１５Ｋ1３~K１1=0１００)，F(xiàn)UN及總線單元顯示AX+BX的結(jié)果。令ＭS2Ｓ１S0（K１5K13～K11=0１01），F(xiàn)ＵN及總線單元顯示AX－BX的結(jié)果。字節(jié)算術(shù)運算偶字節(jié)寫（置數(shù)操作）撥動“I/O輸入輸出單元”開關(guān)向寄存器AL和ＢＬ置數(shù)，操作環(huán)節(jié)如下:置數(shù)置數(shù)I/O=XX22h數(shù)據(jù)來源I/O單元寄存器寫AL=22K10~K6=10001按【單拍】按鈕置數(shù)I/O=XX44h寄存器寫B(tài)L=44按【單拍】按鈕K19~K16=1000K19~K16=1010偶字節(jié)讀操作(運算寄存器AＬ和BL內(nèi)容送總線）讀AL讀AL關(guān)閉控位AL→DBUSK10~K6=11001讀BLK15~K11=11000BL→DBUSK23~K0=全”1”偶字節(jié)減法運算(不帶進位加）令ＭS2S１S0(K1５K1３～Ｋ１1=0100），F(xiàn)UN及總線單元顯示AL+ＢＬ的結(jié)果。令MS2S1Ｓ0（K15Ｋ13~K11=010１)，F(xiàn)UN及總線單元顯示AＬ－BL的結(jié)果。示例2邏輯運算字邏輯運算字寫操作（置數(shù)操作)撥動“I／O輸入輸出單元”開關(guān)向寄存器AX和BＸ置數(shù),操作環(huán)節(jié)如下:置數(shù)置數(shù)I/O=1122h數(shù)據(jù)來源I/O單元寄存器寫AX=1122K10~K6=10000按【單拍】按鈕置數(shù)I/O=3344h寄存器寫B(tài)X=3344按【單拍】按鈕K19~K16=1000K19~K16=1010字讀操作(運算寄存器AX和ＢＸ內(nèi)容送總線）讀AX讀AX關(guān)閉控位AX→DBUSK10~K6=11000讀BXK15~K11=11000BX→DBUSK23~K0=全”1”字邏輯運算令MS2S1S０（K１5K１3~Ｋ１1=１101），為邏輯與，F(xiàn)UＮ及總線顯示AX邏輯與BX的結(jié)果。令ＭS2Ｓ1S０（Ｋ１5K13～K11＝１１０0），為邏輯或，ＦUN及總線顯示ＡX邏輯或ＢX的結(jié)果。字節(jié)邏輯運算偶字節(jié)寫操作（置數(shù)操作)撥動“I/Ｏ輸入輸出單元”開關(guān)向寄存器ＡL和BＬ置數(shù),具體操作環(huán)節(jié)如下:置數(shù)置數(shù)I/O=XX44h數(shù)據(jù)來源I/O單元寄存器寫AL=44K10~K6=10001按【單拍】按鈕置數(shù)I/O=XX22h寄存器寫B(tài)L=22按【單拍】按鈕K19~K16=1000K19~K16=1010偶字節(jié)讀操作(運算寄存器ＡL和BＬ內(nèi)容送數(shù)據(jù)總線)讀AL讀AL關(guān)閉控位AL→DBUSK10~K6=11001讀BLK15~K11=11000BL→DBUSK23~K0=全”1”若運算控制位設(shè)為（ＭS2S1S0=１111）則F=ＡL,即AＬ內(nèi)容送到數(shù)據(jù)總線。若運算控制位設(shè)為（MS２Ｓ1S０=１00０）則Ｆ=BL，即BL內(nèi)容送到數(shù)據(jù)總線。偶字節(jié)邏輯運算令MS2Ｓ1S０(K1５K13~K11=1101），為邏輯與，F(xiàn)UN及總線顯示AL邏輯與BＬ的結(jié)果。令MS2S１S0(K1５K１3~K１1＝１100)，為邏輯或，F(xiàn)UN及總線顯示ＡL邏輯或BL的結(jié)果。奇字寫操作(置數(shù)操作）撥動“I/O輸入輸出單元”開關(guān)向寄存器ＡＨ和BH置數(shù),操作環(huán)節(jié)如下：置數(shù)置數(shù)I/O=XX55h數(shù)據(jù)來源I/O單元寄存器寫AH=55K10~K6=10001按【單拍】按鈕置數(shù)I/O=XX66h寄存器寫B(tài)H=66按【單拍】按鈕K19~K16=1001K19~K16=1011奇字節(jié)讀操作（運算寄存器AＨ和BH內(nèi)容送總線）關(guān)閉AＨ、BH寫使能,令K1７＝Ｋ１8=1,按下流程分別讀AH、BH。讀AH讀AH關(guān)閉控位AH→DBUSK10~K6=11011讀BHK15~K11=11000BH→DBUSK23~K0=全”1”若運算控制位設(shè)為(MS2Ｓ1S０=1１11）則Ｆ=AH，即ＡＨ內(nèi)容送到數(shù)據(jù)總線。若運算控制位設(shè)為(MＳ２Ｓ１S０=1000）則F＝BH,即BH內(nèi)容送到數(shù)據(jù)總線。奇字節(jié)邏輯運算令MS2S１S０(K15Ｋ13～K11=110１）,為邏輯與，F(xiàn)UＮ及總線顯示AＨ邏輯與ＢH的結(jié)果。令ＭS2S1Ｓ0(Ｋ１５K1３~K11=110０)，為邏輯或,FUN及總線顯示AＨ邏輯或ＢH的結(jié)果。實驗結(jié)果示例1算術(shù)運算字算術(shù)運算（1）字寫操作(置數(shù)操作)（2）字讀操作（運算寄存器AX和BＸ內(nèi)容送總線)字邏輯運算字節(jié)算術(shù)運算（1）偶字節(jié)寫(置數(shù)操作)偶字節(jié)讀操作(運算寄存器AL和ＢＬ內(nèi)容送總線）(３)偶字節(jié)減法運算(不帶進位加）示例2邏輯運算字邏輯運算字寫操作(置數(shù)操作）字讀操作(運算寄存器AX和BX內(nèi)容送總線）字邏輯運算字節(jié)邏輯運算偶字節(jié)寫操作（置數(shù)操作）偶字節(jié)讀操作(運算寄存器AL和BL內(nèi)容送數(shù)據(jù)總線）偶字節(jié)邏輯運算奇字寫操作(置數(shù)操作）奇字節(jié)讀操作(運算寄存器AH和ＢH內(nèi)容送總線)奇字節(jié)邏輯運算實驗思考驗證表下表ＡLU運算器編碼表所列的運算功能。在給定AX=66５5h、BＸ＝AA77ｈ的情況下,改變運算器的功能設(shè)立，觀測運算器的輸出，填入下頁表格中，并和理論分析進行比較、驗證。表2.4．2ＡLU運算器真值表運算控制運算表達式AXＢX運算結(jié)果MS2S１S0帶進位算術(shù)加A＋B＋C０00０６6５5AA７7FＵN=(10CC)帶借位算術(shù)減A-B-C000１6655AＡ７7FUN=（BBＤE）帶進位左移ＲLCＡ0010665５A(chǔ)Ａ77FUＮ＝(ＣＣＡA)帶進位右移RＲCＡ0０11ＦUＮ=(332A)算術(shù)加A＋B0100FUN=(1０CC）算術(shù)減Ａ－B0１01FＵＮ=(ＢBＤＥ)左移ＲLＡ０１１0FＵN=(ＣCAA)右