2023年計(jì)算機(jī)組成原理第二次實(shí)驗(yàn)報(bào)告

點(diǎn)一人學(xué)

計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

專業(yè)班級(jí)：姓名：機(jī)器號(hào)：

學(xué)E-ma

當(dāng)

il:

指導(dǎo)教師：總成績(jī)：

分步成績(jī)：出勤：實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告：

實(shí)驗(yàn)三運(yùn)算器及移位實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、了解運(yùn)算器模塊如何連接以及數(shù)據(jù)通路；

2、通過實(shí)際設(shè)立控制信號(hào)、給出ALU的輸入端數(shù)據(jù)、觀測(cè)運(yùn)算結(jié)果，領(lǐng)略課堂教學(xué)中關(guān)于ALU的功能特性；

3、結(jié)識(shí)一種較新的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)ALU功能的方法一一用CPLD實(shí)現(xiàn)運(yùn)算器。

4、掌握作為運(yùn)算器核心器件的ALU,其輸出連入數(shù)據(jù)總線前常見解決方法一一COP2023實(shí)驗(yàn)儀中使用了三種輸

出結(jié)果數(shù)據(jù)的方法——直通輸出D、左移輸出L、右移輸出R。

二、實(shí)驗(yàn)原理

COP2023模型機(jī)中的8位ALU由一片CPLD(XC9572)實(shí)現(xiàn)。有8種運(yùn)算類型：加I、減、與、或、

進(jìn)位加、進(jìn)位減、A取反、A輸出運(yùn)算,通過控制信號(hào)S2、SI、SO來選擇。運(yùn)算數(shù)據(jù)由累加器A及寄存器W給

出，運(yùn)算結(jié)果輸出到D,L,Ro具體結(jié)構(gòu)如下圖。

數(shù)據(jù)總線

ALU原理圖

移位器由3個(gè)8位寄存器組成，能實(shí)現(xiàn)直通、左移、右移。直通門D將運(yùn)算器的結(jié)果不移位送總線，右移

門R將運(yùn)算器的結(jié)果右移一位送總線，左移門L將運(yùn)算器的結(jié)果左移一位送總線。用控制信號(hào)CN決定運(yùn)算器

是否帶進(jìn)位移位。

■MHC245

ALU左移輸出原理圖

ALU右移輸出原理圖

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)

按照下表連線

連接信號(hào)孔接入連接信號(hào)孔接入

1J1座J3座5AENK3

2soK06WENK4

3S1K17CylNK5

4S2K28ALUCKCLOCK

注：CylN為運(yùn)算器進(jìn)位輸入。

(1)將運(yùn)算數(shù)據(jù)輸入A、W中

將XXH寫入A寄存器：

撥設(shè)立開關(guān)K23—K16,使其為A寄存器要輸入的數(shù)據(jù):

K23K22K21K20K19K18K17K16

00000100

置控制信號(hào)，使DBUS數(shù)據(jù)送入A寄存器中:

K5(CylK4(WEN)K3(AEN)K2(S2)KI(S1)KO(SO)

N)

110111

按住CLOCK脈沖鍵，CLOCK由高變低，這時(shí)寄存器A的黃色指示燈亮，表達(dá)選擇寄存器A。

放開CL。CK鍵,CLOCK由低變高，產(chǎn)生一個(gè)上升沿，數(shù)據(jù)XXH被寫入寄存器A。

將XXH寫入W寄存器

撥設(shè)立開關(guān)K23—K16,使其為A寄存器要輸入的數(shù)據(jù):

K23K22K21K20KI9K18K17K16

00000010

置控制信號(hào)，使DBUS數(shù)據(jù)送入W寄存器中:

K5(CyIN)K4(WEN)K3(KAEN)K2(S2)KI(SI)KO(SO)

101111

按住CLOCK脈沖鍵，CLOCK由高變低，這時(shí)寄存器W的黃色指示燈亮，表達(dá)選擇寄存器W。

放開CLOCK鍵，CLOCK由低變高，產(chǎn)生一個(gè)上升沿，數(shù)據(jù)XXH被寫入寄存器W。

(2)置控制信號(hào)，填寫運(yùn)算結(jié)果。

K5(CyIK2(S2)KI(SI)KO(SO)結(jié)果(直通門D)注釋

N)

000006加運(yùn)算

000102減運(yùn)算

001006或運(yùn)算

001100與運(yùn)算

010006帶進(jìn)位加運(yùn)算

110007帶進(jìn)位加運(yùn)算

010102帶進(jìn)位減運(yùn)算

110101帶進(jìn)位減運(yùn)算

0110FB取反運(yùn)算

011104輸出A

2、移位實(shí)驗(yàn)

按照下表連線

連接信號(hào)孔接入

1J1座談J3座

2AENK0

3CNKI

4CylNK2

5S2K3

6S1K4

7SOK5

8ALUCKCLOCK

注:CylN為移位進(jìn)位輸入。

(1)將數(shù)』活寫入A寄存器

K23K22K21K20K19K18K17K16

00000010

置控制信號(hào)為:

KO(AEN)K3(S2)K4(S1)K5(SO)

0111

注：S21sls0=111時(shí)，運(yùn)算器輸出為寄存器A的內(nèi)容。

(2)將A中數(shù)據(jù)進(jìn)行三種方式操作，手f寫出結(jié)果

CNCylNLDR

0X040201

10040201

11050281

實(shí)驗(yàn)四存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、掌握靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的工作原理；

2、通過對(duì)6116SRAM芯片的實(shí)驗(yàn)體會(huì)存儲(chǔ)芯片讀寫信號(hào)的作用；

3、了解COP2023實(shí)驗(yàn)儀中內(nèi)存模塊地址的兩個(gè)來源，學(xué)會(huì)給出地址并按地址向相應(yīng)的EM單元中寫入數(shù)據(jù)的方

法；

4、掌握由EM讀出數(shù)據(jù)打入指令寄存器IR和uPC的方法；

二、實(shí)驗(yàn)原理

MS-*DBUSO)

A0DO

Bi

<ABUS!>A1D1A1T-〈DBUS】〉

A2D2A2B2T-DB⑻\

〔ABI'S?」A3D3

WA3MB3

zABUS3>A4—DBUS3>

A5B4

<.XBUM/MD5玉、DB—

D6A5MB5

■.\BUS5>A7D?―gDBUSS:)

B論

{,\BUS6>ASA7--gDB區(qū)\

EB1

tABUS：>A9-LDBUS：:,

A1-0

W

-

G

-

E

^4HC245

S

B-

<

B

B

A0RJ

A1-

A2B5

A3&6

JUB

A57

A6

A?-

EM原理圖

內(nèi)存中存放指令和數(shù)據(jù)，當(dāng)內(nèi)存存放指令時(shí),將指令送指令總線；當(dāng)內(nèi)存存放數(shù)據(jù)時(shí),將數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)總線。存

儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)電路由一片RAM6116和二片74HC245組成。

6116是2K*8bit的SRAM,AO—A10是存儲(chǔ)器的地址線，本實(shí)驗(yàn)電路中，只使用8條地址線AO—A7,

而A8—A10接地。DO—D7是存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)線。E是存儲(chǔ)器的片選信號(hào)，當(dāng)E為低電平時(shí)，存儲(chǔ)器被選中，可

以進(jìn)行讀寫操作；當(dāng)E為高電平時(shí)，存儲(chǔ)器未被選中;本實(shí)驗(yàn)中E始終接地。W為寫命令，W為低電平時(shí)，是寫操

作；G為讀命令，G為低電平時(shí)，是讀操作。

RAM的數(shù)據(jù)輸出通過74HC245與數(shù)據(jù)總線相連，RAM的地址線與地址總線相連，可選擇由PC或MAR提

供地址。RAM的數(shù)據(jù)輸出直接接到指令總線IBUS上。指令總線的數(shù)據(jù)還可以由1片74HC245提供，當(dāng)ICOE=O

時(shí)，74HC245輸出中斷指令B8?

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

按下表連接線

連接信號(hào)孔接入孔連接信號(hào)孔接入孔

1J2J37EMRDKI

2IRENK68EMWRKO

3PCOEK59PCCKCLOCK

4MAROEK410MARCKCLOCK

5MARENK311EMCKCLOCK

6EMENK212IRCKCLOCK

1、置PC/MAR輸出地址選擇的控制信號(hào)

K5(PCOE)K4(MAROE)地址總線紅色地址輸出指示燈

01PC輸出地址PC地址輸出指示燈亮

10MAR輸出地址MAR地址輸出指示燈亮

11地址總線浮空

00錯(cuò)誤,PC及MAR同時(shí)輸出

2、存儲(chǔ)器EM寫實(shí)驗(yàn)(以下存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)均由MAR提供地址)

(1)將地址。寫入MAR:

將二進(jìn)制開關(guān)K23—K16置為00000000,即DBUS[7：0]的數(shù)據(jù)輸入為OOH

K23K22K21K20K19K18K17K16

00000000

設(shè)立控制信號(hào):

K6K5K4K3K2KIK0

(IRE(PCOE)(MAR(MA(EME(E(EMWR)

N)OE)REN)N)MRD)

1110111

按CLOCK鍵,將地址0寫入MAR

向EM[O]中寫入一個(gè)數(shù)據(jù)

置數(shù)據(jù)

K23K22K21K20K19K18K17K16

00000010

置控制信號(hào):

K6K5K4K3K2KIK0

(IREN)(PCOE)(MAROE)(MAREN)(EMEN)(EMRD)(EMWR)

1101010

按CLOCK鍵，將數(shù)據(jù)XXH寫入EM[0]

(2)將地址1寫入MAR:

將二進(jìn)制開關(guān)K23—K16置為00000001,即DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入為01H

K23K22K21K20K19K18K17KI6

00000001

設(shè)立控制信號(hào):

K6K5K4K3K2K1KO

(I(PCOE)(MAR0(MARE(EMEN)(EMRD)(EMW

REN)E)N)R)

1110111

按CLOCK鍵,將地址1寫入MAR

向EM[1]中寫入一個(gè)數(shù)據(jù)

置數(shù)據(jù)

K23K22K2IK20K19K18K17KI6

00000100

置控制信號(hào)：

K6K5K4K3K2KIK0

(IREN)(PCOE)(MAROE)(MAREN)(EMEN)(EMRD)(EMWR)

1101010

按CLOCK鍵,將數(shù)據(jù)XXH寫入EM[0]

可以反復(fù)若干次，向多個(gè)EM單元寫入多個(gè)不同的數(shù)據(jù)。

3、存儲(chǔ)器EM讀實(shí)驗(yàn)

(1)將地址0寫入MAR:

將二進(jìn)制開關(guān)K23—K16置為00000000,即DBUS[7：0]的數(shù)據(jù)輸入為00H

K23K22K21K20KI9KI8KI7K16

00000000

置控制信號(hào)：

K6K5K4K3K2KIK0

(IREN)(PCOE)(MAROE)(MAREN)(EMEN)(EMR(EMWR)

D)

1110111

按CLOCK鍵,將地址0寫入MAR

讀EM[0]:

置控制信號(hào)為：

K6K5K4K3K2KIKO

(IREN)(PCOE)(MARO(MA(EME(EMRD)(EMW

E)REN)N)R)

1101001

EMfO］讀？E值是02

(2)將地址1寫入MAR:

將二進(jìn)制開關(guān)K23—K16置為00000001,即DBUS[7：0]的數(shù)據(jù)輸入為o1H

K23K22K21K20K19KI8K17KI6

00000001

置控制信號(hào)：

K6K5K4K3K2KIK0

(IREN)(PCOE)(MARO(MAREN)(EMEN)(EMR(EMWR)

E)D)

1101

按CLOCK鍵,將地址1寫入MAR

讀

置控制信號(hào)為：

K6K5K4K3K2KIKO

(IREN)(PCOE)(MA(MAR(EMEN)(EMRD)(EMWR)

ROE)EN)

1101001

EM[1]讀出值是04

可以反復(fù)若干次，讀出多個(gè)單元中的數(shù)據(jù)。

4、存儲(chǔ)器打入IR/uPC實(shí)驗(yàn)

COP2023中直接用EM中讀出的內(nèi)容作為uM地址，故需具有EM內(nèi)容打入uPC的功能。

(1)將地址0寫入MAR

將二進(jìn)制開關(guān)K23—K16置為00000000,即DBUS[7：0]的數(shù)據(jù)輸入為00H

K23K22K21K20KI9K18K17K16

00000000

置控制信號(hào):

K6K5K4K3K2KIKO

(IREN)(PCOE)(MAROE)(MAREN)(EMEN)(EMRD)(EMW

R)

1110111

按CLOCK鍵，將地址0寫入MAR

(2)讀EM[0],并寫入IR及uPC

置控制信號(hào)：

K6K5K4K3K2K1K0

(IREN)(PC0E)(MAROE)(MARE(EMEN)(EMRD)(EMWR)

N)

01010()1

EM[0]讀出值是02

按CLOCK鍵，將EM[0]寫入IR及uPC,IR=02,uPC=____00

四、思考題

運(yùn)算器

1、運(yùn)算器在加上控制信號(hào)及數(shù)據(jù)（A、W）后，運(yùn)算結(jié)果是否需CLOCK跳變才干給出？

答：不需要，結(jié)果會(huì)直接給出。

2、S2、SI、SO控制信號(hào)的作用。

答：通過控制信號(hào)S2、S1、SO來選擇ALU的運(yùn)算類型。

具體運(yùn)算選擇如下：

S2S1SC）功能

000A+W加

001A—W減

010A|W或

011A&W與

100A+W+C進(jìn)位加

101A—W+C進(jìn)位減

110A取反

111A輸出

3、在移位實(shí)驗(yàn)中，CN是什么控制信號(hào)？

答：CN是判斷移位是否帶進(jìn)位的信號(hào)，CN=0表達(dá)不帶進(jìn)位，CN=1表達(dá)帶進(jìn)位。

4、移位與輸出門是否打開無關(guān),無論運(yùn)算器結(jié)果如何,移位門都會(huì)給出移位結(jié)果。但究竟把哪一個(gè)結(jié)果送數(shù)據(jù)總

線由哪些控制信號(hào)決定？

答:由DOE,LOE,R0E控制信號(hào)決定。

5、直通門D、左移門L和右移門R的輸出結(jié)果是否總是同時(shí)給出？為什么？

答：輸出結(jié)果是同時(shí)給出的,都是由CLOCK匕升沿控制。

存儲(chǔ)器

1、具體了解EM原理圖，說明6116的三個(gè)控制端的連接方法的含義;寫使能與讀使能的區(qū)別。

答：（1）E是存儲(chǔ)器的片選信號(hào)，當(dāng)E為低電平時(shí)，存儲(chǔ)器被選中，可以進(jìn)行讀寫操作；當(dāng)E為高電平時(shí)，存儲(chǔ)器

未被選中；本實(shí)驗(yàn)中E始終接地，所以該存儲(chǔ)器一直被選中，可以使用。

G為讀命令，G為低電平時(shí)，是讀操作,EMRD信號(hào)作為G的輸入，因此當(dāng)EMRD為低電平時(shí)，存儲(chǔ)器進(jìn)行讀操

作。

W為寫命令,W為低電平時(shí),是寫操作。EMWR和CK經(jīng)或門后的輸出作為W的輸入，因此只有當(dāng)EMWR為低電