計算機(jī)組成實驗報告

湖南師范大學(xué)工學(xué)院計算機(jī)組成原理實驗報告姓名：年級：專業(yè)：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)號：任課教師：開課時間：2009~2010學(xué)年第一學(xué)期湖南師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（工學(xué)院）實驗數(shù)據(jù)報告單實驗課程：計算機(jī)組成原理實驗題目：基本運(yùn)算器實驗實驗日期：2010年11月7日專業(yè)：計算機(jī)年級：班級:姓名：一.實驗?zāi)康模?.了解運(yùn)算器的組成結(jié)構(gòu)2.掌握運(yùn)算器的工作原理.實驗內(nèi)容：主要內(nèi)容：該試驗旨在了解運(yùn)算器內(nèi)部運(yùn)算過程及組成結(jié)構(gòu)，并能進(jìn)行一些簡單的數(shù)據(jù)運(yùn)算。該實驗通過一片CPLD來實現(xiàn)運(yùn)算器部件的功能，在接好的實驗電路上，用CMA軟件將數(shù)據(jù)加載加入內(nèi)存，最終實現(xiàn)通過設(shè)置CON單元的S3、S2、S1、S0以及時序T1、T2、T3、T4的不同值來實現(xiàn)不同的功能。表現(xiàn)在：用S3、S2、S1、S0的不同值并配合CN的值來實現(xiàn)將寄存器A、寄存器B中的兩個數(shù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算、移位運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算，并且加上時間脈沖的加入，并且能夠準(zhǔn)確的實現(xiàn)值的輸出。結(jié)果體現(xiàn)在：用FC燈亮表示有進(jìn)位，F(xiàn)Z燈亮表示零標(biāo)志，D7…D0燈顯示通過運(yùn)算后得出來的值。實驗原理圖：圖一（運(yùn)算器原理圖）實驗數(shù)據(jù)與分析：0000：功能是F＝A（直通），因為A=65,所以F＝65,且沒有進(jìn)位，標(biāo)志位也沒有變化，所以FC=0,FZ=0.0001:功能是F=B（直通），因為A=A7,所以F＝A7,且沒有進(jìn)位，標(biāo)志位也沒有變化，所以FC=0,FZ=0.0010:功能是F＝AB,也就是A與B的邏輯與，所以F=25,且沒有進(jìn)位，標(biāo)志位也沒有變化，所以FC=0,FZ=0.0011：功能是F=A+B,也就是A與B的邏輯或，所以F=E7,且沒有進(jìn)位，標(biāo)志位也沒有變化，所以FC=0,FZ=0.0100:功能是F=/A，0101：功能是F=A不帶進(jìn)位循環(huán)右移B(取低三位)位。0110：功能是當(dāng)CN=0時，F(xiàn)=A邏輯右移一位；當(dāng)CN=1時，F(xiàn)=A帶進(jìn)位邏輯右移一位。0111：功能是當(dāng)CN=0時，F(xiàn)=A邏輯左移一位；當(dāng)CN=1時，F(xiàn)=A帶進(jìn)位邏輯左移一位。1000：功能是置FC=CN.1001:功能是F=A加B1010:功能是F=A加B加FC1011:功能是F=A減B1100:功能是F=A減11101：功能是F=A加11110：保留1111：保留試驗數(shù)據(jù)如下表：運(yùn)算類型ABS3S2S1S0CN功能邏輯運(yùn)算65A70000XF=65FC=0FZ=00001XF=A7FC=0FZ=00010XF=25FC=0FZ=00110XF=E7FC=0FZ=00100XF=9AFC=0FZ=0移位運(yùn)算65A70101XF=CAFC=0FZ=001100F=32FC=0FZ=01F=B2FC=1FZ=001110F=CAFC=0FZ=01F=CAFC=0FZ=0算術(shù)運(yùn)算65A71000XF=65FC=0FZ=01001XF=0CFC=1FZ=005A71010(FC=0)XF=0DFC=1FZ=065A71010(FC=1)XF=0DFC=1FZ=01011XF=BEFC=1FZ=01100XF=64FC=0FZ=01101XF=66FC=0FZ=0試驗數(shù)據(jù)分析：分別輸入數(shù)據(jù)A、B的值為65、A7，然后根據(jù)S3、S2、S1、S0輸入的運(yùn)算規(guī)則，將運(yùn)算后的結(jié)果放入F中，并分析進(jìn)位控制器和零標(biāo)志的值是否正確。當(dāng)S3、S2、S1、S0的值為0000時，表示F與A直通（F=A），則F=65,無進(jìn)位，無零標(biāo)志，則可說明第一個數(shù)據(jù)正確。依次檢查其后的每一個數(shù)據(jù)的正確性，可發(fā)現(xiàn)，試驗結(jié)果完全與運(yùn)算結(jié)果一致，則說明試驗正確。指導(dǎo)老師簽名:湖南師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（工學(xué)院）實驗數(shù)據(jù)報告單實驗課程：計算機(jī)組成實驗報告實驗題目：超前進(jìn)位加法器設(shè)計實驗實驗日期：2010年１１月７日專業(yè)：計算機(jī)一.實驗?zāi)康模?.掌握超前進(jìn)位加法器的原理及其設(shè)計方法2.熟悉CPLD應(yīng)用設(shè)計及EDA軟件的使用.實驗內(nèi)容：根據(jù)加法器的邏輯原理使用QuartusII軟件編輯相應(yīng)的電路原理圖并進(jìn)行編譯，將POF文件下載到EPM1270中去，以CON單元中的SD17……SD10八個二進(jìn)制開關(guān)為被加數(shù)A，SD07……SD00八個二進(jìn)制開關(guān)為加數(shù)B，K7用來模擬來自低位的進(jìn)位信號，相加結(jié)果在CPLD單元的L7……L0八個LED燈顯示，相加后向高位的進(jìn)位用CPLD單元的L8燈顯示。給A和B置不同的數(shù)，觀察相加的結(jié)果。三.實驗原理圖：模塊A原理圖模塊B原理圖實驗數(shù)據(jù)與分析：試驗數(shù)據(jù)如下：ABL8K7L7L6L5L4L3L2L1L000101001011001100010001111000001101011000100101101110011101000101001010110001111001010011100001000111010101111101101101111100110011100101101110000100011101110011110110110111101111001試驗數(shù)據(jù)分析：用SD17……SD10表示A，用SD07……SD00表示B，L8表示向高位進(jìn)位，K7表示來自低位進(jìn)位，L7L6L5L4L3L2L1L0表示運(yùn)算后的結(jié)果。比如：加數(shù)A：11001000與被加數(shù)B：10001110相加，因為低位為0,所以最低位加0。因為得到高位的進(jìn)位為1,因此表示進(jìn)位用的CPLD單元的L8燈會亮。因為得到的結(jié)果為01010110，所以CPLD單元的L1,L2,L4,L6會亮。指導(dǎo)老師簽名:湖南師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（工學(xué)院）實驗數(shù)據(jù)報告單實驗課程：計算機(jī)組成實驗報告實驗題目：靜態(tài)隨機(jī)存儲器實驗實驗日期：2010年１１月12日專業(yè)：計算機(jī)年級：實驗?zāi)康模赫莆侦o態(tài)隨機(jī)存儲器RAM工作特性及數(shù)據(jù)的讀寫方法.實驗內(nèi)容：1、給存儲器的00H、01H、02H、03H地址單元中分別寫入數(shù)據(jù)11H、12H、13H、14H、15H。2、依次讀出存儲器第00H、01H、02H、03H、04號單元中的內(nèi)容，觀察上述各單元中的內(nèi)容是否與前面寫入一致。3、如果實驗箱和PC聯(lián)機(jī)操作，則再通過軟件中的數(shù)據(jù)通路圖來4、借助數(shù)據(jù)通路圖，分析并觀察實驗結(jié)果。實驗原理圖：存儲器實驗原理圖四.實驗數(shù)據(jù)與分析：實驗所用的靜態(tài)存儲器由一片6116（2K×8bit）構(gòu)成（位于MEM單元）。6116有三個控制線：CS（片選線）、OE（讀線）、WE（寫線），當(dāng)片選有效（CS=0）時，OE=0時進(jìn)行讀操作，WE=0時進(jìn)行寫操作，本實驗將CS常接地。由于存儲器（MEM）最終是要掛接到CPU上，所以其還需要一個讀寫控制邏輯，使得CPU能控制MEM的讀寫，由于T3的參與，可以保證MEM的寫脈寬與T3一致，T3由時序單元的TS3給出。IOM用來選擇是對I/O還是對MEM進(jìn)行讀寫操作，RD=1時為讀，WR=1時為寫。存儲器數(shù)據(jù)線接至數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)總線上接有8個LED燈顯示D7…D0的內(nèi)容。地址線接至地址總線，地址總線上接有8個LED燈顯示A7…A0的內(nèi)容，地址由地址存器（74LS273，位于PC&AR單元）給出。數(shù)據(jù)開關(guān)（位于IN單元）經(jīng)一個三態(tài)門（74LS245）連至數(shù)據(jù)總線，分時給出地址和數(shù)據(jù)。地址寄存器為8位，接入6116的地址A7…A0，6116的高三位地址A10…A8接地，所以其實際容量為256字節(jié)。試驗數(shù)據(jù)如下表：將數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)的地址單元：表一行為D7～D0LDARIORWRRDIOM將00H地址寫入地址單元000000001000X將11H寫入00H地址單元0001000100100將01H地址寫入地址單元000000011000X將12H寫入01H地址單元0001001000100將02H地址寫入地址單元000000101000X將13H寫入02H地址單元0001001100100將03H地址寫入地址單元000000111000X將14H寫入03H地址單元0001010000100將相應(yīng)地址單元的內(nèi)容讀出來：表二行為D7～D0LDARIORWRRDIOM將00H地址寫入地址單元000000001000X將00H地址單元數(shù)據(jù)讀出來0000000001010將01H地址寫入地址單元000000011000X將01H地址單元數(shù)據(jù)讀出來0000000101010將02H地址寫入地址單元000000101000X將02H地址單元數(shù)據(jù)讀出來0000001001010將03H地址寫入地址單元000000111000X將03H地址單元數(shù)據(jù)讀出來0000001101010試驗數(shù)據(jù)分析：第一個表格中是將數(shù)據(jù)輸入到地址中去，第二個表格是將地址中的數(shù)據(jù)讀出來。表格一的前兩行表示的是將數(shù)據(jù)00010001H送入00000000H地址內(nèi)存中，其下依次類推。而表格二中的前兩行是將地址為00000000H的內(nèi)存中的數(shù)據(jù)00010001H讀出來，其下依次類推。指導(dǎo)老師簽名:湖南師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（工學(xué)院）實驗數(shù)據(jù)報告單實驗課程：計算機(jī)組成實驗報告實驗題目：Cache控制器設(shè)計實驗實驗日期：2010年11月12日專業(yè)：計算機(jī)一.實驗?zāi)康模?.掌握Cache控制器的原理及其設(shè)計方法2.熟悉CPLD應(yīng)用設(shè)計及EDA軟件的使用.實驗內(nèi)容：主要內(nèi)容：本實驗采用直接映象的地址變換方式，一個主存塊只能映射到相對應(yīng)的Catch的特定塊中，映象關(guān)系表示為b=BmodCb，其中b為Catch塊號，B為主存的塊號，Cb是Cache的塊容量。在接好的實驗電路上，并通過ＥＤＡ軟件將生成的POF文件下載到EPM1270中后，實現(xiàn)通過設(shè)置CON單元的SD17……SD10以及K7的進(jìn)位信號的不同值來實現(xiàn)不同的功能。表現(xiàn)在：用CON單元的SD17……SD10表示CPU訪問主存地址，用K7模擬低位的進(jìn)位信號，通過設(shè)置這兩個地方不同值來實現(xiàn)Catch控制器的功能，并且能夠在CPLD單元輸出想對應(yīng)的信號。結(jié)果體現(xiàn)在：ＣＰＬＤ單元的Ｌ８燈顯示，L8指示燈燈滅表示Cache命中，L8指示燈亮表示Cache沒命中。實驗原理圖：圖一（直接相聯(lián)映象方式）圖二（直接相聯(lián)地址變換）實驗數(shù)據(jù)與分析：主存地址該地址的內(nèi)容讀出的內(nèi)容命中否19H45H45H否05H22H22H否06H33H33H是19H44H44H是38H55H55H否19H66H66H否試驗數(shù)據(jù)分析：比如，19H,因為剛剛從主存中讀出，在Cache中還沒有該地地址，因此，沒有命中。當(dāng)讀到地址05H時，其二進(jìn)制形式是這樣的00000101,因此，其塊號為0101,也就是5,在Cache中的該塊中，還沒有該地址，因此也沒有命中。指導(dǎo)老師簽名:湖南師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（工學(xué)院）實驗數(shù)據(jù)報告單實驗課程：計算機(jī)組成原理實驗題目：微程序控制器實驗實驗日期：2010年１１月16日專業(yè)：計算機(jī)一.實驗?zāi)康模?.掌握微程序控制器的組成原理2.掌握微程序的編制、寫入，觀察微程序的運(yùn)行過程.實驗內(nèi)容：1、按照實驗接線圖連接線路。2、對微控制器進(jìn)行讀寫操作：a、將微程序?qū)懭胛募?，微程序得以指定的格式寫入到以TXT為后綴的文件中，微程序的格式如下：$MXXXXXXXX微指令代碼十六進(jìn)制地址微指令標(biāo)志如$M1F112233，表示微指令的地址為1FH，微指令值為11H（高）、22H（中）、33H（低），本次實驗的微程序如下，其中分號‘；’為注釋符，分號后面的內(nèi)容在下載時將被忽略掉。;//***************************************//;////;//微控器實驗指令文件//;////;//ByTangDuCO.,LTD//;////;//***************************************//;//****StartOfMicroControllerData****//$M00000001;NOP$M01007070;CON(INS)->IR,P<1>$M04002405;R0->B$M0504B201;A加B->R0$M30001404;R0->A$M32183001;IN->R0$M33280401;R0->OUT$M35000035;NOP;//*****EndOfMicroControllerData*****//b、寫入微程序，用聯(lián)機(jī)軟件的“【轉(zhuǎn)儲】—【裝載】”功能將該格式（*.TXT）文件裝載入實驗系統(tǒng)。c、校驗微程序，檢查微控器相應(yīng)地址單元的數(shù)據(jù)是否和表中的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)相同，如果不同，則說明寫入操作失敗，應(yīng)重新寫入運(yùn)行微程序，并查看結(jié)果。助記符機(jī)器指令碼說明IN00100000IN給R0ADD00000000R0+R0給R0OUT00110000R0給OUTHLT01010000停機(jī)三.實驗原理圖：微程序控制器原理圖實驗數(shù)據(jù)與分析:依實驗過程編排了下述一組數(shù)據(jù)，每一行為一指令周期各信號端隨時間所給信號情況：SD27～SD20STINOUTXXXXXXXX1111XXXXXXXXXXXXXXXX001100101111XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX111100000010XXXXXXXX001100001111XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1111XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1111XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1111XXXXXXXXXXXXXXXX001100111111XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1111XXXXXXXX00000100001101011111XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX0000XXXXXXXXXXXXXXXX程序開始從00處執(zhí)行NOP空轉(zhuǎn)；經(jīng)ST觸發(fā)后，進(jìn)入下一條指令的執(zhí)行，從COM輸入再下一條指令的地址32H；32H單元的指令執(zhí)行的是從IN輸入數(shù)據(jù)到R0；由32H單元指令后面的MA字段相繼給出的地址，實現(xiàn)連續(xù)執(zhí)行，期間共3次ST觸發(fā)指令周期，分別完成R0數(shù)據(jù)送A，R0數(shù)據(jù)送B，A加B回送R0；程序再次回到01H，輸入指令地址33H，ST觸發(fā)后執(zhí)行將R0送OUT輸出；通過33H指令后的MA字段再次回到01H；由COM端輸入35H，機(jī)器進(jìn)入空轉(zhuǎn)停機(jī)。指導(dǎo)老師簽名:湖南師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（工學(xué)院）實驗數(shù)據(jù)報告單實驗課程：計算機(jī)組成實驗報告實驗題目：CPU與簡單模型機(jī)設(shè)計實驗實驗日期：2010年１１月16日專業(yè)：計算機(jī)年級：一.實驗?zāi)康模?.掌握一個簡單CPU的組成原理2.在掌握部件單元電路的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將其構(gòu)造一臺基本模型計算機(jī)3.為其定義五條機(jī)器指令，編寫相應(yīng)的微程序，并上機(jī)調(diào)試掌握整機(jī)概念.實驗內(nèi)容：1、寫入實驗程序，并進(jìn)行校驗。聯(lián)機(jī)軟件提供了微程序和機(jī)器程序下載功能，以代替手動讀寫微程序和機(jī)器程序，但是微程序和機(jī)器程序得以指定的格式寫入到以TXT為后綴的文件中，微程序和機(jī)器程序的格式如下：$PXXXX$MXXXXXXXX機(jī)器指令代碼微指令代碼十六進(jìn)制地址十六進(jìn)制地址機(jī)器指令標(biāo)志微指令標(biāo)志本次實驗程序如下，程序中分號‘；’為注釋符，分號后面的內(nèi)容在下載時將被忽略掉：;//***************************************//;////;//CPU與簡單模型機(jī)實驗指令文件//;////;//ByTangDuCO.,LTD//;////;//***************************************//;//******StartOfMainMemoryData******//$P0020;START:INR0從IN單元讀入數(shù)據(jù)送R0$P0100;ADDR0,R0R0和自身相加，結(jié)果送R0$P0230;OUTR0R0的值送OUT單元顯示$P03E0;JMPSTART跳轉(zhuǎn)至00H地址$P0400;$P0550;HLT停機(jī);//*******EndOfMainMemoryData*******//;//****StartOfMicroControllerData****//$M00000001;NOP$M01006D43;PC->AR,PC加1$M03107070;