《計算機組成原理》實驗報告

《計算機組成》實驗報告實驗名稱：運算器組成的實驗一實驗?zāi)康?、掌握算術(shù)邏輯運算加、減、乘、與的工作原理。2、熟悉簡單運算的數(shù)據(jù)傳送通路。3、驗證實驗臺運算的8位加、減、與、直通功能。4、驗證實驗臺的4位乘4位功能。5、按給定數(shù)據(jù)，完成幾種指定的算術(shù)和邏輯運算。二實驗內(nèi)容圖6示出了本實驗所用的運算器數(shù)據(jù)通路圖。ALU由1片ispLSI1024構(gòu)成。四片4位的二選一輸入寄存器74HC298構(gòu)成兩個操作數(shù)寄存器DR1和DR2，保存參與運算的數(shù)據(jù)。DR1接ALU的B數(shù)據(jù)輸入端口，DR2接ALU的A數(shù)據(jù)輸入端口，ALU的輸出在ispLSI1024內(nèi)通過三態(tài)門發(fā)送到數(shù)據(jù)總線DBUS7-DBUS0上，進位信號C保存在ispLSI1024內(nèi)的一個D寄存器中。當(dāng)實驗臺下部的IR/DBUS開關(guān)拔到DBUS位置時，8個紅色發(fā)光二極管指示燈接在數(shù)據(jù)總線DBUS上，可顯示運算結(jié)果或輸入數(shù)據(jù)。另有一個指示燈C顯示運算進位信號狀態(tài)。由ispLSI1024構(gòu)成的8位運算器的運算類型由選擇端S2，S1，S0選擇，功能如表3所示。表3運算器運算類型選擇表選擇操作S2S1S0000A&.B001A&.A(直通)010A+B011A-B100A（低4位）×B（低4位）進位C只在加法運算和減法運算時產(chǎn)生，與、乘、直通操作不影響進位C的狀態(tài)，即進位C保持不變。減法運算采用加減數(shù)的反碼再加以1實現(xiàn)。在加法運算中，C代表進位；在減法運算中，C代表借位。運算產(chǎn)生的進位在T4的上升沿送入ispLSI1024內(nèi)的C寄存器保存。在SW-BUS#信號為0時，參與運算的數(shù)據(jù)通過一個三態(tài)門的74HC244（SW-BUS）送到DBUS總線上，進而送至DR1或DR2操作數(shù)寄存器。輸入數(shù)據(jù)可由實驗臺上的8個二進制數(shù)據(jù)開關(guān)SW0-SW7來設(shè)置，其中SW0是最低位SW7是最高位。開關(guān)向上時為1，開關(guān)向下時為0。圖中尾巴上帶粗短線標(biāo)記的信號都是控制信號，控制信號均為電位信號。T3，T4是脈沖信號，印制板上已連接到實驗臺的時序電路產(chǎn)生的T3，T4信號上。S2，S1，S0，ALU-BUS，LDDR2，LDDR1，M1，M2，SW-BUS#各電位控制信號用電平開關(guān)K0-K15來模擬。K0-K15是一組用于模擬各控制電平信號的開關(guān)，開關(guān)向上時為1，開關(guān)向下時為0，每個開關(guān)無固定用途，可根據(jù)實驗具體情況選用。S2，S1，S0，ALU-BUS，LDDR2，LDDR1為高電平有效，SW-BUS#為低電平有效。M１＝1時，DR1選擇D1-A1作為數(shù)據(jù)輸入端；M1=0時，DR1選擇D0-A0作為數(shù)據(jù)輸入端。當(dāng)LDDR1=0時，在T3的下降沿，選中的數(shù)據(jù)被打入DR1寄存器。M2=1時，DR2選擇D1-A1作為數(shù)據(jù)輸入端；M2=0時，DR2選擇D0-A0作為數(shù)據(jù)輸入端。當(dāng)LDDR2=0時，在T3的下降沿，選中的數(shù)據(jù)被打入DR2寄存器。數(shù)據(jù)總線DBUS有5個數(shù)據(jù)來源：運算器ALU，寄存器堆RF，控制臺開關(guān)SW0-SW7，雙端口存儲器IDT7132和中斷地址寄存器IAR。在任何時刻，都不允許2個或者2個以上的數(shù)據(jù)源同時向數(shù)據(jù)總線DBUS輸送數(shù)據(jù)，只允許1個（或者沒有）數(shù)據(jù)源向數(shù)據(jù)總線DBUS輸送數(shù)據(jù)。在本實驗中，為了保證數(shù)據(jù)的正確設(shè)置和觀察，請令RS-BUS#=1，LRW=0，IAR-BUS#=1。為了在實驗中，每次只產(chǎn)生一組T1，T2，T3，T4脈沖，需將實驗臺上的DP、DB、DZ開關(guān)進行正確設(shè)置。將DP開關(guān)置1，將DB，DZ開關(guān)置0，每按一次QD按鈕，則順序產(chǎn)生T1，T2，T3，T4各一個單脈沖。本實驗中采用單脈沖輸出。三硬件電路設(shè)計圖四實驗過程（1）按圖6所示，正確連接運算器模塊與實驗臺上的電平開關(guān)K0-K15。由于運算C指示燈，8位數(shù)據(jù)開關(guān)SWO-SW7，T2，T4的連線已由印制電路板連好，故接線任務(wù)僅僅是完成有關(guān)控制信號與電平開關(guān)K0-K15的連線。正確設(shè)置開關(guān)DZ，DB，DP。用數(shù)據(jù)開關(guān)SWO-SW7向DR1和DR2寄存器置數(shù)。1）置ALU-BUS=0，關(guān)閉ALU向數(shù)據(jù)總線DBUS的輸出，置SW-BUS#=0，開啟數(shù)據(jù)開關(guān)SWO-SW7向數(shù)據(jù)總線DBUS的輸出。注意，對于數(shù)據(jù)總線DBUS（或者其他任何總線），在任一時刻，只能有一個數(shù)據(jù)向它輸出。置IR/DBUS開關(guān)于DBUS位置，在數(shù)據(jù)開關(guān)SWO-SW7上設(shè)置各種數(shù)據(jù)，觀察數(shù)據(jù)指示燈狀態(tài)是否與數(shù)據(jù)開關(guān)狀態(tài)一致。2）置M1=1，選擇DBUS作為DR1的數(shù)據(jù)源，置LDDR1=1，按QD按鈕，則將DBUS的數(shù)據(jù)打入DR1。置M2=1。選擇DBUS作為DR2的數(shù)據(jù)源，置LDDR2=1，按QD按鈕，則將DBUS的數(shù)據(jù)打入DR2。向DR1存入01010101，向DR2存入10101010。3）置SW-BUS#=1，關(guān)團數(shù)據(jù)長關(guān)SWO-SW7對數(shù)據(jù)總線的DBUS的輸出；置ALU-BUS=1，開啟ALU對DBUS的輸出。選擇S2=0，S1=0，S0=1，使運算器進行直通運算，通過DBUS指示燈驗證DR2中的內(nèi)容是否為第2步設(shè)置的值。令S2=0，S1=1，S0=0，使運算器進行加運算，通過DBUS指示燈驗證DR1中的內(nèi)容是否為第2步設(shè)置的值。在表4中填入控制信號狀態(tài)與DBUS顯示狀態(tài)。表4DR1，DR2設(shè)置值檢查ALU-BUSSW-BUS#寄存器內(nèi)容S2S1S0DBUSDR1（01010101），DR2（1010101010）DR1（01010101），DR2（10101010）（2）驗證運算器的算術(shù)運算和邏輯運算功能。1）令DR1=01100011B，DR2=10110100B，正確選擇S2，S1，S0，依次進行加、減、與、直通、乘實驗，記下實驗結(jié)果（數(shù)據(jù)和進位）并對結(jié)果進行分析。2）令DR1=10110100B，DR2=01100011B，正確選擇S2，S1，S0，依次進行加、減、與、直通、乘實驗，記下實驗結(jié)果（數(shù)據(jù)和進位）并對結(jié)果進行分析。3）令DR1=01100011B，DR2=01100011B，正確選擇S2，S1，S0，依次進行加、減、與、直通、乘實驗，記下實驗結(jié)果（數(shù)據(jù)和進位）并對結(jié)果進行分析。4）令DR1=01001100，DR2=10110011，正確選擇S2，S1，S0，依次進行加、減、與、直通、乘實驗，記下實驗結(jié)果（數(shù)據(jù)和進位）并對結(jié)果進行分析。5）令DR1=11111111，DR2=11111111，正確選擇S2，S1，S0，依次進行加、減、與、直通、乘實驗，記下實驗結(jié)果（數(shù)據(jù)和進位）并對結(jié)果進行分析。（3）M1，M2控制信號的作用是什么？改變M1，M2的高低電平，重復(fù)第（2）步，觀察出現(xiàn)什么問題？五實驗結(jié)果(1)1）數(shù)據(jù)指示燈狀態(tài)與數(shù)據(jù)開關(guān)狀態(tài)一致2）ALU-BUSSW-BUS#寄存器內(nèi)容S2S1S0DBUS11DR1（01010101），DR2（1010101010）0011010101011DR1（01010101），DR2（10101010）01011111111(2)加減與直通乘S2S1S0010011000001100DR1(01100011)DR2(10110100)00010111C=101010001C=000100000C不變10110100C不變00001100C不變DR1(10110100)DR2(01100011)00010111C=110101111C=100100000C不變01100011C不變00001100C不變DR1(01100011)DR2(01100011)11000110C=000000000C=001100011C不變01100011C不變00001001C不變DR1(01001100)DR2(10110011)11111111C=001100111C=000000000C=010110011C=000100100C不變DR1(11111111)DR2(11111111)11111110C=100000000C不變11111111C不變11111111C不變11100001C不變(3)M1，M2控制信號的作用是什么？改變M1，M2的高低電平，重復(fù)第（2）步，觀察出現(xiàn)什么問題？M1的作用是選擇DR1的數(shù)據(jù)輸入源。當(dāng)M1=1時，DR1選擇D1-A1作為數(shù)據(jù)輸入端;當(dāng)M1=0時,DR1選擇D0-A0作為數(shù)據(jù)輸入端。M2