计算机组成原理实验报告.doc

计算机组成原理实验报告实验一：算术逻辑运算实验 实验时间： 2011 年 3 月 26 日一、实验目的：1、了解运算器的组成结构；2、掌握运算器的工作原理；3、学习运算器的设计方法；4、掌握简单运算器的数据传输通路；5、验证运算功能发生器74LS181的组合功能。二、实验内容及步骤：1、连接实验电路并检查无误。图中将学生需要连接的信号线用小圆圈标明。2、打开电源开关。3、用输入开关向暂存器DR1置数。拨动输入开关，形成二进制数01100101(或其他数值)。(数据显示：灯亮为0,灭为1)。使SWITCH UNIT单元中的开关SW-B=0(打开数据输入三态门)、ALU-B=1(关闭ALU输入三态门)、LDDR1=1、LDDR2=0。按动微动开关KK2（产生T4），则将二进制数01100101置入DR1中。4、用输入开关向暂存器DR2置数。拨动输入开关，形成二进制数10100111(或其他数值)。SW-B=0、ALU-B=1保持不变，改变LDDR1、LDDR2，使LDDR1=0、LDDR2=1。按动微动开关KK2（产生T4），则将二进制数10100111置入DR2中。5、检验DR1和DR2中存的数是否正确。关闭数据输入三态门(SW-B=1),打开ALU输出三态门(ALU-B=0)，并使LDDR1=0、LDDR2=0，关闭寄存器。置S3、S2、S1、S0、M为1、1、1、1、1，总线显示灯显示DR1中的数。置S3、S2、S1、S0、M为1、0、1、0、1，总线显示灯显示DR2中的数。6、改变运算器的功能设置，观察运算器的输出。SW-B=1、ALU-B=0保持不变。按表1.1-2置S3、S2、S1、S0、M、Cn的数值，并观察总线显示灯显示的结果。7、验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能(采用正逻辑)。在给定DR1=65、DR2=A7的情况下，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，并将该输出填入表1.1-2中。参考表1.1-1给出的74LS181的逻辑功能表，验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能(采用正逻辑)，且与理论分析进行比较和验证。三、实验结果：DR1DR2S3 S2 S1 S0M = 0（算术运算）M = 1(逻辑运算)Cn=1无进位Cn=0有进位656565A7A7A70 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1F=(65)F=(E7)F=(7D)F=(FF)F=(A5)F=(27)F=(BD)F=(3F)F=(8A)F=(0C)F=(A2)F=(24)F=(CA)F=(4C)F=(E2)F=(64)F=(66)F=(E8)F=(7E)F=(00)F=(A6)F=(28)F=(BE)F=(40)F=(8B)F=(0D)F=(A3)F=(25)F=(CB)F=(4D)F=(E3)F=(65)F=(9A)F=(18)F=(82)F=(00)F=(DA)F=(58)F=(C2)F=(3E)F=(BF)F=(3D)F=(A7)F=(25)F=(01)F=(7D)F=(E7)F=(65)四、心得体会： 这次实验是做运算，让计算机来处理各种运算，了解计算机是怎么通过二进制来做数据间的运算。根据实验指导书上的运算器通路图连接电路图，在连接电路图的时候，由于对板块上电路的不熟悉，很多芯片难以快速准确找到，以致用了很多时间连接电路图。虽然电路图不是很复杂，但是接线的顺序很容易出错，导致实验结果不正确或者无法运行。在拨动开关输入数据，由于对开关的不熟悉，致使多次重复相同的步骤，这样也导致有些实验结果不正确。尽管最终完成了实验要求，但是我还是对这个系统很不熟悉，很多电路图无法理解，为什么要这样连接？希望以后能够多多接触，通过动手实践了解计算机深层次的运算特点。实验二：静态随机存储器实验 实验时间： 2011 年 4 月 1 日 一、 实验目的：掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的读/写方法。二、实验内容及步骤：1、连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。2、写存储器。给存储器的00、01、02、03、04地址单元中分别写入数据11H、12H、13H、14H、15H。由存储器实验原理图看出，由于数据和地址全由一个数据开关给出，因此要分时地给出。下面的写存储器要分两个步骤：第一步写地址，先关掉存储器的片选(CE=1)，打开地址锁存器门控信号(LDAR=1)，打开数据开关三态门(SW-B=0),由开关给出要写入的存储单元的地址，按动START产生T3脉冲将地址打入到地址锁存器；第二步写数据，关掉地址锁存器门控信号(LDAR=0),打开存储器片选(CE=0)，使之处于写状态(CE=0，WE=1)，由开关给出此单元要写入的数据，按动STRAT产生T3脉冲将数据写入到当前的地址单元中。写其他单元依次循环上述步骤。3、读存储器。依次读出第00、01、02、03、04号单元中的内容，观察上述各单元中的内容是否与前面写入的一致。同写操作类似，读每个单元也需要两步：第一步写地址，先关掉存储器的片选(CE=1)，打开地址锁存器门控信号(LDAR=1)，打开,由开关给出要读存储单元的地址，按动START产生T3脉冲将地址打入到地址锁存器；第二步读存储器，关掉数据开关三态门(SW-B=1),打开存储器(CE=0)，使它处于读状态(CE=0，WE=0)，此时数据总线上显示的数据即为从存储器当前地址中读出的数据内容。读其他单元依次循环上述步骤。三、心得体会： 这次的实验基本掌握了静态随机存储器RAM工作特性及数据的读/写方法。实验的关键在于按动START产生T3脉冲，这个脉冲将输入的数据打入到地址锁存器或者地址单元中，同时在读写数据的过程中，要小心注意片选CE，三态门SW-B以及门控信号LDAR的状态，一个出错将导致结果不正确。通过多次的练习数据的输入和存储，基本上能够快速的对数据进行读和写的操作。实验三：总线基本实验 实验时间： 2011 年 4 月 16 日一、实验目的：1、理解总线的概念及其特性；2、掌握总线传输控制特性。二、实验内容及步骤：1、按照实验接线图进行连线。2、首先应关闭所有三态门(SW-B=1,CS=1,R0-B=1,LED-B=1)，并将关联的信号置为LDAR=0，LDR0=0，W/R(RAM)=1，W/R(LED)=1。然后参照如下操作流程: (1)输入设备将一个数打入R0寄存器:先给数据开关置数，打开数据输出三态门(SW-B=0)，拨动LDR0控制信号做010动作，产生一个上升沿将数据打入到R0中；(2)输入设备将另一个数(地址)打入地址寄存器：继续给数据开关置数，拨动LDAR控制信号做010动作，产生一个上升沿将数据（地址）打入到AR地址寄存器中； (3)将R0寄存器中的数写入到当前地址的存储器中：关闭数据开关三态门（SWB1），打开RO寄存器输出控制（R0B0），使存储器处于写状态(W/R=1、CS=0)，将R0中的数写到存储器中；(4)将当前地址的存储器中的数用LED数码管显示：关闭R0寄存器输出（R0B1），使存储器处于读状态(W/R=0、CS=0)，打开LED(LED-B=0)片选，拨动LED的W/R控制信号做101动作，产生一个（上升沿？）将数据打入到LED中。 三、心得体会：由于这次试验有一定的复杂性，所以老师让我们多人合作完成本次实验，我和两位搭档按照实验连线图一步一步的往下做，并且每做一步，都检查一片，怕最后因为连线的原因使的实验不能顺利完成，这样也可以很好的降低错误的发生，发现错误并快速的改正，节约的不少时间。连好线，按照实验步骤，就能很快的完成实验要求，本次实验让我明白严谨的实验态度和反复的排查错误是实验成功大的有效保证。 实验四：微程序控制器实验 实验时间： 2011 年 4 月 29 日 一、实验目的：1、掌握时序发生器的组成原理。2、掌握微程序控制器的组成原理。3、掌握微程序的编制、写入、观察微程序的运行情况。二、实验内容及步骤：1、将全部微程序按微指令格式变成二进制代码，可得到一个二进制代码表。2、连接实验线路,仔细检查无误后接通电源。3、观测微程序控制器的工作原理： 联机方式调试步骤： (1)编程：l 将编程开关置为PROM（编程状态）。l 将“STATE UNIT”单元中的STEP开关置为“STEP”，STOP开关置为“RUN”状态。l 在实验室内启动联机软件：A E:计算机组成原理CMPB 进入联机调试软件窗口后,点击指令区的微指令,可键入微指令,键入一条微指令后回车,字体会变红,说明该指令已修改。C 把二进制代码表中的代码翻译成16进制数,并用以上方法输入。(2)校验：l 将编程开关READ（校验）状态。l 将“STATE UNIT”单元中的STEP开关置为“STEP”，STOP开关置为“RUN”状态。l 检查输入的微指令和机器指令是否正确。(3)单步运行：l 将编程开关置于“RUN（运行）”状态。l 将“STATE UNIT”单元中的STEP开关置为“STEP”，STOP开关置为“RUN”状态。l 使CLR开关从1-0-1,此时微地址寄存器MA5-MA0清“0”，从而给出运行微指令的入口地址为000000（二进制）。l 先选运行菜单通路图。l 再选运行菜单单步微指令（C）可观察到执行一条微指令时，计算机数据通路中数据的流动情况。再根据图45微程序流程图，分析执行一条机器指令要执行多少条微指令及执行情况是否正确。(4)强置运行：在当前条件下，可将“MICROCONTROLLER”单元的SE1SE6接至“SWTICHUNIT”单元中的S3CN对应的开关上，可通过强置端人为的设置分支地址。A.首先将SE1SE6对应的二进制开关置为“1”，B.当需要人为设置分支地址时，将某个或几个二进制开关置“0”，相应的微地址即被强置为“1”，从而改变下一条微指令的地址。（注意：在强制运行状态下，二进制开关置为“0”，相应的微地址位将被强置为“1”。开关量和正常情况相反。） C.特别注意：强置好地址后，一定把对应的二进制开关置为“1”，。然后再单步运行微指令。例如:要观察ADD机器指令的执行情况,先通过SE1SE6对应的二进制开关将分支地址强置为11(8进制),用单步运行就可以观察到ADD机器指令在数据通路中执行每一条微指令时的数据流动情况及各部件的有效控制信号。(5)连续运行：l 将编程开关置于“RUN（运行）”状态。l 将单步开关“STEP”置为“EXEC”状态。l 使CLR开关从1-0-1,此时微地址寄存器清“0”，从而给出运行微指令的入口地址为000000（二进制）。l 启动时序电路，则从微指令的入口地址000000连续执行微指令。(6)观察、分析微程序运行情况：l 根据联机调试界面的数据通路，观察微程序执行过程中，数据在数据通路中的流动情况。l 参考微程序流程图，分析微程序的执行过程是否正确。三、心得体会：按照实验步骤，通过老师的指导，我们能够完成实验要求，但是如果让我们具体的讲出实验的原理，却是件很难的事情，我们拥有很强的学习模仿能力，但是让你从实质上去了解实验的本质，实验的原理确是很困难的。导入微程序，运行微程序，观察微程序运行情况。实验五：基本模型机实验 实验时间： 2011 年 5 月 13 日一、 设计目的：1、 在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统，构造一台基本模型计算机，建立整机概念。2、 为其定义至少五条机器指令，并编写相应的微程序，通过联机调试，观察计算机执行指令：从取指令、指令译码、执行指令等过程中数据通路内数据的流动情况，进一步掌握整机概念。二、实验内容及步骤：1、了解设计内容。2、按照基本模型机接线图连接实验。3、在计算机上运行