合肥工业大学计算机组成原理实验报告

实验1基本算术单元实验一、实验目的理解算术单元的结构；掌握算术单元的工作原理。二、实验内容1.连接描述：算术逻辑单元：S0.S3(JP18)开关面积单位：K20.K23(JP89)铝单位：瓦、瓦、铝、氯化萘(JP19)开关面积单位：K15.K12(JP92)算术逻辑单元：算术逻辑单元_D0.ALU_D7(JP25)分机：JP62算术逻辑单元：IN0.IN7(JP22)开关面积单位：K0.K7(JP97)2.打开测试仪的电源，按下控制器的第一个键，将算术逻辑单元的A、B、FC、FZ、FS和I清零。如果执行键上方的指示灯不亮，按下执行键一次以点亮指示灯，表示测试仪正在运行。3.将初始值分配给寄存器a(1)切换K7.K0开关的开关区单元形成二进制数(或其他值)；指示灯亮起，表示该位为“1”，关闭至“0”。(2)切换开关区单元K15(wA)、K14(wB)、K13(rALU)、K12(CN_I)的开关，赋值wA=0(允许写a)，wB=1(禁止写b)，rALU=1(不允许ALU输出)，CN_I=0，按一下CON单元的STEP键产生T1的下降沿，将二进制数写入寄存器a和a _ 7.ALU单元的0发光二极管显示a的值4.为寄存器b分配初始值(1)切换K7.K0开关的开关区域单位形成二进制数(或其他值)。(2)赋值wA=1(禁止写a)，wB=0(允许写b)，rALU=1(不允许算术逻辑单元输出)，CN_I=0，按一下CON单元的STEP键产生T2下降沿，将二进制数写入寄存器b，b中的值显示在r _ 7上.alu单元的r _ 0 led5.赋值wA=1(禁止写入a)，wB=1(禁止写入b)，rALU(K10)=0。按下uSTEP进入T3节拍。米DS169DS168T1、T2和T3无效(T1=0、T2=0、T3=0)00T1(T1=1、T2=0、T3=0)01T2(T1=0、T2=1、T3=0)10T3(T1=0、T2=0、T3=1)11描述：1-明亮；0-关闭当rALU(K13)=0时，如果S3S2S1S0的值为0000，当T2和T3拍子时，允许输出ALU结果；S3S2S1S0的值是其他值。当T3跳动时，允许输出ALU结果并显示在扩展区的两位数码管和DS94的发光二极管上.DS101。6.根据下面的“运算结果表”，改变K20(S0)、K21(S1)、K22(S2)、K23(S3)和K12(CN_I)的值，观察并记录算术单元的输出。例如：S0=0，S1=0，S2=0，S3=0，算术逻辑单元D7 _ D0=58h；足球俱乐部，FZ，足球，我保持不变。注：仅当按下CON单元的“步进”键一次以产生T3的下降沿时，ALU才会将标志位FC、FZ、FS和I写入标志寄存器PSW，结果可在ALU单元的FZ、FC、FS和I指示灯上看到。如果测试仪和PC机在线运行，可以通过软件中的数据路径图观察实验结果。方法是打开软件，在卫星研究软件的工具栏中选择“算术单元实验”，打开算术单元实验的数据路径图。对于上述手动操作，单击工具栏上的单节拍或单周期命令图标，数据路径图将反映算术单元的当前操作。三。实验结果与分析操作结果表操作类型ABS3S2S1 S0氯化萘结果逻辑运算58AB00000铝=(58)氟=(0 )FZ=(0)氟=(0)58AB00001铝=(硼)氟=(0 )FZ=(0)氟=(0)58AB0001X铝=(FB)燃料电池=(0)FZ=(0)燃料电池=(0)0010X铝=(08)氟=(0)FZ=(0)氟=(0)0011X铝=(F3)氟=(0)FZ=(0)氟=(0)0100X铝=(A7)氟=(0 )FZ=(0)氟=(0)轮班操作01010铝=(0B)氟=(0 )FZ=(0)氟=(0)01011铝=(2C)氟=(0 )FZ=(0)氟=(0)01100铝=(2C)氟=(0)FZ=(0)氟=(0)0110(光纤通道=0)1铝=(2C)氟=(0 )FZ=(0)氟=(0)0110(本币=1)铝=(交流电)燃料电池=(0)FZ=(0)燃料电池=(0)01110铝=(B0)氟=(1)FZ=(0)氟=(0)0111(光纤通道=0)1铝=(B0)氟=(0)FZ=(0)氟=(0)0111(本币=1)铝=(B1)氟=(1)FZ=(0)氟=(0)算术运算10000铝=(03)氟=(0)FZ=(0)氟=(0)1000(本币=0)1铝=(03)氟=(0)FZ=(0)氟=(0)1000(本币=1)铝=(04)氟=(1 )FZ=(0)氟=(0)10010算术平均值=(模数)光纤通道=(0)FZ=(0)光纤通道=(0)1001(光纤通道=0)1算术平均值=(模数)光纤通道=(0)FZ=(0)光纤通道=(0)1001(本币=1)铝=(交流电)燃料电池=(1)FZ=(0)燃料电池=(0)10100铝=(59)氟=(1)FZ=(0)氟=(0)1铝=(58)氟=(1)FZ=(0)氟=(0)1011X铝=(57)氟=(1 )FZ=(0)氟=(0)其他的1100X本币=(1)1101XEI=(0)四.思考问题1.什么时候在这个实验系统中可以写入A寄存器？乙登记册是什么时候写的？在一个机器周期内，可以用不同的数据写入A和B寄存器吗？回答：按住STEP，CK由高变低，寄存器A的黄灯亮，表示选择了寄存器A。当STEP释放时，CK从低电平变为高电平，导致上升沿，数据55H写入A寄存器。(2)按住STEP，CK由高变低，寄存器B的黄灯亮，表示选择了寄存器B。当STEP释放时，CK从低电平变为高电平，导致上升沿，数据33H被写入B寄存器。不允许在一个机器周期内将不同的数据写入A和B寄存器。2.在这个实验系统中，算术逻辑单元的功能和8086处理器的功能一样吗？回答：在这个实验系统中，算术逻辑单元可以完成逻辑“与”、“或”、“异或”、“补码”、“清零”等基本运算。8位变量，以及基本操作，如加法、减法、乘法、除法等。8086处理器的逻辑运算是16位。实验二记忆实验1.实验目的1.掌握简单算术单元的数据传输组成原理。2.验证算术逻辑运算函数发生器74LS181的组合函数。二、实验原理1.总线原理：由于系统中使用了8条地址线和8条数据线，因此74LS255用作数据总线，74LS244用作地址总线。总线将整个系统分为内部数据、地址总线、外部数据和地址总线。由于数据总线需要从内部到外部交换数据，总线信号控制数据流方向。当总线=1时，数据从内部流向外部，当总线=0时，数据从外部流向内部。2.由于在该系统中使用8条地址线和8位数据线，6264的A8至A12接地，实际容量为256和6264的数据和地址总线已经连接到总线单元的外部总线。存储器有三个控制信号：地址总线设置存储器地址，当RM=0时，存储器中的数据被读出到总线；当WM=0且EMCK具有上升沿时，外部总线上的数据被写入存储器。图7-6-1记忆实验示意图实验中使用的半导体静态存储电路的原理如图7-6-1所示。静态存储器由一块6116(2K 8)组成。其数据线(D7-D0)以8芯柔性扁平电缆模式连接到数据总线(D7-D0)。地址线由地址锁存器(74LS273)给出。锁存器的输入/输出分别通过8芯柔性扁平电缆连接到数据总线接口和存储器地址接口。地址显示单元显示ad7至ad0的内容。数据开关通过三态门(74LS245)以8芯柔性扁平电缆模式连接到数据总线接口，以分时方式给出地址和数据。6116有3条控制线：CS(芯片线选择)、OE(读取线)、WR(写入线)。当芯片选择有效时，CS=0，读取操作在OE=0时执行，写入操作在WR=0时执行。在本实验中，运行经验引脚接地。在这种情况下，当CS=0且WR=1时执行读操作，当CS=0且WR=0时执行写操作。写入时间与T3脉冲宽度一致。实验中，T3脉冲由单步命令键产生，其它电平控制信号由二进制开关模拟，其中CE、SW-B、LDAR在高电平有效，而WE是读/写(W/R)控制信号。当WE=0时执行读操作，当WE=1时执行写操作。图7-6-2实验连接示意图如图7-6-2所示，连接实验电路：总线接口连接：用8芯柔性扁平电缆连接图7-6-2中所有标有 或 或 图案的总线接口。控制线与时钟信号的连接”:用双头实验线连接图7-6-2中所有标有“”或“”图案的插孔(注：戴斯-CMH时钟信号内部连接)。在闪烁的“P”状态下，按下添加地址命令键，使发光二极管显示屏在第4位从左到右显示提示“L”，表示设备已进入手动单元实验状态。(如果当前状态为“L”，则可以省略此操作。(1)将内部总线数据写入存储器将数据11、12、13、14和15分别写入存储器的00、01、02、03和04地址单元。具体操作步骤如下(以将数据11写入00地址单元为例):注：单步键的功能是启动计时电路产生T1T4四次单周期脉冲(2)从存储器向总线读取数据依次读出单元00、01、02、03和04的内容，并观察上述单元的内容是否与先前写入的内容一致。具体操作步骤如下(以00地址单元读取数据11为例):注：单步键的功能是启动计时电路产生T1T4四次单周期脉冲三。实验结果与分析实验结果与理论分析结果基本一致。四.思考问题1.这个实验系统中使用的存储芯片6116的容量是多少？系统中实际可用的空间是什么？回答：(1)存储器6116芯片容量2K*8位。(2)实际可用存储空间：2K。2.在这个实验系统中，我如何获得存储器的读写控制信号？它们什么时候有效？回答：(1)当CS=0，OE=0时读取，当WR=0时写入。(2)当OE引脚接地时，当CS=0且WR=1时执行读取操作，当CS=0且WR=0时执行写入操作。写入时间与T3脉冲宽度一致。(3)实验中，T3脉冲由单步命令键产生，其他电平控制信号由二进制开关模拟，其中CE、SW-B、LDAR在高电平有效，WE为读/写(W/R)控制信号，当WE=0时执行读操作，当WE=1时执行写操作。实验3系统总线和总线接口基本输入和输出功能实验一、实验目的1.了解公交车的概念和特点。2.掌握控制总线的功能和应用。二、实验内容由于存储器以及输入和输出设备最终连接到外部总线，因此需要外部总线来提供数据信号、地址信号和控制信号。在该实验平台中，外部总线分为数据总线、地址总线和控制总线，分别为外围设备提供上述信号。外部总线和中央处理器的内部总线通过三态门连接，内部和外部总线分开，控制数据流方向。地址总线可以为外部设备提供地址信号和芯片选择信号。解码由地址总线的高位执行。系统的输入/输出地址解码原理如图4-1所示(在地址总线单元中)。由于A6和A7用于解码，输入/输出地址空间被分成四个区域，如表4-1所示。为了实现MEM和外围设备的读写操作，还需要一个读写控制逻辑来使中央处理器能够控制MEM和输入/输出设备的读写。实验中的读写控制逻辑如图4-2所示。由于T3的参与，可以确保写入脉冲宽度与T3一致，T3由时序单元的TS3给出(时序单元的介绍见附录2)。IOM用于选择是读取还是写入输入/输出设备或MEM。当IOM=1时，读取或写入输入/输出设备，当IOM=0时，读取或写入MEM。当RD=1时读取，当WR=1时写入。1.读写控制逻辑设计实验。(1)按照图4-4所示的实验接线图进行连接。首先，将定时和操作控制台单元的开关KK1和KK3设置到“运行”位置，将开关KK2设置到“单拍”位置，按下控制单元的总清除按钮CLR，并执行以下操作。读取MEM (WR=0，研发=1，IOM=0)。此时E0关闭，表示存储器读取功能信号有效。(2)给MEM写信(WR=1，RD=0，IOM=0)。连续按下开关ST，观察膨胀单元的数据指示灯。当指示灯显示T3时，E1关闭，表示存储器写功能信号有效。(3)读取输入/输出(WR=0，RD=1，IOM=1)。此时E2关闭，表示输入/输出读取功能信号有效。(4)写入输入/输出(WR=1，RD=0，IOM=1)。连续按下开关ST，观察膨胀单元的数据指示器。当指示器显示T3时，E3关闭，表明输入/输出写功能信号有效。2.基本输入输出功能的总线接口实验。3.实验结果：(1)根据总线上悬挂的几个基本元件，设计了一个简单的程序：输入装置将一个数字输入R0寄存