计算机组成原理实验报告

1、计算机组成原理实验报告姓名：专业：计算机科学与技术学号：精选文库计算机组成原理实验（一）实验题目： 时标系统的设置和组合成绩：一、实验目的1、了解时标系统的作用2、会设计、组装简单的时标发生器二、实验内容参照时标系统的设计方法，用组合逻辑方法设计一个简单的节拍脉冲发生器，产生图1-6 所示的节拍脉冲， 并用单脉冲验证设计的正确性。 在实验报告中画出完整电路， 写出 W1 、 W0 和 N1 的表达式。图 1-6简单的节拍脉冲发生器一周期的波形设计提示：1、由波形图求出节拍脉冲W1 和 W0 的表达式，进而组合成N1 的表达式。2、注意节拍电平T1 和 T0 的翻转时刻应在M 0 下降沿与M 的

2、上升沿同时出现的时刻。3、注意 D 触发器的触发翻转要求。三、实验仪器及器材1、计算机组成原理实验台和+5V 直流稳压电源2、集成电路由附录A “集成电路清单”内选用四、实验电路原理（实验电路原理图）时标系统主要由时钟脉冲发生器、 启停电路和节拍脉冲发生器三部分组成成， 结构如图 1-1 所示。图 1-1时标系统组成1、时钟脉冲发生器主要由振荡电路、分频电路组成， 其作用是产生一定频率的时钟脉冲，作为计算机中基-2精选文库准时钟信号。如图1-2 所示。图 1-2时钟脉冲发生器组成2、启停电路计算机是靠非常严格的节拍脉冲，按时间的先后次序一步一步地控制各部件工作的，所以，机器启停的标志是有无节拍

3、脉冲，而控制节拍脉冲按一定的时序发生和停止，不能简单地用电源开关来实现。如图1-3 所示。图 1-3简单的启停电路为了使机器可靠地工作， 要求启停电路在机器启动或停机时， 保证每次从规定的第一个脉冲开始启动， 到最后一个脉冲结束才停机， 并且必须保证第一个和最后一个脉冲的波形完整。如图 1-4 所示。图 1-4利用维持阻塞原理的启停电路3、节拍脉冲发生器节拍脉冲发生器的作用是产生一序列的节拍电平和工作脉冲。节拍电平是保证计算机微-3精选文库操作的时序性， 工作脉冲是各寄存器数据的打入脉冲。本课程整机实验中一个周期的节拍脉冲波形如图1-5 所示。其中的工作脉冲m1 m8 ，由节拍电平Q1 Q4

4、与时钟脉冲m 按组合逻辑的方法组合得到，表达见图1-5 中右侧列表所示。图 1-5一个周期的工作脉冲波形五、实验步骤按照实验内容设计并连接电路，输入脉冲信号，观察灯的亮灭情况，并用单脉冲进行检验。六、 实验内容记录（数据、图表、波形、程序设计等）实验电路如图：输入脉冲后，三个指示灯按规则亮灭。W1=T 1 M 0 MW2=T0 M0 M-4精选文库N1=W1+W2真值表为：ML1（ W1 ）L2 （W2）L3（ N1）0000100000001000000010000101100000001011000010000101100000001000七、 实验结果分析、实验小结实验成功的产生了要求的

5、信号。第一次做计组实验，对器械不熟悉，做起来耗时较长，以后要多加练习。-5精选文库计算机组成原理实验（二）实验题目： 总线传输技术成绩：一、实验目的1、了解总线的工作原理2、掌握总线的传送技术3、熟悉建立总线的器件特性二、实验内容1、根据图 2-2 所示的实验方案， 如果要通过“输出显示” 观察到“ RAM 地址寄存器（ AR ）”中的数据，请选用适当元器件设计实现。画出实验电路逻辑图，并组装成电路。2、在设计的电路上实现下列手动单功能操作，并写出操作步骤：1）开关数据 输出显示；2）开关数据 RAM 地址寄存器（ AR ）；3）RAM 地址寄存器（ AR ）输出显示；设计提示：用不同的开关控

6、制各个寄存器，并用不同的脉冲对寄存器实现数据打入。三、实验仪器及器材1、计算机组成原理实验台和5V 直流稳压电源2、 74LS244 、74LS273四、实验电路原理（实验电路原理图）计算机全部工作过程，可以看成是信息的传送和加工过程；信息传送在机器内部是极为频繁的，为减少机器中的信息传输线、节省器件，提高传送能力及可靠性，采用总线方法是必不可少的， 建立总线的基本原则是互斥性 ：挂总线的各总线驱动器（发送端）必须具有分时操作的可能性，不允许在同一总线上同时有两个发送源发送信息。 一致性 ：同一总线中所用挂总线的器件类型要一致；通常用做总线的器件有两种：OC 门和三态门，前者负载能力较小， 只

7、能用于小规模的传送应用中；而三态门是目前应用较多的总线传送器件。在这类型件中，最常见的有 74LS244、 74LS245 ，另外如 74LS373 、 INTEL8212 等器件也都可直接与总线相连。下面介绍一种总线实验方案，如图2-1 所示：图 2-1总线传送技术实验框图（例）上图所示为一个小型总线传送系统，共有五个部件在同一总线上，其中A、C为总线的发送部件， D 、 E 接收部件， B 部件可双向传送，既可作发送端，也可作接受端。因此在同一总线上共挂上三个传送源，但在同一时间只允许传送一个发送端发送的信息，例如 t0时可以 A B 、 D 、 E ， t1 时可传送从 C D 、 E

8、、 B 。但绝不能在同一时刻，例如t2 时，同时作 A D 、 B E 的信息传送，也就是说建立总线必须遵循互斥性原则。在此本实验中 A 、 B 、 C 、 D 、 E 均采用三态传输器件。因此上图的总线设想可转化为图2-2所示的实现方案。从图中可看出，地址信息及数据信息都是通过同一组数据开关经三态传输门挂上总线，-6精选文库再发送相应的部件的。要区分送入总线的信息是地址还是数据，可以通过对操作时序的控制来实现， 本实验由于地址值及内容数据都是通过数据开关人工加载的， 因此区分总线上的地址和数据信息也就是人为地操作总线上的某些芯片，打入或读出信息。图 2-2总线传送技术实验方案（例）1、八三态

9、驱动门74LS244内部功能结构见图2-3 所示，每芯片装两组。图 2-3 74LS244 内部功能结构2、八 D 触发器 74LS273内部功能结构如图2-4 所示。图 2-4 74LS273 内部功能结构五、实验步骤按照实验内容设计并连接电路，1、 KBus 置零，从 D3D2D1D0 端输入要储存的数据，A1 从 0 置 1.，A2 置零。观察输出结果。2、 A2 置一， KBus 、A1 、 RBus 置零，输入端输入数据。3、 KBus 置一， RBus 、 A2 置零， A1 从 0 置 1，输出端输出数据。-7精选文库六、 实验内容记录（数据、图表、波形、程序设计等）实验电路如图

10、：七、 实验结果分析、实验小结按步骤操作后，输出与输入相吻合。-8精选文库计算机组成原理实验（三）实验题目： RAM 存贮器成绩：一、实验目的1、了解半导体静态存贮器2、掌握 RAM 存贮器的读写操作二、实验内容完成下列设计任务，画出电路逻辑设计图，并写出对存贮器单个地址的读、写操作过程：设计一个容量为2564 bit 的存贮器并完成单个存贮单元的读写操作，选5 个不连续的存贮单元地址操作。设计提示：用一片 74LS273 作为存贮器的地址寄存器，可再用一片同样的芯片作为存贮器数据输出缓冲器，只用其中的 4 位即可。三、实验仪器及器材1、计算机组成原理实验台和5V 直流稳压电源2、 74LS2

11、44 、M2114 、 74LS273四、实验电路原理（实验电路原理图）1、 M2114 内部功能结构M2114 由以下几个部分组成，如图3-1 所示：图 3-1 M2114 SRAM 器件的内部逻辑及引脚图1）存贮体它是一个 32 行 32 列 4bit 的存贮器阵列，用以寄存信息代码。2）译码器采用 X-Y 矩阵译码，因此它分为行译码和列译码两部份，分别对行、列地址进行译码。（ 3）读写电路把代码信号从存贮体中读出并放大，使与TTL 相兼容，而写电路把代码写入存贮体。（ 4）控制器接收读、写命令，并发出控制，以接收或发送其数据信息，-9精选文库（ 5）三态输入输出缓冲器由控制线控制，以接收

12、或发送其数据信息。2、 M2114 的读操作：（ 1）把所送单元的地址送到地址输入端A0 A9 。2）把读写控制电平 WE 置“ 1”，即 WE 1 。3）置片选控端 CS 0 。（ 4）经一定的延迟后，从I O1IO4上获得所要的数据。3、 M2114 的写操作：（ 1）把要写入单元的地址送到地址线A0 A9。2）置WE 0。（ 3）把要存入的数据置在数据线I O1 I O4 上。（ 4）置片选 CS0 ，则经一定延时后，数据就被写入指定的存贮单元中。4、 M2114 器件应用举例（ 1）RAM 的字长扩展一片 M2114 器件的单元数为1k（ 1024），每个单元的字长为4 位，若需要字长

13、为8 位或 16 位的 SRAM 存贮器， 就要用 2 片或 4 片器件组合而成。这种扩展方法只需把两片或四片器件对应的地址线A0 A9 ， CS 、 WE 等信号并联即可，它们的数据线加在一起就可组成一个 8 位或 16 位的 SRAM 存贮器。同理，可以很方便地把字长扩展到4N 位，其中 N 为M2114 器件数。图 3-2 所示为 1k8 位的 SRAM 逻辑图。（ 2）RAM 的容量扩展一片 M2114 的地址线有10根 A0 A9，故其最大容量为101024 即 1k，现若希望 SRAM2的容量为 4k，其构成的方法如下：A 、 4k 共需 12 根地址线，即A0 A11124k，共

14、需要4 片 M2114 。，因为 24096B、由于 M2114 仅有 A0 A9位地址，每片 1k，因此只需把12 位地址中的高二位 A11 A10 经一片 2-4 线译码器（如74LS139 ）译成四个状态，分别去控制每一片的CS 端，即可达到扩充 4k 的目的。采用此方法，只需要适当配置译码电路，就可以把SRAM 存贮器的容量以 1k 为模任意加以扩充。-10精选文库图 3-21k8 位的 M2114五、实验步骤按照实验内容设计并连接电路，对单个存贮器地址的写操作如下：1、 KBus =1， CS=12、 KBus =03、输入端D3D2D1D0 输入地址（ 0H15H ），打入 MAR

15、4、输入端D3D2D1D0 输入数据5、 W/R=06、 CS=1 0 17、返回 3，写下一个数据读操作如下：1、 KBus =1， CS=12、 KBus =03、输入端D3D2D1D0 输入地址（ 0H15H ），打入 MAR4、 KBus =15、 W/R=16、 CS=1 07、输出数据8、 CS=0 19、返回 2，读下一数据六、 实验内容记录（数据、图表、波形、程序设计等）实验电路如图：-11精选文库真值表为：Adress1Adress2Adress3Adress4Data1Data2Data3Data400011110001011010100101110000111七、 实验结

16、果分析、实验小结按步骤操作后，输出与地址相吻合。-12精选文库计算机组成原理实验（四）实验题目： 总线半导体静态存贮器成绩：一、实验目的1、熟悉挂总线的逻辑器件的特性和总线传送的逻辑实现方法2、掌握半导体静态存贮器的存取方法二、实验内容1、根据实验方案框图，调用PC 模块，选用适当元器件，画出实验电路逻辑图，并组装成电路。2、在电路上实现下列手动单功能操作，（控制信息可用电平开关输出电平）。 B、A KRAMRAM BusB1A设计提示：1、利用实验箱中提供的总线接口搭接总线结构，各器件再分别挂到总线上。2、用一片74LS273 作为存贮器的地址寄存器。3、PC 模块可看作一个透明的元件，用来

17、产生连续的存贮器地址，其数据置入端和计数输出端已经在内部挂接到总线上。三、实验仪器及器材1、计算机组成原理实验台和+5V 直流稳压电源2、器件由附录A “集成电路清单”内选用四、实验电路原理（实验电路原理图）在单总线结构的计算机中，其地址和数据都是通过同一组数据开关及三态传输门挂上总线，发送到相应计算器、地址寄存器或存贮器单元。怎样区分送入总线的信息是地址还是数据，这可通过控制操作的时序来实现。计数器可选用74LS161 和 74LS244 构成可预置计数器，并具有双向传送逻辑功能，即可以从总线上接受信息，也可以发送信息到总线上，而缓冲器及地址寄存器仅是接收总线信息的一个部件。本实验的逻辑电路

18、方案如图4-1 所示：图 4-1总线半导体存贮器实验框图-13Cn = QD gQC gQB gQA ；精选文库芯片逻辑图介绍同步四位计数器74LS161 及字长扩展图 4-2 74LS161 字长扩展图 4-2 中：D 、C、 B、 A输入（D 为高位，A为低位）；QD 、 QC 、 QB 、 QA 输出（QD 为高位， QA 为低位）；PT 使能（置数或计数为高）LD 操作模式（置数低，计数为高）；CK 置数或计数脉冲；C n 动态进位输出CR 清除。五、实验步骤按照实验内容设计并连接电路，1、KB、AKBus =1， PCBus=1， CS=1，LD=1Bus =0， LD=0输入端 D

19、3D2D1D0 输入地址（ 0H15H ），打入 MARLoadMAR ， LoadPCBus =1， LD=1 2、KRAMKBus =1， PCBus=1， CS=1，LD=1KBus =0输入端 D3D2D1D0 输入数据（ 0H15H ），打入 MARW/R=0 ， CS=1 01KBus =13、 RAM BusKBus =1， PCBus=1， CS=1，LD=1-14精选文库K PC， MARW/R=0 ， CS=1 0LoadCCS=014、B+1AKBus =1， PCBus=1， CS=1，LD=1LoadPCPCBus =0LoadMARPCBus =1六、 实验内容记录

20、（数据、图表、波形、程序设计等）实验电路如图：真值表为：Adress1Adress2Adress3Adress4Data1Data2Data3Data4000111100010110100111011-15精选文库01000111七、 实验结果分析、实验小结按步骤操作后，输出与地址相吻合。-16精选文库计算机组成原理实验（五）实验题目： 运算器成绩：学 生 姓 名 ： xxx学 号 ： 20081060058指 导 教 师 ： xxxxxx学院名称： xxxxxxxxx专业： 计算机科学与技术年级： 08 级实 验 时 间 ： xxxxxxx实 验 室 ： xxxxxx一、实验目的1、熟悉运算

21、器部件的基本组成2、了解 74LS181 ALU器件的功能及使用方法二、实验内容1、 74LS181 ALU功能检测：根据表 5-2： 74LS181 的 32 种算术、逻辑功能。（ 1）先设计功能检测的详细控制逻辑电路图，A 、 B 两操作数均为 4 位，分别个数据开关直接送入。（ 2） S3 S0 、 Cn 、 M 这 6个控制码，除了 C n 、 M 可直接用开关控制外，S3 S0可用 4 位二进制计数器的16个状态来实现。（ 3）制定一张设计好A 、 B 两操作数的内容及运算后应得结果，以便实验时加以对照。功能选择补码输入补码输出M1M0 算术操作S3 S0选择功能C n1 （无进位）

22、Cn0 （有进位）0000FAFAFA 加 10001FABFABF( AB)加10010FABFABF( AB) 加10011F0F减12 的补码F00100FABFA加 ABFA加 AB加10101FBF(AB)加 ABF( AB)加 AB加10110FABFA减B减1FA 减 B0111FABFAB减1FAB1000FABFA加 ABFA加 AB 加11001FABFA 加 BFA加 B加11010FBF(AB)加 ABF( AB)加AB加11011FABFAB 减1FAB1100F1FA 加 AFA加 A加11101FABF(AB)加 AF( AB)加 A加11110FABF(AB)加

23、 AF( AB) 加 A加11111FAFA 减 1FA设计提示：-17精选文库1、ALU 是组合逻辑电路，它的 2 个操作数分别用 4 个数据开关直接产生，运算结果也直接送输出显示。2、 ALU 操作指令中的S3 S0 用 74LS161 顺序产生，Cn 和 M 用开关产生。三、实验仪器及器材1、计算机组成原理实验台和5V 直流稳压电源2、 74LS181 、74LS161四、实验电路原理（实验电路原理图）运算器是 CPU 的一个主要部件，它通常由算术单元（ALU ）和一些寄存器组成， ALU单元对操作数进行各种运算（加、减、乘、除）和逻辑运算。在ALU 单元中，其核心部分是一个二进制加法器

24、，一般它由N 位全加器组成，为了提高运算速度，通常在级间都采用超前进位逻辑， 若在此基础上， 再增加一些控制线及控制逻辑，就能大大扩展各种逻辑功能而成一个功能发生器。目前具有代表性的此类ALU 器件有 74LS181 、 74LS881 等。74LS181 器件可对两个 4 位字进行 16种二进制算术运算的16 种逻辑运算，即具有 32种函数功能。由四个功能选择端S3 、 S2 、 S1 、 S0 及一个模式控制端M 来选择这32 种功能操作， 其中 M 状态的 0、1，用来区分是算术运算还是逻辑运算。74LS181 有两种逻辑表示，即正逻辑与负逻辑， 对这两种逻辑表示的输入输出信息的有效电平

25、有不同的要求，在正逻辑操作时是高电平有效，而在负逻辑操作时是低电平有效，其外形图如下图5-1 所示：图 5-1 74LS181 芯片图器件共有 24 个引脚，分别说明如下：表 5-1：引脚号记忆符号功能说明1B0操作数 B 的 0 位输入端2A0操作数 A 的 0 位输入端36S3 S016 种操作功能控制编码输入端7Cn低位进位输入8M算术 /逻辑运算模式控制911F0 F2运算结果的低三位数12GND地13F3运算结果的第 4 位数14AB用于比较 A 、 B 两数（ OC 输出）15P小组进位传递信号16Cn4高位进位输出17G小组进位生成输出18-23B3 B1；A3 A1操作数 A和

26、 B 的第 31位数24VCC+5V 电源-18精选文库五、实验步骤按照实验内容设计并连接电路，在输入端输入 A、 B 的二进制值，计数器先置零，分别对 M=1 ； M=0 、 Cn=1 ； M=0 、 Cn=0 三种情况，从 0000 开始计数指导 1111，记录输出结果。六、 实验内容记录（数据、图表、波形、程序设计等）实验电路如图：真值表为：A=0111B=0010S3S2S1S0M=1M=0M=0Cn=1Cn=00000100001111000000110000111100000100000111100000011000011110000010011011100110101011101

27、110011010110010101000101011101010100010110001010100110101001101010011010101000100001001010110010000100101100111111101111110111111110111111100111011001111111011101100111七、 实验结果分析、实验小结按步骤操作后，输出与理论结果相吻合。-19精选文库计算机组成原理实验（六）实验题目： 运算器数据通路成绩：一、实验目的1、熟悉 74LS181 函数功能发生器的功能，提高器件在系统中应用的能力2、熟悉运算器的数据传送通路3、完成几种算逻

28、运算操作，加深对运算器工作原理的理解二、实验内容按图 6-1 所示参考框图自行设计一个能完成表6-1 所列补码运算指令的运算器（为简单化电路，进位和结果触发器可以不设置） 。选择适当元件，画出详细实验电路逻辑图（包括对开关的定义） ，并组装成电路。表 6-1：指 令助 记 符代 码加ADD1001减SUB0110加 1INR0000减 1DCR1111逻辑与ANA1011取反CMA0101左移SHL1100功能(SA)(SB )SA(SA)(SB )SA(SA)1SA(SA)1SA(SA) ?(SB)SA(SB )取反SA(SA )左移SA在电路上进行表6-1 中指令的手动单指令操作（操作数、

29、指令码由数据开关输入）。设计提示：1、运算器的输入缓存器 SA 、 SB 分别用一片 74LS161 来实现，但只用到 74LS161 的置数功能，禁止其计数功能。2、用一片74LS273 作为运算器操作指令寄存器，只用到6 位。3、用一片74LS244 控制运算器的运算结果能否送总线。三、实验仪器及器材1、实验台和 +5V 直流稳压电源各一台。2、器件由附录A “集成电路清单”内选用。四、实验电路原理（实验电路原理图）1、四位函数功能发生器（ALU ）74LS181 的功能74LS181 通过“控制参数”S3 S0 和“模式控制”M ，可对两个输入操作数完成32种算、逻运算，并可以工作于正逻

30、辑输入输出或负逻辑输入输出方式（本实验为正逻辑方式）。控制端 M 0 时，属算术运算； M 1 时，属逻辑运算。进位采用补码形式输入输出，电路亦可进行数的比较运算。其操作功能可查阅实验五中的功能表。2、数据传送通路实验电路方案运算器是计算机对数据进行运算的重要部件，它的核心是ALU 函数功能发生器，其次还要有存放操作数和运算中间结果的寄存器、移位门、 传送数据的总线等部件，在不同的控制信号下，运算器完成不同的运算功能。如图6-1 所示。-20精选文库图 6-1运算器数据通路框图在图 6-1 中， SA 、 SB 为存放两个现行操作数的缓冲寄存器。其中SA 兼作存放中间结果的累加器， 并给予显示

31、。 它们仅接收来自总线的数据信息，送入 ALU 进行算、 逻运算。 ALU输出经移位门， 将运算结果送入总线。移位门挂总线是发送源，需用三态门作隔离器，可采用 74LS244 兼作移位门和隔离器。实验中，为减少模拟开关占用量，可在总线上挂一个指令寄存器，存放ALU 的控制信息 S3 S0 、 M 、 Cn 。五、实验步骤按照实验内容设计并连接电路，1、送指令到IR ：K0 、 K2 置一， K1 置零；D7D6D5D4 端输入指令代码， D3D2 开关置相应功能对应的状态；按下 A1。2、送初始A 数据：K0 、 K2 置一， K1 置零；D7D6D5D4 端输入 A 数；按下 A2。3、送

32、B 数据：K0 、 K2 置一， K1 置零；D7D6D5D4 端输入 B 数；按下 A3。4、输出结果存到A 中：K0 、 K1 置一， K2 置零；按下 A2。七、 实验结果分析、实验小结实验电路图-21精选文库真值表指 令助代功 能CnMABF记码符加ADD1001(SA) (SB)SA10001000010011减SUB0110(SA) (SB)SA00001100010010加 1INR0000(SA )1SA00001000010011减 1DCR1111(SA )1SA10001100010010逻辑与ANA1011(SA )?(SB )SA1001000010000取反CMA0

33、101(SB ) 取反SA1000000011110左移SHL1100(SA ) 左移SA10111000011100八、实验结果记录、实验小结实验结果与理论结果相同-22精选文库计算机组成原理实验（七）实验题目： 手动及自动运算器成绩：一、实验目的1、进一步熟悉运算器的数据传送通路2、用手动及自动方式分别完成几种算逻运算操作，加深对运算器工作原理的理解二、实验内容1、直接调用 IR 和 ALU 模块，设计能完成实验六中表6-1 所列运算的手动运算器（为简单化电路，进位和结果触发器可以暂不设置）。画出详细实验电路逻辑图（包括对开关的定义），并组装成电路。在电路上进行表6-1八种指令的手动单指令

34、操作（操作数、指令码由数据开关输入） 。设计提示： 指令寄存器模块 IR 和 ALU模块所需的控制信号已经列出并印在实验箱操作面板上，请从中选用需要的控制信号。2、在第 1 中手动运算器的基础上，利用实验箱提供的m1 m4 来定序（实验台左下方固定印刷电路输出） ，设计并组装自动控制电路，分别进行加减法指令的自动单次操作。设计提示： 根据手动操作的步骤，合理利用m1 m4 ，产生取代手动操作中的控制电平和打入脉冲的控制信号。三、实验仪器及器材1、实验台和 +5V 直流稳压电源各一台2、器件由附录A “集成电路清单”内选用四、实验电路原理（实验电路原理图）参考实验六中的运算器数据通路图 6-1，直接调用实验箱中的 ALU 模块和 IR 模块，并用实验箱提供的工作脉冲，实验手动方式和自动方式的运算器。在计算机运算过程中，经常要根据运算结果和进位输出来决定程序的流程，可从ALU的 AB 的 C