计算机组成原理实验报告

实验报告书

实验名称：计算机组成原理实验

专业班级：113030701

学号：113030701

姓名：

联系电话：

指导老师：张光建

实验时间：2015.4.30-2015.6.25

实验二基本运算器实验

一、实验内容

1、根据原理图连接实验电路

3、比较实验结果与手工运算结果，如有错误，分析原因。

二、实验原理

运算器可以完成算术，逻辑，移位运算，数据来自暂存器A和B，运算方式由S3-S0以及CN来控制。运算器由一片CPLD来实现。ALU的输入和输出通过三态门74LS245连接到CPU内总线上。另外还有指示灯进位标志位FC和零标志位FZ。

运算器原理图：

运算器原理图

暂存器A和暂存器B的数据能在LED灯上实时显示。进位进位标志FC、零标志FZ 和数据总线D7…D0 的显示原理也是如此。

ALU和外围电路连接原理图：

ALU和外围电路连接原理图运算器逻辑功能表：

三、实验步骤

1、按照下图的接线图，连接电路。

2、将时序与操作台单元的开关KK2 置为‘单拍’档,开关KK1、KK3 置为‘运行’档。

3、打开电源开关，如果听到有‘嘀’报警声，说明有总线竞争现象，应立即关闭电源，重新检查接线，直到错误排除。然后按动CON 单元的CLR 按钮，将运算器的A、B 和FC、FZ 清零。

4、用输入开关向暂存器A 置数。

①拨动CON 单元的SD27…SD20 数据开关，形成二进制数01100101 （或其它数值），数据显示亮为‘1’，灭为‘0’。

②置LDA=1，LDB=0，连续按动时序单元的ST 按钮，产生一个T4 上沿，则将二进制数01100101 置入暂存器A 中，暂存器A 的值通过ALU 单元的

A7…A0 八位LED 灯显示。

5、用输入开关向暂存器B 置数。

①拨动CON 单元的SD27…SD20 数据开关，形成二进制数10100111 （或其它数值）。

②置LDA=0，LDB=1，连续按动时序单元的ST 按钮，产生一个T4 上沿，则将二进制数10100111 置入暂存器B 中，暂存器B 的值通过ALU 单元的

B7…B0 八位LED 灯显示。

6、改变运算器的功能设置，观察运算器的输出。置ALU_B=0 、LDA=0、LDB=0，然后按表2-2-1 置S3、S2、S1、S0 和Cn的数值，并观察数据总线LED 显示灯显示的结果。如置S3、S2、S1、S0 为0010 ，运算器作逻辑与运算，置S3、S2、

S1、S0 为1001 ，运算器作加法运算。

四、实验结果

通过以上步骤，即得到的数据填入表格的到最终实验结果：

五、总结

通过本次实验了解运算器的组成结构（即输入逻辑、输出逻辑、算术逻辑单元），掌握运算器的工作原理（主要是加法器）。知道运算器的输出跟数据总线相连，同时两个输入端通过两个锁存器也与数据总线相连。

同时，数据显示灯连接上数据总线，用来显示数据总线的内容。暂存器的作用也体现了出来（暂存中间结果），教材上的数据通路结构在此更是体现到了，各部件之间的信息传送通过内总线来完成。三态门的功能以及工作原理也比较清晰了。将这些知识组织起来，并亲手实践，在实践过程中，连线比较枯燥，刚开始连错了，

造成重大失误，后来纠正后，一次成功，这也说明了实验过程中的各个环节都是非常重要的。

最终，将结果记录下来，完成了本次实验。本次实验，提高了我对组成原理实验的积极性，更教育了我实验要认真，要培养了我实验要认真，要严谨的态度，将课本知识运用到实践之中，也提高了对课程学习的热情。

实验三静态随机存储器实验

一、实验内容

1、向存储器地址单元00H、01H 、02H、03H 、04H分别写入数据11H 、12H、13H 、14H、15H。

2、从存储器地址单元00H、01H 、02H、03H 、04H读出数据，比较各个地址单元中读出的数据与存入的数据是否一致。

二、实验原理

本实验的所用的静态存储器是一片6166（2KX8bit）。6166有三个控制线：CS（片选线）、OE（读线）、WE（写线）。

如图为6166的功能表：

读写控制逻辑图

此读写控制逻辑是用来控制MEM的读写的，因为MEM最终是要挂在CPU 上的，需要RD、T3、WR、IOM这四个输入，T3是由时序单元给出，当RD为1是为读，WR为1时是写。

如图为实验原理图：

存储器实验原理图

原理解释：1、对于6116来说，OE、CS、A8-A10都接地。读写控制仅有RD、WE来控制，而RD、WE由读写译码逻辑来控制，实验时T3 由时序单元给出，其余信号由CON 单元的二进制开关模拟给出，其中IOM 应为低（即MEM 操作），RD、WR 高有效，MR 和MW 低有效，LDAR 高有效。

2、CON单元中LDAR、IOR、WR、RD、IOM控制读写，不同的输入控制读还是写，由前面的实验原理图可以看出，由于数据和地址由同一个数据开关给出，因此数据和地址要分时写入。写存储器时要先送地址，再送数据。

三、实验步骤

1、关闭试验系统电源、按照如图电路连接电路：

2、连接好电路后，打开电源开关，将操作台开关KK1、KK3置为运行档、KK2为单步挡。

3、送地址：使WR=0、RD=0、IOR=0、LDAR=1，按动ST 产生T3 脉冲，即将地址打入到AR 中。

4、送数据：WR=1、RD=0、IOR=0、IOM=0，按动ST 产生T3 脉冲，即将数据打入到存储器中。

5、按照上述步骤将数据11H、12H、13H、14H、15H 分别写入00H、01H、02H、03H、04H。

6、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，也要先给出地址，然后进行读，地址的给出和前面一样，而在进行读操作时，应先关闭IN 单元的输出（IOR=1），

然后使存储器处于读状态（WR=0，RD=1，IOM=0），此时数据总线上的数即为从存储器当前地址中读出的数据内容。

四、实验结果

向存储器指定的地址输入数据结果：

向MEM中读出数据的结果为：

即实验成功，所写数据和所读数据一样。

五、总结

通过这次实验，较好的掌握了静态存储器的工作特性及使用方法。掌握了半导体随机存储器如何存储数据及读出数据。从此次实验中懂得了在实验接线时要细心。在操作过程中，若出现问题应能在最短时间内检查出问题，从而使实验过程更顺利。

1、在读出数据完成时,应先关闭RD按钮然后再关闭IOR按钮，否则就会产生“滴”的声音。

2、在插线的过程中注意不要把两头的线插错位或插反了，否则会影响试

验结果。

3、可以不依次输出存储单元的内容，如在依次输入第 00、01、02、03、

04 号存储单元内容后，可以不按顺序随机输出存储单元的内容，如，先输出00号存储单元，然后输出04号存储单元。

4、数据通路图会有数据的流动，反映当前存储器所做的操作，即使是对存储器进行读，也应按动一次ST按钮，数据通路图才会有数据流动。

5、将 CON 单元的 IOR 开关置为 1后，再打开电源开关，如果听到有‘嘀’报警声，应立即关闭电源，重新检查接线，直到错误排除。

实验四系统总线和具有基本输入输出

功能的总线接口实验

一、实验内容

1、用输入设备将一个数打入R0寄存器。

2、用输入设备将另一个数（存储器地址）打入地址寄存器。

3、将R0寄存器中的数写入到地址寄存器指定的存储器地址单元中。

4、将存储器指定地址单元中的数读出用LED数码管显示。

二、实验原理

由于存储器和输入、输出设备最终是要挂接到外部总线上，需要外部总线提供数据信号、地址信号以及控制信号。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，分别为外设提供上述信号。外部总线和CPU 内总线之间通过三态门连接，同时实现了内外总线的分离和对于数据流向的控制。地址总线可以为外部设备提供地址信号和片选信号。IOM 用来选择是对I/O 设备还是对MEM 进行读写操作，IOM=1 时对I/O 设备进行读写操作，IOM=0 时对MEM 进行读写操作。在理解读写控制逻辑的基础上我们设计一个总线传输的实验。实验所用总线传输实验框图如图4-1-3 所示，它将几种不同的设备挂至总线上，有存储器、输入设备、输出设备、寄存器。这些设备都需要有三态

输出控制，按照传输要求恰当有序的控制它们，就可实现总线信息传输

三、实验步骤

1．读写控制逻辑设计实验。

（1）按照图4-1-4 实验接线图进行连线。

（2）具体操作步骤图示如下：首先将时序与操作台单元的开关KK1、KK3 置为‘运行’档，开关KK2 置‘单拍’档，按动CON 单元的总清按钮CLR，并执行下述操作。①对MEM 进行读操作（WR=0，RD=1，IOM=0）。②对MEM 进行写操作（WR=1，RD=0，IOM=0），连续按动开关ST。③对I/O 进行读操作（WR=0，RD=1，IOM=1）。④对I/O 进行写操作（WR=1，RD=0，OM=1），连续按动开关ST。

2．基本输入输出功能的总线接口实验。

（1）根据挂在总线上的几个基本部件，设计一个简单的流程：①输入设备将一个数打入R0 寄存器。②输入设备将另一个数打入地址寄存器。③将R0 寄存器中的数写入到当前地址的存储器中。④将当前地址的存储器中的数用LED 数码管显示。①输入设备将11H 打入R0 寄存器。将IN 单元置0010001，K7 置为1，关闭R0 寄存器的输出；K6 置为1，打开R0 寄存器的输入；WR、RD、IOM 分别置为0、1、1，对IN 单元进行读操作；②将R0 中的数据11H 打入存储器01H 单元。③将当前地址的存储器中的数写入到R0 寄存器中。④将

R0 寄存器中的数用LED 数码管显示。

四、实验结果

五、总结

1、存储器和输入、输出设备最终是要挂接到外部总线上，因此需要外部总线提供数据信号、地址信号以及控制信号。

2、外部总线和 CPU 内总线之间通过三态门连接，同时实现了内外总线的分离和对于数据流向的控制。

而地址总线可以为外部设备提供地址信号和片选信号。 3.为了实现对

于 MEM 和外设的读写操作，还需要一个读写控制逻辑，使得 CPU 能控制 MEM 和 I/O 设备的读写

4、WR=0，RD=1，IOM=0时 E0 灭，表示存储器读功能信号有效。 WR=1，RD=0，IOM=0）连续按动开关ST，当指示灯显示为 T3 时刻时，E1 灭，表示存储器写功能信号有效。

WR=0，RD=1，IOM=1时，E2 灭，表示 I/O 读功能信号有效。

WR=1，RD=0，IOM=1）时，观察扩展单元数据指示灯，指示灯显示为 T3 时刻时，E3 灭，表示 I/O 写功能信号有效。

5、在接线时为了方便，可将管脚接到 CON 单元闲置的开关上，若开关打到 1，等效于接到VCC；若开关打到0，等效于接到GND。

实验五微程序控制器实验

一、实验内容

1、设计以下机器指令的微程序：

2、将微程序下载到控制器存储器中。

二、实验原理

1、以下为微程序控制器实验原理图：

此图的原理解释为：该控制存储器采用3 片2816 的E2PROM，具有掉电保护功能，微命令寄存器18 位，用两片8D 触发器（273）和一片4D（175 ）触发器组成。微地址寄存器6 位，用三片正沿触发的双D 触发器（74）组成，它们带有清“0”端和预置端。在不判别测试的情况下，T2 时刻打入微地址寄存

器的内容即为下一条微指令地址。当T4 时刻进行测试判别时，转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过强置端将某一触发器置为“1”状态，完成地址修改。

对24位字长的解释：23、22都是没有被用到的，固定为00,21-19三位是读写控制信号，S3-S0是运算器部分的控制信号，用于控制如何执行运算。在试验二中已经用过。ABC字段是由上表给出的字段来决定的。而MA5-MA0为下一条微指令的地址。

3、相关硬件单元：

图2-5-2 指令译码原理图

图2-5-3 读写控制逻辑图2-5-4 IR 单元原理图

图2-5-5 OUT 单元原理图图2-5-6 R0 原理图

4、数据通路模型图如图：

5、下图为微指令流程图：

此图的作用是，根据此图的微指令来设计微指令程序，并且装入实验系统。

三、实验步骤

2、按照下图连接电路：

3、将如下微程序写入文件：

$P0020

$P0100

$P0230

$P03E0

$P0401

$P0550

$M00000001

$M01006D42

$M02107070

$M04002405

$M0504B201

$M06100141

$M30001404

$M32183001

$M33280401

$M35000035

$M3E006D46

4、写入微程序：用用联机软件的“【转储】—【装载】”功能将该格式（*.TXT ）文件装载入实验系统。装入过程中，在软件的输出区的‘结果’栏会显示装载信息，如当前正在装载的是机器指令还是微指令，还剩多少条指令等。

5、进入调试，观察运行结果是否与自己所设计的微程序相同。

四、实验结果