东北大学秦皇岛分校 计算机组成原理实验报告.doc
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1、优质文本计算机组成与结构实验报告学 号:2143121姓 名:陈治炜提交日期:2017.01.02成 绩:汇 编 语 言 实 验 报 告Computer Organization LabReports_班级: _21431_ 姓名:_陈治炜_ 学号:_2143121_ 实验日期:_2016.10.18_学院: _计算机与通信工程学院_ 专业:_计算机科学与技术_实验顺序:_一_ 原创:_是_ 实验名称:_运算器实验_ 实验分数:_ 考评日期:_ 指导教师: 张旭 _一 实验目的完成算术、逻辑、移位运算实验,熟悉ALU运算控制位的运用。_二 实验环境十六位体系结构计算机组成原理试验箱_三 实验原
2、理实验中所用的运算器数据通路如图2-4-1所示。ALU运算器由CPLD描述。运算器的输出经过2片74LS245三态门与数据总线相连,2个运算存放器AX、BX的数据输入端分别由4个74LS574锁存器锁存,锁存器的输入端与数据总线相连,准双向I/O输入输出端口用来给出参与运算的数据,经2片74LS245三态门与数据总线相连。图2-4-1运算器数据通路图中AX、BX的写控制由O2O0编码定义,通过按【单拍】钮完成运算源的数据打入。_四 实验步骤及结果分析(2) K23K0置“1,灭M23M0控位显示灯。(3) 将X2、X1、X0置为100,表示为IOR,可以读入。(4) 将W、XP、OP置为000
3、,表示字传递。(5) 将02、O1、O0置为100,表示将数据传入AX。(6) 重复2-4其中4改为101,将数据传入BX。(7) W、XP、OP置为000。切记!(8) 根据表达式选取控制编码,完成表格。表格如下:在给定AX=6655h、BX=AA77h的情况下,改变运算器的功能设置,观察运算器的输出,填入下页表格中,并和理论分析进行比拟、验证。表2.4.2ALU运算器真值表运算控制运算表达式K15K13K12K11AXBX运算结果MS2S1S0带进位算术加A+B+C00006655AA77FUN=( 10CC )带借位算术减A-B-C00016655AA77FUN=( BBDE )带进位左
4、移RLC A00106655AA77FUN=( CCAA )带进位右移RRC A00116655AA77FUN=( B32A )算术加A+B01006655AA77FUN=( 10CC )算术减A-B01016655AA77FUN=( BBDE )左移RL A01106655AA77FUN=( CCAA )右移RR A01116655AA77FUN=( B32A )取BX值B10006655AA77FUN=( AA77 )AX取反NOT A10016655AA77FUN=( 99AA )AX减1A-110106655AA77FUN=( 6654 )清零010116655AA77FUN=( 0
5、)逻辑或A OR B11006655AA77FUN=( EE77 )逻辑与A AND B11016655AA77FUN=( 2255 )AX加1A+111106655AA77FUN=( 6656 )取AX值A11116655AA77FUN=( 6655)_五 实验心得疑问建议刚开始做实验还很陌生,多做试验后就能熟练,要多动手 计 算 机 组 成 与 结 构 实 验 报 告Computer Organization And Architecture LabReports_班级: _21431_ 姓名:_陈治炜_ 学号:_2143121_ 实验日期:_2016.10.25_学院: _计算机与通信工
6、程学院_ 专业:_计算机科学与技术_实验顺序:_2_ 原创:_是_ 实验名称:_总线实验_ 实验分数:_ 考评日期:_ 指导教师: 张旭 一 实验目的1. 熟悉和了解地址总线的组成结构、地址来源及集合原理;掌握程序段与数据段的寻址规那么及地址部件的运用技巧。2. 熟悉和了解总线的数据通路、双向互递原理及寻址方式与运用规那么;掌握十六位数据总线中“字与“字节操作方法及源与目的奇偶效应。_二 实验环境Dais-CMX16+_三 实验原理1.地址总线的作用是传递地址信息,输出当前数据总线上发送信息的源地址或接收信息的目的地址。如下列图所示本系统设有PC与AR两条地址总线,通过PC计数器提供主存程序存
7、储器地址,并由地址存放器AR传递主存数据存储器地址。另外堆栈存放器SP亦可视为地址存放器,它的堆顶指向数据与程序指针存取地址。图2-4-6地址总线组成通路11位程序地址如图2-3-6所示,本系统从提高信息存取效率的角度设计主内存地址通路,按现代计算机体系结构中最为典型的分段存取理念合成主存及外设地址总线addr,在指令操作“时段取操作码与取操作数,以当前程序指针PC为址,遇主存数据传递“时段以当前数据指针AR为址。addr地址的合成通路见图2-3-6。其寻址范围为07FFh。16位数据地址如图2-3-6所示,本系统数据指针由地址锁存器AR直接提供,当LDAR=0时,在DRCK下降沿把数据总线打
8、入AR。其寻址范围为0FFFFh,可达64KB。2.系统数据总线作为计算机传递信息的通道是连接各个功能部件的纽带,在计算机中起着至关重要的作用。模型机的工作过程就是计算机各个功能部件之间的信息,通过数据总线不断有序流动的过程。 图2-4-8 系统体系结构图字与字节体系本系统总线宽度为十六位,设有字长控位“W,当W=0,由源寻址的奇偶性决定当前总线宽度,遇源址为偶时其字长宽度为十六位;当源址为奇或W=1时,字长宽度为八位,形成图2-4-9所示的奇八位与偶八位互通的字节总线。图2-4-9 奇偶互通字节总线体系结构图源奇偶的运用图2-4-9所示,我们按原理计算机的设计标准,以字节为基准把十六位数据总
9、线划分奇与偶俩路八位总线,其中“D15D8称为“奇总线,“D7D0称为“偶总线;在字节传递中由于总线的互通,形成“奇送偶或“偶送奇的八位字节总线,其使能端定义为低电平选通,逻辑表达式为: G偶字节= !W字长# XP源奇偶 G奇字节= !XP源奇偶从上俩式可知,图2-4-9所示的奇偶总线由字长“W和源奇偶“XP动态呈现以下三状态:在W=0时遇XP=0,由于G偶字节与G奇字节处隔离态“1,形成“D15D0十六位字总线源。在W=1时遇XP=0,由于G偶字节为“0,G奇字节“1,形成“偶送奇的八位字节总线源。遇XP=1时,由于G奇字节为“0,G偶字节为“1,无条件形成“奇送偶的八位字节总线源。目的奇
10、偶的运用在目的寻址中亦由字长控位“W与目的地址的奇偶性动态定义当前目的字长。在W=0又遇目的址为偶时,其目的传递为字操作,否那么均为字节传递,其逻辑表达式为: !O偶字节= !OP目的奇偶 !O奇字节= !W字长# OP目的奇偶上述俩式说明,由字长“W和目的址奇偶“OP动态产生以下三种目的寻址操作在W=0时遇XP=0,由于O偶字节与O奇字节均为“0,执行以当前目的偶址为目标的字传递。在W=1时遇XP=0,由于O偶字节=“0、O奇字节=“1,执行以当前目的偶址为目标的字节传递。遇OP=1时,由于O奇字节=“0、O偶字节=“1,无条件执行以当前目的奇址为目标的字节传递。数据传递规那么系统在十六位原
11、理计算机的字操作中动态地融入了字节操作的过程,其源奇偶映射总线宽度,而目的奇偶那么制约传递长度。系统在十六位原理计算机的字节操作中运用总线互联机制,以源址的奇偶性形成“奇递偶或“偶递奇两者互通的八位字节总线。十六位总线传递规那么总线规那么功能说明WXPOP000字传递十六位传递100偶送偶低位送低位101偶送奇低位送高位X10奇送偶高位送低位X11奇送奇高位送高位说明:上表中“XP与“OP仅为原理计算机特定的专用存放器奇偶标志,适用于AX、BX、SP及I/O的寻址场合;在存储器寻址中应以地址线“A0为奇偶;在通用存放器寻址中应从指令格式中所定义的“源与目的字段动态索取奇偶标志。_四 实验步骤及
12、结果分析11. 程序计数器实验表2.6.1PC程序计数器目标编码目标部件定义节拍功能说明E/MIPT3T3上升沿打入11XPC保持10PC加100PC装载说明:“表示上升沿有效图2-4-7所示的PC框由3片161构成按字方式寻址的11位PC计数器,计数器的输入端与总线相连构成置数通路,计数器的输出端途经三态门缓冲别离为两条通路,其一与总线相连构成可读通路,其二与地址存放器数据集合构成主存EM地址总线。它的清零端由中央外理器单元直控,上电时PC计数器自动淸零,实验中按【复位】钮亦可实现计数器的手动淸零。手控状态,本实验由表2.6.1定义的目的编码控制PC计数器的预置与加1操作,并以准双向I/O部
13、件的S10S0为计数器预置源。当IP=0时按单拍按钮,遇E/M=0在T3上升沿把S10S0的内容装入PC计数器。遇E/M=1在T3上升沿PC计数器加1。PC计数器的读出操作由P8页源编码表2.2定义。(1) PC程序计数器的写入拨动“I/O输入输出单元开关向程序计数器PC置数。(2) PC程序计数器的读出K23K0置全“1,灭M23M0指示灯。令K10K7=0000翻开PC输出三态门,数据总线单元显示PC指针“0100。(3) PC程序计数器装载与读出流程置数I/O=0100h数据来源I/O单元程序计数器PC=0100hK10K6=10000按【单拍】按钮K23 K22=00关闭PC装载读PC
14、DBUS=0100K10K6=00000K23 K22=11保持当前状态,置K22=0,按【单拍】按钮,在T3上升沿PC加1并送数据总线,程序计数器和总线单元显示0101h。继续按【单拍】按钮,观察PC与总线内容的变化。2、地址存放器实验图2-4-7所示的AR框由2片74LS574锁存器构成按字方式寻址的16位数据指针,锁存器的输入端与总线相连构成置数通路,锁存器的输出端途经三态门缓冲别离与PC计数器集合组成内部存储器地址总线。它的清零端由中央外理器单元直控,上电时锁存器自动淸零,实验中按【返回】键亦可实现锁存器的手动淸零。按设计标准数据指针AR的特性定义为字写入存放器,运用中局限于字写,字节
15、写会引发数据指针的错误侵入,因此在数据指针AR的操作过程中并非不支持而是不允字节写。1地址存放器AR打入在手控/在线态,数据指针AR由目的编码控制位O2O0、OP及单拍按钮的组合控制实现AR地址的置数操作。本实验以总线上准双向I/O部件的S15S0为置数源。当O2O0=110、OP=0时按单拍钮,在脉冲下降沿把S15S0的内容装入地址锁存器AR。操作步骤如下:置数I/O=1234h数据来源I/O单元AR显示1234K10K6=10000按【单拍】按钮置数I/O=5678hAR显示5678按【单拍】按钮K19K16=11003、堆栈存放器实验图2-4-7所示的SP框由2片74LS574锁存器构成
16、16位堆栈指针,锁存器的输入端与总线相连构成存数通路,锁存器的输出端途经三态门隔离与总线相连构成取数通路。它按先进后出的原那么存放需要保存的数据信息与地址信息,在调用中断等突发事件处理中SP指针以间址方式把当前程序指针存入SP-2单元,遇返回指令SP又把栈项所指单元的内容装入程序计数器,然后SP+2退至原始位置。在手控/在线态,堆栈指针SP由O2O0 OP及单拍按钮五信号组合控制栈指针的置数操作。本实验以总线上准双向I/O部件的S15S0为置数源。堆栈指针SP的读出操作由P8页表2.2所列的源编码表定义。1堆栈指针SP打入通过“I/O单元S15S0开关向SP指针置数。2堆栈指针SP读出关闭SP
17、写使能,按下流程完成SP读操作。3栈指针打入与读出流程置栈指针I/O=0060h数据来源I/O单元写栈指针SP=0060K10K6=10000按【单拍】按钮关闭SP写SP送总线DBUS=0060K10K6=10100K19K16=0110K19K16=1111021. 十六位数据传送字传递设置数据来源为I/O单元X2 X1 X0=100,总线规那么设为字传递W XP OP=000,数据目标为AXo2 o1 o0=100,拨动“I/O输入输出单元十六位数据开关,按【单拍】按钮,将I/O单元内容通过数据总线传递到AX存放器,操作步骤如下:置数I/O=1234h数据来源I/O单元打数据AX=1234
18、hK10K6=10000按【单拍】按钮K19K16=10002. 低位到低位偶送偶设置数据来源为I/O单元X2 X1 X0=100,总线规那么设为偶送偶W XP OP=100,数据目标为AXo2 o1 o0=100,拨动“I/O输入输出单元十六位数据开关,按【单拍】按钮,将I/O单元内容通过数据总线传递到AX存放器,操作步骤如下:置数I/O=XX55h数据来源I/O单元打数据AX=XX55hK10K6=10001按【单拍】按钮K19K16=10003. 低位到高位偶送奇设置数据来源为I/O单元X2 X1 X0=100,总线规那么设为偶送奇W XP OP=101,数据目标为AXo2 o1 o0=
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