计算机组成原理实验报告1.pdf

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1、.-实验实验 1 1 通用寄存器实验通用寄存器实验一、实验目的一、实验目的1.熟悉通用寄存器的数据通路。2.了解通用寄存器的构成和运用。二、实验要求二、实验要求掌握通用寄存器 R3R0 的读写操作。三、实验原理三、实验原理实验中所用的通用寄存器数据通路如下图所示。由四片 8 位字长的 74LS574 组成 R1 R0（CX）、R3 R2（DX）通用寄存器组。图中X2 X1 X0 定义输出选通使能，SI、XP 控制位为源选通控制。RWR 为寄存器数据写入使能，DI、OP 为目的寄存器写选通。DRCK 信号为寄存器组打入脉冲，上升沿有效。准双向 I/O 输入输出端口用于置数操作，经 2 片 74L

2、S245三态门与数据总线相连。图 2-3-3 通用寄存器数据通路.-可修编.-四、实验内容四、实验内容1.1.实验连线实验连线K23K0 置“1”，灭 M23M0 控位显示灯。然后按下表要求“搭接”部件控制电路。连线连线123456789信号孔信号孔DRCKX2X1X0XPSIRWRDIOP接入孔接入孔CLOCKK10(M10)K9(M9)K8(M8)K7(M7)K20(M20)K18(M18)K17(M17)K16(M16)作用作用单元手动实验状态的时钟来源源部件译码输入端 X2源部件译码输入端 X1源部件译码输入端 X0源部件奇偶标志：0=偶寻址，1=奇寻址源寄存器地址：0=CX，1=DX

3、通用寄存器写使能目标寄存器地址：0=CX，1=DX目标部件奇偶标志：0=偶寻址，1=奇寻址有效电平有效电平上升沿打入三八译码八中选一低电平有效低电平有效2.2.寄存器的读写操作寄存器的读写操作目的通路当 RWR=0 时，由 DI、OP 编码产生目的寄存器地址，详见下表。通用寄存器“手动搭接”目的编码通用寄存器“手动搭接”目的编码目标使能RW(K18)0000通用寄存器目的编址DI(K17)0011OP(K16)0101T功能说明R0 写R1 写R2 写R3 写通用寄存器的写入通过“I/O 输入输出单元”向 R0、R1 寄存器分别置数 11h、22h，操作步骤如下：数据来源I/O 单元K10K7

4、=1000置数I/O=XX11hK18K16=000寄存器R0=11h按【单拍】按钮置数I/O=XX22hK18K16=001寄存器R1=22h按【单拍】按钮通过“I/O 输入输出单元”向 R2、R3 寄存器分别置数 33h、44h，操作步骤如下：数据来源I/O 单元K10K7=1000置数I/O=XX33hK18K16=010寄存器R2=33h按【单拍】按钮置数I/O=XX44hK18K16=011寄存器R3=44h源通路当 X2X0=001 时，由 SI、XP 编码产生源寄存器，详见下表。按【单拍】按钮.-可修编.-通用寄存器“手动搭接”源编码通用寄存器“手动搭接”源编码源使能K10X2K

5、9X1K8X0通用寄存器源编址K20SI00010110101K7XPR0 送总线R1 送总线R2 送总线R3 送总线功能说明通用寄存器的读出关闭写使能，令 K18（RWR）=1，按下流程分别读 R0、R1、R2、R3。数据来源通用寄存器K10K8=001读 R0K20 K7=00数据总线显示 R0 值读 R1K20 K7=01数据总线显示 R1 值数据来源通用寄存器K10K8=001读 R2K20 K7=10数据总线显示 R2 值读 R3K20 K7=11数据总线显示 R3 值五、实验心得五、实验心得通过这个实验让我清晰的了解了通用寄存器的构成以及通用寄存器是如何运用的，并且熟悉了通用寄存器

6、的数据通路，而且还深刻的掌握了通用寄存器 R3R0 的读写操作。实验实验 2 2 运算器实验运算器实验一、实验目的一、实验目的掌握八位运算器的数据传输格式，验证运算功能发生器及进位控制的组合功能。二、实验要求二、实验要求完成算术、逻辑、移位运算实验，熟悉ALU 运算控制位的运用。三、实验原理三、实验原理实验中所用的运算器数据通路如图2-3-1 所示。ALU 运算器由 CPLD 描述。运算器的输出 FUN 经过 74LS245 三态门与数据总线相连，运算源寄存器 A 和暂存器 B 的数据输入端分别由 2 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

7、给出参与运算的数据，经2 片 74LS245 三态门与数据总线相连。.-可修编.-图 2-3-1运算器数据通路图中 AWR、BWR 在“搭接态”由实验连接对应的二进制开关控制，“0”有效，通过【单拍】按钮产生的脉冲把总线上的数据打入，实现运算源寄存器A、暂存器 B 的写入操作。四、实验内容四、实验内容1.运算器功能编码运算器功能编码表表 2.3.12.3.1ALUALU 运算器编码表运算器编码表算术运算K15M00000000K13S200001111K12S100110011K11S001010101功能A+B+CABCRLCRRCA+BABRLRR111111001111110011010

8、101A-1A=0A#BA&BA+1A1001/AK15M1K13S20逻辑运算K12S10K11S00功能B2.2.实验连线实验连线K23K0 置“1”，灭 M23M0 控位显示灯。然后按下表要求“搭接”部件控制电路。表表 2.3.22.3.2 运算实验电路搭接表运算实验电路搭接表连线连线1信号孔信号孔DRCK接入孔接入孔CLOCK作用作用单元手动实验状态的时钟源有效电平有效电平上升沿打入.-可修编.-K10(M10)K9(M9)K8(M8)K7(M7)K15(M15)K13(M13)K12(M12)K11(M11)K17(M17)K18(M18)234567891011X2X1X0XPMS

9、2S1S0AWRBWR源部件译码输入端 X2源部件译码输入端 X1源部件译码输入端 X0源部件奇偶标志：0=偶寻址，1=奇寻址运算控制位：0=算术运算，1=逻辑运算运算状态位 S2运算状态位 S1运算状态位 S0A 运算源寄存器写使能B 运算源暂存器写使能三八译码八中选一低电平有效低电平有效低电平有效示例示例 1 1 算术运算算术运算1.1.运算源寄存器写流程运算源寄存器写流程通过 I/O 单元“S7S0”开关向累加器 A 和暂存器 B 置数，具体操作步骤如下：数据来源I/O 单元K10K7=1000置数I/O=XX44hK18 K17=10累加器置数暂存器B=22按【单拍】按钮A=44I/O

10、=XX22h按【单拍】按钮K18 K17=012.2.运算源寄存器读流程运算源寄存器读流程关闭 A、B 写使能，令 K18=K17=“1”，按下流程分别读 A、B。数据来源FUNK10K7=1100读 AK15=1K13K11=111数据总线DBUS=A读 BK15=1K13K11=000数据总线DBUS=B3.3.加法与减法运算加法与减法运算令 M S2 S1 S0（K15 K13K11=0100），为算术加，FUN 及总线单元显示 A+B 的结果令 M S2 S1 S0（K15 K13K11=0101），为算术减，FUN 及总线单元显示 AB 的结果。示例示例 2 2逻辑运算逻辑运算1.1

11、.运算源寄存器写流程运算源寄存器写流程通过“I/O 输入输出单元”开关向寄存器A 和 B 置数，具体操作步骤如下：数据来源I/O 单元K10K7=1000置数I/O=XX22hK18 K17=10累加器置数暂存器B=44按【单拍】按钮A=22I/O=XX44h按【单拍】按钮K18 K17=01.-可修编.-2.2.运算源寄存器读流程运算源寄存器读流程关闭 A、B 写使能，令 K17=K18=1，按下流程分别读 A、B。数据来源FUNK10K7=1100读 AK15=1K13K11=111数据总线DBUS=A读 BK15=1K13K11=000数据总线DBUS=B若运算控制位设为（M S2 S1

12、 S0=1111）则 F=A，即 A 内容送到数据总线。若运算控制位设为（M S2 S1 S0=1000）则 F=B，即 B 内容送到数据总线。3.3.逻辑运算逻辑运算令 M S2 S1 S0（K15 K13K11=1101），为逻辑与，FUN 及总线显示 A 逻辑与 B 的结果。令 M S2 S1 S0（K15 K13K11=1100），为逻辑或，FUN 及总线显示 A 逻辑或 B 的结果。示例示例 3 3移位运算移位运算(1)A 寄存器置数拨动“I/O 输入输出单元”开关向移位源寄存器A 置数，具体操作步骤如下：数据来源I/O 单元K10K7=1000置数I/O=XX80hK18 K17=

13、10写数A=80按【单拍】按钮关写控位K18 K17=11(2)A 寄存器移位流程数据来源FUNK10K7=1100K17 K15 K12=001改变 K13 K11移位控制DBUS=FUN移位结果打入 A按【单拍】按钮完成上流程的操作后，按表2.3.3 改变 K13、K11 的状态，再按动【单拍】钮，观察A的变化。当 K13 K11=11，每按一次【单拍】钮，A 右移一位。当 K13 K11=10，每按一次【单拍】钮，A 左移一位。当 K13 K11=01，每按一次【单拍】钮，A 带进位右移一位。当 K13 K11=00，每按一次【单拍】钮，A 带进位左移一位。实验思考：实验思考：验证表 2

14、.3.1 ALU 运算器编码表所列的运算功能。在给定 A=55h、B=77h 的情况下，K23K0 置“1”，改变运算器的功能设置位M S2 S1S0（K15 K13K11），观察运算器的输出，填入下页表格中，并和理论分析进行比较、验证。表表 2.3.42.3.4ALUALU 运算器真值表运算器真值表K15运算控制运算控制运算表达式运算表达式MM带进位算术加带借位算术减带进位左移A+B+CA-B-CRLC A000S2S2000S1S1001S0S0010555555777777FUN=(CC)FUN=(DE)FUN=(AA)K13K12K11A AB B运算结果运算结果.-可修编.-带进位右

15、移算术加算术减左移右移取 B 值A 取反A 减 1清零逻辑或逻辑与A 加 1取 A 值RRC AA+BA-BRL ARR ABNOT AA-10A OR BA AND BA+1A0000011111111011110000111110011001100111010101010101555555777777FUN=(2A)FUN=(CC)FUN=(DE)FUN=(AA)FUN=(AA)FUN=(77)FUN=(AA)FUN=(54)FUN=(00)FUN=(77)FUN=(55)FUN=(56)FUN=(55)五、实验心得五、实验心得这个实现让我掌握了八位运算器的数据传输格式，并且验证运算功能发

16、生器及进位控制的组合功能，顺利的完成了算术、逻辑、移位运算的实验，熟悉了 ALU 运算控制位的运用。实验实验 3 3 准双向准双向 I/OI/O 口实验口实验一、实验目的一、实验目的熟悉与了解准双向 I/O 口的构成原理。二、实验要求二、实验要求掌握准双向 I/O 口的输入输出特性的运用。三、实验原理三、实验原理Dais-CMX08+向用户提供的是按准双向原理设计的十六位输入/输出 I/O 口，当该位为“1”时才能用作输入源，上电或复位（手动态按【返回】键），该十六位I/O 口被置位（即为“0FFFFh”）。通常情况下，在用作输入的时候就不能再有输出定义。电路结构如图2-3-4.-可修编.-所

17、示。该口外接十六位二进制数据开关，适用于外部数据的输入，该口跨接十六个发光二极管和经缓冲驱动的四个七段显示，能以二进制和十六进制两种方式显示I/O 口的输入输出状态。发光管在高电平“1”时发光点亮。图 2-3-4 准双向 I/O 电路实验中所用的 I/O 口数据通路如图 2-3-5 所示。I/O 的输入经 2 片 74LS245 缓冲与数据总线相连，I/O 口的输出由 2 片 74LS574 锁存后输出，锁存器的输入端与数据总线相连。图 2-3-5十六位 I/O 的数据通路四、实验内容四、实验内容1.1.实验连线实验连线K23K0 置“1”，灭 M23M0 控位显示灯。然后按下表要求“搭接”部

18、件控制电路。连线连线1234567信号孔信号孔IOCKX2X1X0XPIOWOP接入孔接入孔CLOCKK9(M9)K8(M8)K7(M7)作用作用单元手动实验状态的时钟来源源部件译码输入端 X1源部件译码输入端 X0源部件奇偶标志：0=偶寻址，1=奇寻址有效电平有效电平上升沿打入三八译码八中选一低电平有效低电平有效K10(M10)源部件译码输入端 X2K17(M17)I/O 输出使能，本例定义到 M17 位K16(M16)目标部件奇偶标志：0=偶寻址，1=奇寻址2.2.搭接方式搭接方式 I/OI/O 的寻址定义的寻址定义I/OI/O 口源编址口源编址I/OI/O 口目的编址口目的编址.-可修编

19、.-源编码K10X21K9X10K8X00I/O 编址K7XP0S7S0 读S15S8 读注释目的 I/O 编址K17IOWK16OP01S7S0 写S15S0 写注释103.3.I/OI/O 口奇送偶（口奇送偶（S15S8S15S8 送送 S7S0S7S0）I/O 开关S15S0 置 1按【返回】键数据来源S15S8K10K7=1001置数S15S8=66K17K16=00写数据S7S0=66按【单拍】按钮4.4.I/OI/O 口偶送奇（口偶送奇（S7S0S7S0 送送 S15S8S15S8）I/O 开关S15S0 置 1按【返回】键数据来源S7S0K10K7=1000置数S7S0=99K1

20、7K16=01写数据S15S8=99按【单拍】按钮五、实验心得五、实验心得通过这个实现让我彻底的掌握了准双向I/O 口的输入/输出特性的运用，并且熟悉与了解了准双向 I/O 口的构成原理。实验实验 4 4 地址总线组成实验地址总线组成实验一、实验目旳一、实验目旳1.熟悉和了解地址总线的组成结构、地址来源及集合原理。2.掌握程序段与数据段的寻址规则及地址部件的运用技巧。二、实验要求二、实验要求通过地址形成部件实验，建立“段”概念，学会“段”运用。三、实验原理三、实验原理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。如下图所示本系统设有程序与数据两条地址总线

21、，通过 PC 计数器提供程序存储器地址，并由地址寄存器AR 传递数据存储器地址及外设地址，通过指令总线送AR 形成指令定义的内存地址。.-可修编.-图图 2-3-62-3-6地址总线组成通路地址总线组成通路1.1.8 8 位内存地址位内存地址 AddrAddr如图 2-3-6 所示，本系统从提高信息存取效率的角度设计存储器地址通路，按现代计算机体系结构中最为典型的分段存取理念合成存储器地址总线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；遇数据与内存传递“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 X 围为 00FFh。2

22、.2.8 8 位外设地址位外设地址 AddressAddress如图 2-3-6 所示，本系统外设地址总线Address 由地址锁存器 AR 直接提供，在P4 页图 1-5-1 所示的 XRD、XWR、ALE 等外设控制信号的管理下，通过外DBUG 数据总线完成外设信息由内到外或由外到内的传递。其寻址X 围为 00FF，可达 256 字节。四、实验内容四、实验内容1.1.程序计数器实验程序计数器实验图 2-3-7 所示的 PC 指针由 2 片 161 组成八位程序计数器，计数器的输入端与总线相连构成 PC 装载通路，计数器的输出端途经三态门缓冲分离为两条通路，其一与总线相连构成程序指针访问通路

23、，其二与地址寄存器 AR 集合组成存储器地址总线。它的清零端由中央外理器单元直控，上电时PC 计数器自动清零，在手动实验中，按【返回】键亦可实现计数器的强制清零。手控“搭接”状态，本实验由下表定义PC 计数器的预置与加1 操作，实验中以准双向I/O 部件的 S7S0 为计数器预置源。当 IP=0 时按单拍按钮，遇 E/M=“0”，在脉冲下降沿把 S7S0 的内容装入 PC 计数器；遇 E/M=“1”，在脉冲下降沿完成 PC 计数器加 1 操作。目标部件定义节拍功能说明K23K22T上升沿打入LDPE/MCX1XPC 保持10PC 加 100PC 装载说明：“”表示上升沿有效PC 读出由 P8

24、页表2.2 源编码表定义，在.-可修编.-X2X0（K10K8=000）时，当前 PC 送总线。2.2.实验连线实验连线K23K0 置“1”，灭 M23M0 控位显示灯。然后按下表要求“搭接”部件控制电路。连线连线12345678信号孔信号孔DRCKX2X1X0XPLDARLDPCE/M接入孔接入孔CLOCKK10(M10)K9(M9)K8(M8)K7(M7)K19(M19)K22(M22)K23(M23)作用作用单元手动实验状态的时钟来源源部件译码输入端 X2源部件译码输入端 X1源部件译码输入端 X0源部件奇偶标志：0=偶寻址，1=奇寻址数据存储器地址指针，本例定义 K19PC 程序计数器

25、更新位，本例定义到 K22当 IP 有效时，E/M：0=PC 装载，1=PC 加1有效电平有效电平上升沿打入三八译码八中选一低电平有效低电平有效2 2）程序计数器）程序计数器 PCPC 的写入、读出与加的写入、读出与加 1 1通过“I/O 单元”开关向程序计数器PC 置数，按【单拍】按钮完成PC 指针的装载；然后 K23、K22 置“1”，令K10K8 为“0”，执行PC 读操作。再令K23 K22=“10”，实现PC+1数据来源I/O 单元K10K7=1000置数I/O=XX10hK23 K22=00打 PCPC=10h按【单拍】按钮PC 送 DBUSK23 K22=10K10K8=000P

26、C 加 1按【单拍】按钮保持 PC+1 状态，按【单拍】按钮，在 CLOCK 的上升沿 PC 加 1 并送数据总线，程序计数器和总线单元显示12h。继续按【单拍】按钮，观察PC 与总线内容的变化。3 3、地址寄存器实验、地址寄存器实验图 2-3-7 所示的 AR 由 1 片 74LS574 锁存器构成八位数据指针，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分离与PC 计数器集合组成存储器地址总线及外设总线。由中央外理器单元控制锁存器的清零，在手动实验中，按【返回】键即可实现 AR 锁存器的强制清零。1 1）地址寄存器）地址寄存器 ARAR 打入打入在手控“搭接”态，数据

27、指针AR 由 LDAR 及 DRCK（CLOCK 脉冲）二信号组合控制地址的装入操作。本实验以总线上准双向I/O 部件的 S7S0 为置数源。当 K19=0 时，按【单拍】钮，在脉冲下降沿把S7S0 的内容装入地址锁存器AR。操作步骤如下：数据来源I/O 单元置数I/O=XX06hAR=06hAR 送 Addr06送总线K10K8=011K10K7=1000 K23 K22 K19=110按【单拍】按钮K23 K19=01五、实验心得五、实验心得本次实现我熟悉和了解了地址总线的组成结构、地址来源及集合原理，学习到了程序段与数据段的寻址规则以及地址部件的运用技巧，通过地址如何形成部件实验，建立“

28、段”概念，学会“段”运用。.-可修编.-实验实验 5 5 存储器读写实验存储器读写实验一、实验目的一、实验目的熟悉和了解存储器组织与总线组成的数据通路。二、实验要求二、实验要求按照实验步骤完成实验项目，掌握存储部件在原理计算机中的运用。三、实验原理三、实验原理存储器是计算机的存储部件，用于存放程序和数据。存储器是计算机信息存储的核心，是计算机必不可少的部件之一，计算机就是按存放在存储器中的程序自动有序不间断地进行工作。本系统从提高存储器存储信息效率的角度设计数据通路，按现代计算机中最为典型的分段存储理念把存储器组织划分为程序段、数据段、内存或堆栈段，由此派生了数据总线（DBus）、指令总线（I

29、Bus）、微总线（Bus）等与现代计算机设计规X 相吻合的实验环境。实验所用的存储器电路原理如图2-3-8 所示，该存储器组织由一片6116 构成具有段概念的信息存储体系，该存储体系Addr 由 IP 指针和 AR 指针分时提供，E/M 控位为“1”时选通 IP，反之选通AR。该存储器可动态变更程序源与数据源，把我们的教学实验提高到能与现代计算机设计规 X 相匹配与接轨的层面。图图 2-3-82-3-8 存储器数据通路存储器数据通路四、实验内容四、实验内容1.1.实验连线实验连线K23K0 置“1”，灭 M23M0 控位显示灯。然后按下表要求“搭接”部件控制电路。连线连线12信号孔信号孔MOC

30、KX2接入孔接入孔CLOCKK10(M10)作用作用单元手动实验状态的时钟来源源部件译码输入端 X2有效电平有效电平上升沿打入三八译码.-可修编.-3456789X1X0XPE/MMWRLDARLDPCK9(M9)K8(M8)K7(M7)K23(M23)K21(M21)K19(M19)K22(M22)源部件译码输入端 X1源部件译码输入端 X0I/O 部件奇偶标志：0=偶寻址，1=奇寻址Addr 地址段定义：0=AR 指针，1=PC 指针存储器写使能：0=存储器写，1=存储器读AR 地址寄存器写使能PC 装载与 PC+1八中选一低电平有效低电平有效低电平有效2.2.存储器数据段读写操作存储器数

31、据段读写操作(1)数据段写操作按下流程从 0 址单元开始，向数据段00h05h 单元依次写入 11 22 33 44 55 66。置地址S7S0=00hK10K7=1000打地址00ARK19=0按【单拍】按钮置数据S7S0=11hK19=1K23=0写数据1100K21=0按【单拍】按钮关存储器写令 K21=1(2)数据段读操作依次读出数据段 0005h 单元的内容，这里以 0 址单元读出为例阐述操作流程。数据来源I/OK10K7=1000置地址S7S0=00K19=0打地址00AR按【单拍】按钮关存储器写ARAddrK23 K19=01读数据00总线K10K8=011执行上述流程总线单元应

32、显示11h，若正确可按上述流程读出01h05h 单元的内容。3.3.存储器程序段读写操作存储器程序段读写操作(1)(1)程序段写操作程序段写操作PC 装载写操作流程：数 据 来 源I/OK10K7=1000置地址S7S0=00K23K21=001打 PC00PC按【单拍】按钮置数据S7S0=55K23K21=110写程序5500按【单拍】按钮PC+1 写操作流程：设控位K23K21=101PC+1按【单拍】按钮置数据S7S0=AAK10K7=1000写选通K23K21=110打数据AAPC+1按【单拍】按钮重复 PC+1 写流程，分别对 0204 写入 23 45 67。(2)(2)程序段读操

33、作程序段读操作PC 装载及 PC+1 读操作流程置地址S7S0=00K10K7=100000PCK23 K22=00按【单拍】按钮关装 PCK23K21=101读程序55总线K10K8=011PC+1EM总线按【单拍】按钮完成上流程，PC=01，总线单元显示 AA，此时每按一次【单拍】按钮，PC+1，总线单元依次显示 23 45 67等内容。4.4.程序与数据存储器的分段读出程序与数据存储器的分段读出分段读出流程分段读出流程.-可修编.-关闭控位K23K0=全”1”PC=AR=00按【返回】键默认程序段55总线K10K8=011选数据段11总线K23=0选程序段55总线K23=1由上流程可知存储器组织0 地址的内容有两个，其中55 为程序段内容，11 为数据段内容。五、实验心得五、实验心得这次实验让我熟悉和了解了存储器组织与总线组成的数据通路，并且按照实验步骤完成了实验项目，掌握存储部件在原理计算机中的运用。通过这几次实验也让我知道了合作的重要性，没有团队的合作，我也不可能那么顺利的完成所有实验。.-可修编.