计算机组成原理上机实验报告.docx
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计算机组成原理上机实验报告
《计算机组成原理实验》课程
实验报告
实验题目组成原理上机实验
班级1237-小
姓名
学号
时间2014年5月
成绩
实验一基本运算器实验
1.实验目的
（1）了解运算器的组成原理
（2）掌握运算器的工作原理
2.实验内容
输入数据，根据运算器逻辑功能表1-1进行逻辑、移位、算术运算,将运算结果填入表1-2。
表1-1运算器逻辑功能表
运算类型
A
B
S3S2S1S0
CN
结果
逻辑运算
65
A7
0000
X
F=（65）FC=（）FZ=（）
65
A7
0001
X
F=（A7）FC=（）FZ=（）
0010
X
F=（）FC=（）FZ=（）
0011
X
F=（）FC=（）FZ=（）
0100
X
F=（）FC=（）FZ=（）
移位运算
0101
X
F=（）FC=（）FZ=（）
0110
0
F=（）FC=（）FZ=（）
1
F=（）FC=（）FZ=（）
0111
0
F=（）FC=（）FZ=（）
1
F=（）FC=（）FZ=（）
算术运算
1000
X
F=（）FC=（）FZ=（）
1001
X
F=（）FC=（）FZ=（）
1010（FC=0）
X
F=（）FC=（）FZ=（）
1010（FC=1）
X
F=（）FC=（）FZ=（）
1011
X
F=（）FC=（）FZ=（）
1100
X
F=（）FC=（）FZ=（）
1101
X
F=（）FC=（）FZ=（）
表1-2运算结果表
3.实验原理
本实验的原理如图1-1所示。
运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A和暂存器B，三个部件同时接受来自A和B的数据（有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM），各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3…S0和CN来决定，任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU的输出。
如果是影响进位的运算，还将置进位标志FC，在运算结果输出前，置ALU零标志。
ALU中所有模块集成在一片CPLD中。
图1-1运算器原理图
逻辑运算部件由逻辑门构成，较为简单，而后面又有专门的算术运算部件设计实验，在此对这两个部件不再赘述。
移位运算采用的是桶形移位器，一般采用交叉开关矩阵来实现，交叉开关的原理如图1-2所示。
图1-2中显示的是一个4X4的矩阵（系统中是一个8X8的矩阵）。
每一个输入都通过开关与一个输出相连，把沿对角线的开关导通，就可实现移位功能，即：
（1）对于逻辑左移或逻辑右移功能，将一条对角线的开关导通，这将所有的输入位与所使用的输出分别相连,而没有同任何输入相连的则输出连接0。
（2）对于循环右移功能，右移对角线同互补的左移对角线一起激活。
例如，在4位矩阵中使用‘右1’和‘左3’对角线来实现右循环1位。
（3）对于未连接的输出位，移位时使用符号扩展或是0填充，具体由相应的指令控制。
使用另外的逻辑进行移位总量译码和符号判别。
运算器部件由一片CPLD实现。
ALU的输入和输出通过三态门74LS245连到CPU内总线上，另外还有指示灯标明进位标志FC和零标志FZ。
请注意：
实验箱上凡丝印标注有马蹄形标记‘’，表示这两根排针之间是连通的。
图中除T4和CLR，其余信号均来自于ALU单元的排线座，实验箱中所有单元的T1、T2、T3、T4都连接至控制总线单元的T1、T2、T3、T4，CLR都连接至CON单元的CLR按钮。
T4由时序单元的TS4提供（时序单元的介绍见附录二），其余控制信号均由CON单元的二进制数据开关模拟给出。
控制信号中除T4为脉冲信号外，其余均为电平信号，其中ALU_B为低有效，其余为高有效。
暂存器A和暂存器B的数据能在LED灯上实时显示，原理如图1-3所示（以A0为例，其
线路连接图
它相同）。
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。
图1-3A0显示原理图
运算器的逻辑功能表如表1-1所示，其中S3S2S1S0CN为控制信号，FC为进位标志，FZ为运算器零标志，表中功能栏内的FC、FZ表示当前运算会影响到该标志。
4.实验结果
运算类型
A
B
S3S2S1S0
CN
结果
逻辑运算
65
A7
0000
X
F=（65）FC=（0）FZ=（）
65
A7
0001
X
F=（A7）FC=（0）FZ=（）
0010
X
F=（26）FC=（0）FZ=（）
0011
X
F=（E7）FC=（0）FZ=（）
0100
X
F=（9A）FC=（0）FZ=（）
移位运算
0101
X
F=（CA）FC=
（1）FZ=（）
0110
0
F=（32）FC=
（1）FZ=（）
1
F=（B2）FC=
（1）FZ=（）
0111
0
F=（CA）FC=（0）FZ=（）
1
F=（CA）FC=（0）FZ=（）
算术运算
1000
X
F=（65）FC=
（1）FZ=（）
1001
X
F=（0C）FC=
（1）FZ=（）
1010（FC=0）
X
F=（33）FC=
（1）FZ=（）
1010（FC=1）
X
F=（0D）FC=
（1）FZ=（）
1011
X
F=（BE）FC=
（1）FZ=（）
1100
X
F=（64）FC=（0）FZ=（）
1101
X
F=（66）FC=（0）FZ=（）
5.实验心得
通过本次试验，了解了运算器的组成原理和工作原理，初步了解这门实验课的方法和步骤等，这只是一次很简单的实验，为的就是为后面几次相对比较复杂的实验打下坚实的基础，以便于更好的学习。
实验二静态随机存储器实验
1.试验目的
掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法
2.实验内容
1.向存储器中指定的地址单元输入数据,地址先输入AR寄存器，再将数据送入总线后，存到指定的存储单元，观察数据在各部件上的显示结果。
2.从存储器中指定的地址单元读出数据,地址先输入AR寄存器,读出的数据送入总线,观察数据在各部件上的显示结果。
3.实验原理
实验所用的静态存储器由一片6116（2K×8bit）构成（位于MEM单元），如图2-1所示。
6116有三个控制线：
CS（片选线）、OE（读线）、WE（写线），其功能如表2-1所示，当片选有效（CS=0）时，OE=0时进行读操作，WE=0时进行写操作，本实验将CS常接地。
由于存储器（MEM）最终是要挂接到CPU上，所以其还需要一个读写控制逻辑，使得CPU能控制MEM的读写，实验中的读写控制逻辑如图2-2所示，由于T3的参与，可以保证MEM的写脉宽与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用来选择是对I/O还是对MEM进行读写操作，RD=1时为读，WR=1时为写。
如表2-2所示。
表2-1SRAM6116功能表图2-2读写控制逻辑
表2-2读写逻辑控制表
IOM
WR
RD
IN
OUT
MEM
1
1
0
有效
1
0
1
有效
0
1
0
写
0
0
1
读
实验原理图如图2-3所示，存储器数据线接至数据总线，数据总线上接有8个LED灯显示D7…D0的内容。
地址线接至地址总线，地址总线上接有8个LED灯显示A7…A0的内容，地址由地址锁存器（74LS273，位于PC&AR单元）给出。
数据开关（位于IN单元）经一个三态门（74LS245）连至数据总线，分时给出地址和数据。
地址寄存器为8位，接入6116的地址A7…A0，6116的高三位地址A10…A8接地，所以其实际容量为256字节。
实验箱中所有单元的时序都连接至时序与操作台单元，CLR都连接至CON单元的CLR按钮。
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。
图2-3存储器实验原理图
4.实验心得
通过本次试验，了解了静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法，同时知道了组成原理的理论课也很重要，没有理论课的基础，实验时就不知道怎么弄了，只有把理论和实践结合起来才能学好这门课。
实验三系统总线与总线接口
1.实验目的
（1）理解总线的概念及其特性
（2）掌握控制总线的功能和应用
2.实验内容
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。
3.实验原理
实验接线图
由于存储器和输入、输出设备最终是要挂接到外部总线上，所以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。
表3-2读写逻辑控制表
IOM
WR
RD
IN
OUT
MEM
1
1
0
有效
1
0
1
有效
0
1
0
写
0
0
1
读
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3-3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。
图3-3总线传输实验框图
4.实验心得
通过本次试验，我们对总线的概念和其特性及控制总线的功能和应用得到更多的了解。
学会了自己译码，自己译出控制信号等，感觉这是一门比较有趣的课程，希望这能在以后的学习和工作中带来一定的益处。
实验四微程序控制器实验
1.实验目的
（1）掌握微程序控制器的组成原理
（2）掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行过
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