计算机组成原理实验报告 2.docx
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计算机组成原理实验报告2
实验一
实验题目：
运算器实验
实验目的：
熟悉存储器和总线的硬件电路
实验要求：
按照实验步骤完成实验项目,利用存储器和总线传输数据
实验器材：
计算机组成原理实验仪
实验电路图/程序流程图:
实验步骤/程序源代码：
实验原理：
实验中所用的运算器原理如图1所示。
其中运算器由两片74LS181以并/川形式构成8位字长的ALU。
运算器的输出经过有一个三态门（74LS245）和数据总线相连，运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器锁存，锁存器的输入已连至数据总线，数据开关用来给出参与运算的数据，经一三态门和数据总线相连，数据显示灯已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。
实验连接：
按上图实验线路作以下连接：
（1）八位运算器控制信号连接：
位于实验装置左上方的控制信号（CTR-OUTUNIT）中的（S3、S2、S1、S0、M、/CN、LDDR1、LDDR2、LDCZY、C、B、A）与位于实验装置右中方的（CTR-INUNIT）、位于实验装置左中方的（UPCUNIT）、位于右上方的（FLUNIT）做对应链接。
（2）完成上述连接，仔细检查无误后方可接通电源进入实验。
实验仪器工作状态设定
在闪动的“P”状态下按动“增址”命令键，使LED显示器自左向右第一位显示提示符“H”，表示本装置已进入手动单元实验状态。
实验项目：
1、算术运算实验
拨动二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数（置数灯亮表示它所对应的数据位为‘1’、反之为‘0’）。
具体操作步骤图示如下：
检验DR1和DR2中存的数是否正确，具体操作为：
关闭数据输入三态门，打开ALU输出三态门，当置S3、S2、S1、S0、M为11111时，总线指示灯显示DR1中的数，而置10101时总线指示灯将显示DR2中的数。
算术运算（不带进位加）的实验方法，置CBA=010，S3、S2、S1、S0、M、/CN状态为100101，LDCZY=0，此时数据总线上的显示灯应为00001100（0CH）。
2、进位控制实验
进位控制运算器的实验原理如图1右上下角所示，其中181的进位端进入LS74锁存器D端，该端的状态锁存由T4、/CN和LDCZY信号控制，T4是时序脉冲信号，在T4周期将本次运算的进位结果锁存到进位锁存器中，实验时按动“单步”命令键产生。
/CN、LDCZY是电平控制信号，在/CN=0时实现强制性带进位运算且进位为1，/CN=1、LDCZY=0时实现不带进位控制运算；在/CN=1、LDCZY=1时可实现带进位控制运算。
（1）进位标志清零具体操作方法如下：
关闭数据输入三态（CBA=000）,S3、S2、S1、S0、M的状态置为00000，/CN状态置为0，
LDCZY状态置为1，（清零时DR1寄存器中的数应不等于FF）按动单步命令键。
注：
进位标志指示灯CY亮时表示进位标志为1，有进位；标志指示灯CY灭时表示进位标志为0，无进位。
（2）用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数
首先关闭ALU输出三态门（CBA=000），开启数据开关输入三态门（CBA=001），设置数据开
关。
例如向DR1存入01010101，向DR2存入10101010。
具体操作步骤同上。
（3）验证带进位运算及进位锁存功能，使/CN=1，LDCZY=1，来进行带进位算术运算。
例如：
做加法运算，首先向DR1、DR2置数，然后关闭数据输入三态门（CBA=000）、打开ALU输出三态门（CBA=010），S3、S2、S1、S0、M状态为10010，此时数据总线上显示的数据为DR1加DR2加当前进位标志，这个结果是否产生进位，则要按动单步命令键，若进位标志（CY）灯亮，表示有进位；反之无进位。
在给定DR1=65、DR2=A7的情况下，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，填入下表中，并和理论分析进行比较、验证。
3、逻辑运算实验
拨动二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数分别为65H、A7H（置数灯亮表示它所对应的数据为“1”、反之为0）.具体操作步骤同上：
检验DR1和DR2中存的数是否正确，具体操作为：
关闭数据输入三态（CBA=000）,打开ALU输出三态门（CBA=010），当置S3、S2、S1、S0、M状态为11111时，总线指示灯显示DR1中的数，而置10101时总线指示灯显示DR2中的数。
逻辑或非运算的方法是置CBA=010，S3、S2、S1、S0、M状态为00011，此时数据总线上的显示灯应为00011000（18H）.
LT1
LT2
S3S2S1S0
M=0（算术运算）
M=1（逻辑运算）
Cn=1（无进位）
Cn=0（有进位）
65
A7
0000
F=65
F=66
F=9A
65
A7
0001
F=C
F=D
F=F3
65
A7
0010
F=BD
F=BE
F=42
65
A7
0011
F=FF
F=0
F=0
65
A7
0100
F=23
F=24
F=F2
65
A7
0101
F=CA
F=CB
F=58
65
A7
0110
F=52
F=53
F=F
65
A7
0111
F=AB
F=AC
F=D2
65
A7
1000
F=A0
F=A1
F=FF
65
A7
1001
F=B5
F=B6
F=CD
65
A7
1010
F=89
F=8A
F=AF
65
A7
1011
F=3C
F=3D
F=6
65
A7
1100
F=CA
F=CB
F=1
65
A7
1101
F=71
F=72
F=BD
65
A7
1110
F=22
F=23
F=C
65
A7
1111
F=64
F=65
F=65
实验结果分析：
图1.1
图1.2
图1.3
结果分析:
图1.1把00000110送总线,图1.2把00010110送总线,图1.3为运算结果:
00011100.
实验日期：
2018.05.11
成绩评定：
□优秀（100-90分）
□良好（89-80分）
□中等（79-70分）
□及格（69-60分）
□不及格（60-0分）
教师签名：
年月日
实验二
实验题目：
移位寄存实验
实验目的：
熟悉存储器和总线的硬件电路
实验要求：
按照实验步骤完成实验项目,利用存储器和总线传输数据
实验器材：
计算机组成原理实验仪
实验电路图/程序流程图:
实验步骤/程序源代码：
实验原理：
上图所示，使用了一片74LS299作为移位发生器，其中八位输入/输出端已与总线单元连接好。
由299-B信号控制其使能端，T4时序为其时钟脉冲，实验时按动“单步”命令键产生。
由S0、S1、M控制信号设置其运行状态，其控制特性列表如下：
299-B=0
S1
S0
M
功能
0
0
0
任意
保持
0
1
0
0
循环右移
0
1
0
1
带进位循环右移
0
0
1
0
循环左移
0
0
1
1
带进位循环左移
任意
1
1
任意
装数
说明：
令C、B、A=111时表中299-B=0。
在“H”实验状态下，C、B、A分别由位于实验装置左上方的二进制开关K9、K8、K7来模拟，M、S0、S1分别由二进制开关K21、K22、K23来模拟。
连接：
连接实验线路，把位于实验装置左上方的CTR-OUTUNIT（S0、S1、M、C、B、A、LDCZY）与实验装置右中央的（S0、S1、M）CTR-INUNIT、左中央的（C、B、A）UPC-UNIT、右上方的（LDCZY）FL-UNIT中的控制信号作对应连接。
移位寄存器置数：
首先置CBA为000，然后按下面所列流程图操作：
寄存器移位：
首先置CBA为001输入数据，然后置CBA为111（299-B=0，打开移位寄存器三态门），然后参照（移位寄存器控制特性表）改变S0、S1、M，按动“单步”命令键观察移位结果。
移位结果寄存：
把移位寄存器移位后的内容寄存到通用寄存器（以R0为例），在移位操作后保持CBA=111（即299-B=0）及S0、S1=00状态，令LDR0=1,再按动“单步”命令键即可完成移位结果，保存到通用寄存器的操作。
移位结果读出：
置CBA=100，总线指示灯（BUS-DISPUNIT）显示R0寄存器的内容，该内容与移位寄存器的内容一致。
实验结果分析：
图2.1
图2.2
结果分析:
如图2.1,,总线指示灯显示寄存器的内容“00001010”（绿灯显示）.按下STEP
向左移一位变成”00010100”如图2.2
实验日期：
2018.05.25
成绩评定：
□优秀（100-90分）
□良好（89-80分）
□中等（79-70分）
□及格（69-60分）
□不及格（60-0分）
教师签名：
年月日
实验三
实验题目：
堆栈寄存器实验
实验目的：
熟悉存储器和总线的硬件电路
实验要求：
按照实验步骤完成实验项目,利用存储器和总线传输数据
实验器材：
计算机组成原理实验仪
实验电路图/程序流程图:
实验步骤/程序源代码：
实验原理：
实验中所用的堆栈寄存器数据通路如图3所示。
由三片8位字长的LS374组成R0、R1、R2寄存器堆。
三个寄存器的输入/输出已连至BUS总线。
图中R0-B、R1-B、R2-B经CBA二进制控制开关译码产生数据输出选通信号（详见表3-1），LDR0、LDR1、LDR2为数据写入允许信号，由二进制控制开关来模拟，均为高电平有效；T4信号为寄存器数据写入脉冲，上升沿有效。
在手动实验状态（即“H”状态）每按动一次“单步”命令键，产生一个T4信号。
C
B
A
选择
1
0
0
R0-B
1
0
1
R1-B
1
1
0
R2-B
表3-1
实验内容：
堆栈寄存器的使用
拨动二进制数据开关（INPUT-UNIT）向R0和R1寄存器置数（置数灯亮表示它所对应的数据位为“1”、反之为“0”）。
具体操作步骤图示如下：
堆栈寄存器的读出
关闭数据输入三态门（CBA=000）,分别打开通用寄存器R0、R1、R2输出控制位，当CBA=100时，总线指示灯显示R0中的数据01H；当CBA=101时，总线指示灯显示R1中的数据80H；当CBA=110时，总线指示灯显示R2中的数据（随机）。
实验结果分析：
图3.1
图3.2
图3.3
图3.4
图3.5
结果分析:
如图3.1,输入00000101，存入寄存器R0;图3.2,输入00000011，存入寄存器R1;
图3.3,将C置‘1’B置‘0’A置‘0’，显示R0中数据00000101;图3.4,将C置‘1’B置‘0’A置‘1’，显示R1中数据00000011;图3.5,将C置‘1’B置‘1’A置‘0’，随机显示R2中数据.
实验日期：
2018.06.05
成绩评定：
□优秀（100-90分）
□良好（89-80分）
□中等（79-70分）
□及格（69-60分）
□不及格（60-0分）
教师签名：
年月日
实验四
实验题目：
缓存输入/锁存输出实验
实验目的：
熟悉存储器和总线的硬件电路
实验要求：
按照实验步骤完成实验项目,利用存储器和总线传输数据
实验器材：
计算机组成原理实验仪
实验电路图/程序流程图:
实验步骤/程序源代码：
实验原理：
实验中所用的输入/输出设备如图5所示。
其中输入设备有8位数据开关经一个三态门（74LS245）已和数据总线相连，其输出端控制8个发光二极管以二进制方式显示输出结果（灯亮表示该输出位为1，灯灭表示该输出位为0）。
实验连接：
连接线路，把位于实验装置中下方的CS1（EXTUNIT）与/IOCS（OUTPUT-UNIT）相连用于片选74LS273（OUTPUT-UNIT），把位于实验装置左上方的C、B、A、LDARH、WE与位于实验装置左中央的（UPCUNIT）、EXTUNIT中的控制信号作对应连接。
实验内容：
输入设备缓冲输入经输出设备锁存输出的实验步骤图示如下：
在下动实验状态（即I“1”状态），打开数据输入三态门（CBA=001），二进制译码模拟控制开关A90、A8=1（即通过74LS139译码得CS1接到OUTPUT-UNIT的/1OCS端，来片选74L.S273）然后数据开关设置为0000001H，再按“单步”键产生单次触发脉冲，即把数据开关所设定的00000001锁存输出，8位输出数据灯应显示0000001。
改变数据开关的设置再按单少可把”前数据开关的内容锁存至8位输出数据灯显示。
实验结果分析：
：
图5.1
结果分析:
如图5.1,将数据开关设定的“00000101”锁存输出（绿灯显示）.
实验日期：
2018.06.08
成绩评定：
□优秀（100-90分）
□良好（89-80分）
□中等（79-70分）
□及格（69-60分）
□不及格（60-0分）
教师签名：
年月日
实验五
实验题目：
存储器和总线实验
实验目的：
熟悉存储器和总线的硬件电路
实验要求：
按照实验步骤完成实验项目,利用存储器和总线传输数据
实验器材：
计算机组成原理实验仪
实验电路图/程序流程图:
实验步骤/程序源代码：
实验原理：
实验所用的半导体静态存储器电路原理如图6所示，该静态存储器由一片6116（2K*8）构成，其数据线（D0-D7）已和数据总线（BUS-DISPUNIT）相连接，地址线由地址锁存器（74LS273）给出，该锁存器的输入已连至数据总线。
地址A0-A7与地址总线相连，显示地址内容。
数据开关经一三态门（74LS245）已连至数据总线，分时给出地址和数据。
因为地址寄存器为8位，接入6116的地址A7-A0，而高三位A8-A10本实验装置已接地，其容量为256字节。
6116有三根控制线：
/CS（片选线）、OE（读线）、WE（写线）。
当片选有效（/CS=0）时，同时OE=0时，WE=0时进行读操作。
本实验中将OE引脚接地，在此情况下，当/CS=0、WE=1时进行写操作，/CS=0、WE=0时进行读操作，其写时间与T3脉冲宽度一致。
实验时T3脉冲由“单步”命令键产生，其它电平控制信号由二进制开关模拟，其中/CE（存储器片选信号）为低电平有效，WE为写/读（W/R）控制信号，当WE=0时进行读操作、当WE=1时为写操作。
实验步骤：
1、控制信号连接：
位于实验装置右侧边缘的RAM片选端（/CE）、写/读线（WE）、地址锁存信号（LDAR）与位于实验装置左上方的控制信号（/CE、WE、LDAR）之间对应相连。
位于实验装置左中方（C、B、A）与位于实验装置左上方的（C、B、A）对应相连。
2、完成上述连接，仔细检查无误后方可进入本实验。
在闪动的“P”状态下按动增址命令键，使LED显示器自左向右第一位显示提示符“H”,表示本装置已进入手动单元实验状态。
（若当前处“H”状态，本操作可略）.
内部总线数据写入存储器
给存储器的00、01、02、03、04地址单元中分别写入数据11、12、13、14、15，具体操作步骤如下：
（以向00地址单元写入11数据为例，然后重复操作将数据分别写入各地址单元）。
（2）实验步骤
1，控制信号连接:
位于实验装置右侧边缘的RAM片选端（ICE）、写/读线（WE）、地址锁存信号（LDAR）与位于实验装置左上方的控制信号（ICE、WB、LDAR）之间对应相连。
位于实验装置左中方（C、B、A）与位于实验装置左上方的（CB、A）对应相连）
2，完成上述连接，仔细检查无误后方可进入本实验。
在闪动的“P.”状态下按动增址命令键，使LED显示器自左向右第一位品示提示符“H°，表示本装置已进入手动单元实验状态。
（若当前处“H”状态，本操作可略）。
3、内部总线数据写入存储器
给存储器的00、01、02、03、04地址单元中分别写入数据11、12、13、14、15，具体操作步骤如下:
（以向00地址单元写入11数据为例，然后重复操作将数据分别写入各
地址单元）。
实验结果分析：
图6.1
图6.2
结果分析:
如图6.1,将内部总线数据“00000111”（红灯显示）写入了存储器;然后将存储器中的数据“00000111”读到总线上（绿灯显示）.
实验日期：
2018.06.12
成绩评定：
□优秀（100-90分）
□良好（89-80分）
□中等（79-70分）
□及格（69-60分）
□不及格（60-0分）
教师签名：
年月日
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