计算机组成原理实验.docx
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计算机组成原理实验
计算机组成原理实验报告
（一）
1.1基本运算器实验
一、实验目的：
运算器ALU的组成结构及工作原理
二、实验内容：
使用PC机一台，TD-CMA实验系统一套完成对算术逻辑单元ALU的验证实验
三、实验步骤：
1、连线：
按照实验电路连线，检查无误后，合上开关。
2、存数：
分别向运算器A、B存入相应的二进制数（此数可以自定）。
3、置位：
置ALU_B=0,LDA=0，LDB=0，准备验证。
4、验证：
按照实验手册上的表格分别置位S3、S2、S1、S0和控制位CN，观察实验系
统上验证结果（由CPU内总线显示运算结果），以及进位标志FC，零标志FZ的状态。
四、实验结果：
1、实验连线图：
2、实验数据：
运算类型
逻辑运算
A
B
S3S2S1S0
CN
X
X
X
X
X
0
结果
65
65
65
65
65
65
65
A7
A7
A7
A7
A7
A7
A7
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
0
1
0
1
1
0
0
F=（65）FC=（0）FZ=（0）
F=（A7）FC=（0）FZ=（0）
F=（25）FC=（0）FZ=（0）
F=（E7）FC=（0）FZ=（0）
F=（65）FC=（0）FZ=（0）
F=（32）FC=（0）FZ=（0）
F=（32）FC=（0）FZ=（0）
移位运算
1
65
65
A7
A7
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
F=（CA）FC=（0）FZ=（0）
F=（CA）FC=（0）FZ=（0）
65
65
65
A7
A7
A7
1
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
0
X
X
X
F=（0C）FC=
（1）FZ=（0）
F=（66）FC=
（1）FZ=（0）
F=（64）FC=（0）FZ=（0）
算术运算
图1-1
五：
实验分析：
原理分析：
由于计算机算术逻辑单元ALU内嵌了相应的逻辑，移位，算是运算功能部件，
并且控制型号位S3、S2、S1、S0和控制位CN共同决定ALU实现什么样的运算功能，任何时
候，多路选择开关只选择三部件的结果作为ALU的输出，当中，若有影响进位的运算，还将
置进位标志FC，爱运算结果输出前，我们需要置零标志位。
错误分析：
在按照实验电路连线的时候，由于某些实线在输入输出没有相互对应，导致
最终的CPU内总线显示运算结果与进位标志有些许的错误，经检查纠正过后，最终验证结果
如上图1-1。
2.1静态随机存储器实验
一、实验目的：
掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法
二、实验内容：
使用PC机，TD-CMA实验系统一套完成对数据的静态随机存储存储功能过程
的验证
三、实验步骤：
1、连线：
按照实验电路连线，检查无误后，合上开关，注意和上开关前需要置控制位
TOR为高。
2、存址存数：
连线完成后，若没有总线竞争现象，开始存数，注意先写地址，后写数
据的顺序以及期间WR、RD、IOM、IOR、LDAR读写的置位标志，读地址是一定要使WR、
RD、IOM、IOR、均为低，LDAR为高，如下图2-1方式，分别读地址，01H，02H,03H,04H,
相应地址存入数据11H,12H,13H,14H。
图2-1写存储器流程图
3、读址读数：
按照如下图2-2的方式置标志位，实现相应数据的读数功能。
图2-2读存储器流程图
四：
实验结果：
1、实验连接图：
图2-3
2、实验结果拼接图：
读地址01H
写数据11H
图2-4
读地址01H
3、其他的数据读写上图所示如法炮制。
五：
实验分析：
原理分析：
实验所用的静态存储器是由一片6116（2K×8bit）构成（位于MEM单元），
6116有三个控制线：
CS（片选线）、OE（读线）、WE（写线），其功能如图2-3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。
图2-5
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2-4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。
图2-6读写控制逻辑
实验原理图如图2-5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。
图2-7存储器实验原理图
错误分析：
我们在读写数据的时候，在两个方面存在逻辑或者读写顺序的错误，第一方
面，WR、RD、IOM、IOR、LDAR读写的置位标志是个需要着重注意的问题，第二方面，读写数
据时，首先读入地址，然后再读写数据。
（二）
运算器ALU
1.1软件模拟控制信号点亮
一、
二、
实验目的：
了解计算机中控制信号的选通，使用软件语言模拟，利用加法举例
实验代码：
#include
#include
#include
#include
usingnamespacestd;
voiddelay（inttime）
{
clock_tnow=clock（）;
while（（clock（）-now）;
}
intmain（）
{
inti;
intcount=1;
ifstreamcinfile（"cin.txt"）;
charcontrol[4][23];
string
command[23]
=
{"PC->AB","ALU->PC","PC+1","Imm（Disp）->ALU","DB->IR",
"DB->DR","DR->DB","rs1->GR","rs,rd->GR","（rs1）->ALU",
"（rs）->ALU","DR->ALU","+","-","^",
"v","ALU->GR","ALU->DR","ALU->AR","AR->AB",
"ADS","M/IO","W/R"};
cout<<"
**********Thecontrolsingle（ALL23
BIT）*********"<cout<<"PC->AB"<<"
"<<"
ALU->PC"<<"
"<<"PC+1"<<"
"<<"Imm（Disp）->ALU"<<"DB->IR"<cout<<"DB->DR"<<""<<"DR->DB"<<""<<"rs1->GR"<<""<<"rs,rd->GR"<<"
"<<"（rs1）->ALU"<cout<<"（rs）->ALU"<<""<<"DR->ALU"<<""<<"+"<<""<<"
-"<<""<<"
ALU->GR"<<""<<"ALU->DR"<<""<<"ALU->AR"<<"
M/IO"<<""<<"W/R"<^"<cout<<"v"<<""<<"
"<<"
AR->AB"<cout<<"ADS"<<""<<"
memset（control,0,sizeof（control））;
cout<"<cout<<"add：
（1、取址2、计算地址3、取数4、加法运算）"<while（count!
=5）
{
cout<<"The"<";
for（i=0;i<23;i++）
{
}
cinfile>>control[count-1][i];
delay（5*10）;
cout<cout<for（i=0;i<23&&control[0][i]!
='\0';i++）
if（control[count-1][i]=='1'）
{
delay（5*100）;
cout<}
count++;
cout<delay（1*1000）;
}
return0;
三、
实验结果：
2.1软件模拟硬布线逻辑
一、
二、
实验目的：
了解计算机中控制信号的选通，使用软件语言模拟，利用加法举例
实验代码：
#include
#include
usingnamespacestd;
enumcom{ADD,ADDX,ADDcc,ADDXcc}addCom;
intcount=0;
boolcy[5];
voiddelay（inttime）
{
clock_tnow=clock（）;
while（（clock（）-now）;
}
voidstep（intcount）
{
if（count==1）
{
cout<<"Thefirststep:
"<delay（2*1000）;
cout<<"PC->AB";
delay（1*1000）;
cout<<"ADS";
delay（1*1000）;
cout<<"M/IO";
delay（1*1000）;
cout<<"W/R";
delay（1*1000）;
cout<<"DB->IR";
delay（1*1000）;
cout<<"PC+1"<}
if（count==2）
{
cout<<"Thesecondstep:
"<delay（2*1000）;
cout<<"rs1->GR";
delay（1*1000）;
cout<<"（rs1）->ALU";
delay（1*1000）;
cout<<"Dis->ALU";
delay（1*1000）;
cout<<"+"<}
if（count==3）
{
cout<<"Thethirdstep:
"<delay（2*1000）;
cout<<"DB->DR";
delay（1*1000）;
cout<<"AR->AB";
delay（1*1000）;
cout<<"ADS";
delay（1*1000）;
cout<<"M/IO"<}
if（count==4）
{
cout<<"Theforthstep:
"<delay（2*1000）;
cout<<"rs,rd->GR";
delay（2*1000）;
cout<<"（rs）->ALU";
delay（1*1000）;
cout<<"DR->ALU";
delay（1*1000）;
cout<<"+";
delay（1*1000）;
cout<<"ALU->GR"<}
}
voiddisplay（）
{
if（cy[count]==true）
{
step（count）;
cy[count]=false;
}
if（cy[count]==true）
{
step（count）;
cy[count]=false;
}
if（cy[count]==true）
{
step（count）;
cy[count]=false;
}
if（cy[count]==true）
{
step（count）;
cy[count]=false;
}
}
intmain（）
{
intcountAddCom=0;
memset（cy,false,sizeof（cy））;
while（（++countAddCom）!
=5）
{
intsign;
sign=0;
for（count=1;count<5;count++）
{
delay（1*1000）;
cy[count]=true;
if（countAddCom==1）
{
addCom=ADD;
sign++;
if（sign==1）
cout<<"**********ADD**********"<display（）;
}
if（countAddCom==2）
{
addCom=ADDX;
sign++;
if（sign==1）
cout<<"**********ADDX**********"<display（）;
}
if（countAddCom==3）
{
addCom=ADDcc;
sign++;
if（sign==1）
cout<<"**********ADDcc**********"<display（）;
}
if（countAddCom==4）
{
addCom=ADDXcc;
sign++;
if（sign==1）
cout<<"**********ADDXcc**********"<display（）;
}
}
count=0;
}
return0;
四、
实验结果：
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