计算机组成原理报告.docx
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计算机组成原理报告
计算机组织与结构实验报告
实验一算术逻辑运算实验日志
实验题目：
算数逻辑运算
实验目的：
（1）了解运算器的组成结构；
（2）掌握运算器的工作原理；
（3）学习运算器的设计方法；
（4）掌握简单运算器的数据传输通路；
（5）验证运算功能发生器74LS181的组合功能。
实验原理：
图1.1-1运算器通路图
实验主要步骤：
（1）连接实验电路并检查无误
（2）打开电源开关。
（3）用输入开关向暂存器DR1置数。
①拨动输入开关，形成二进制数01100101（或其他数值）。
（数据显示：
灯亮为0,灭为1）。
②使SWITCHUNIT单元中的开关SW-B=0（打开数据输入三态门）、ALU-B=1（关闭ALU输入三态门）、LDDR1=1、LDDR2=0。
③按动微动开关KK2（产生T4），则将二进制数01100101置入DR1中。
（4）用输入开关向暂存器DR2置数。
①拨动输入开关，形成二进制数10100111（或其他数值）。
②SW-B=0、ALU-B=1保持不变，改变LDDR1、LDDR2，使LDDR1=0、LDDR2=1。
③按动微动开关KK2（产生T4），则将二进制数10100111置入DR2中。
（5）检验DR1和DR2中存的数是否正确。
①关闭数据输入三态门（SW-B=1）,打开ALU输出三态门（ALU-B=0），并使LDDR1=0、LDDR2=0，关闭寄存器。
②置S3、S2、S1、S0、M为1、1、1、1、1，总线显示灯显示DR1中的数。
③置S3、S2、S1、S0、M为1、0、1、0、1，总线显示灯显示DR2中的数。
（6）改变运算器的功能设置，观察运算器的输出。
①SW-B=1、ALU-B=0保持不变。
②按表1.1-2置S3、S2、S1、S0、M、Cn的数值，并观察总线显示灯显示的结果。
例如：
置S3、S2、S1、S0、M、Cn为1、0、0、1、0、1，运算器进行加法运算。
置S3、S2、S1、S0、M、Cn为0、1、1、0、0、0，运算器进行减法运算。
实验结果：
DR1
DR2
S3S2S1S0
M=0算数运算
M=1逻辑运算
CN=1
CN=0
65
A7
0000
01100101
01100110
10011010
0001
11100111
11101000
00011000
0010
01111101
01111110
10000010
0011
00000000
11111111
11111111
0100
10100101
10100110
11011010
0101
00100111
00101000
01011000
0110
10111101
10111110
11000010
0111
00111111
01000000
01000000
1000
10001010
10001011
10111111
1001
00001100
00001101
00111101
1010
10100010
10100011
10100111
1011
00100100
00100101
00100101
1100
11001010
11001011
11111111
1101
01001100
01001101
01111101
1110
11100010
11100011
11100111
1111
01100100
01100101
01100101
实验二进位控制运算实验日志
实验题目：
进位控制实验
实验目的：
（1）了解带进位控制的运算器的组成结构；
（2）验证带进位控制的运算器的功能。
实验原理：
图1.2-1所示为进位锁存及其显示电路。
运算器最高位进位输出C（n+4）连接到一个锁存器（用74LS74实现）的输入端D，锁存器控制端的控制信号AR必须置为低电平，当T4脉冲到来时，进位结果就被锁存到进位锁存器中了，发光二极管这时显示为“灭”。
同时也将本次的进位输出结果带进了下次的运算中，作为下次运算的进位输入。
实验主要步骤：
（1）连接实验电路并检查无误。
（2）打开电源开关。
（3）用输入开关向暂存器DR1和DR2置数，方法同前。
（4）关闭数据输入三态门（SW-B=1），打开ALU输出三态门（ALU-B=0），并使LDDR1=0、LDDR2=0，关闭寄存器打入控制门。
（5）对进位标志清零。
实验板上“SWITCHUNIT”单元中的CLR开关为标志CY、ZI的清零开关，它为零状态时是清零状态，所以将此开关做1→0→1操作，即可使标志位清零。
注意：
进位标志指示灯CY亮时表示进位标志为“0”，无进位；标志指示灯CY灭时表示进位为“1”，有进位。
（6）验证带进位运算及进位锁存功能。
使Cn=1，AR=0，进行带进位算术运算。
实验结果：
93H+ECH的进位运算结果：
10010011+11101100=01111111，CY灯灭，进位1
带进位运算结果为：
01111111+1=10000000。
实验三移位控制运算实验日志
实验题目：
移位控制实验
实验目的：
（1）了解移位发生器74LS299的功能；
（2）验证移位控制电路的组合功能。
。
实验原理：
图1.3-1移位控制电路原理图
表1.3-1移位控制电路功能表
实验主要步骤：
（1）按图1.3-2连接实验电路并检查无误。
（2）打开电源开关。
（3）向移位寄存器置数。
①拨动输入开关,形成二进制数01101011（或其它数值）。
②使SWITCHUNIT单元中的开关SW-B=0，打开数据输入三态门。
③使S0=1、S1=1，并按动微动开关KK2，则将二进制数01101011置入了移位寄存器。
④使SW-B=1，关闭数据输入三态门。
（4）移位运算操作。
①参照表1.3-1中的内容，先将S1、S0置为0、0，检查移位寄存器单元装入的数是否正确，然后通过改变S0、S1、M、299-B的状态，并按动微动开关KK2，观察移位结果。
②根据移位控制电路功能表1.3-1中的内容，分析移位运算的结果是否正确。
图1.3-2移位运算实验接线图
实验结果：
299-B
S1
S0
M
CY
保持
0
0
0
任意
01101011
0
循环右移
0
1
0
0
10110101
0
带进位的循环右移
0
1
0
1
01011010
1
循环左移
0
0
1
0
10110100
0
带进位的循环左移
0
0
1
1
01101001
1
实验四静态随机存储器实验日志
实验题目：
静态随机存储器实验
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。
实验原理：
图2-1存储器实验原理图
实验主要步骤：
（1）形成时钟脉冲信号T3。
（2）按图2-2连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。
图2-2静态随机存储器实验接线图
（3）写存储器。
给存储器的00、01、02、03、04地址单元中分别写入数据11H、12H、13H、14H、15H。
图2-3写存储器流程图
（4）读存储器。
依次读出第00、01、02、03、04号单元中的内容，观察上述各单元中的内容是否与前面写入的一致。
图2-4读存储器流程图
实验结果：
置入地址0000
写入数据01H
置入地址0001
写入数据02H
读数据
置入地址0000
读出数据01H
置入地址0001
读出数据02H
实验五总线基本实验日志
实验题目：
总线基本实验
实验目的：
（1）理解总线的概念及其特性；
（2）掌握总线传输控制特性。
实验要求：
了解实验原理，独立完成实验并给老师检查
实验主要步骤：
（1）按照图3-2实验接线图进行连线。
（2）实验的具体操作步骤如图3-3所示。
初始状态：
首先应关闭所有三态门（SW-B=1,CE=1,R0-B=1（PC-B=1）,LED-B=1（299-B=1），并将关联的信号置为LDAR=0，LDR0=0（LDPC=0），WE=1，W/R（LED）=1（S3=1）。
然后参照如下操作流程：
①输入设备将一个数打入R0寄存器：
先给数据开关置数，打开数据输出三态门（SW-B=0）（数据总线上的数据灯显示相应的数据），拨动LDR0控制信号（即LDPC）做0→1→0动作，产生一个上升沿将数据总线上的数据打入到R0中；
②输入设备将一个存储单元地址打入地址寄存器：
继续给数据开关置数，打开数据输出三态门（SW-B=0）（数据总线上的数据灯显示相应的数据），控制LDAR=1，按动START开关，产生一个T3脉冲将存储单元的地址打入到AR地址寄存器中，地址总线上的地址灯显示相应的数据；
③将R0寄存器中的数写入到当前地址的存储单元中：
关闭数据开关三态门（SW-B＝1），打开RO寄存器输出控制（R0－B＝0即PC－B＝0）（数据总线上的数据灯显示相应的数据），使存储器处于写状态（WE＝1、CE=0），按动START开关，产生一个T3脉冲将R0中的数写到存储器当前地址的存储单元中；
图3-2实验接线图
④将当前地址存储单元中的数用LED数码管显示：
关闭R0寄存器输出（R0－B＝1即PC－B＝1），使存储器处于读状态（WE=0、CE=0），打开LED（LED-B=0即299－B＝0）片选，拨动LED的W/R（即S3）控制信号做1→0→1动作，产生一个下升沿，将数据打入到LED中,七段数码管显示当前地址存储单元中的数。
图3-3实验步骤图
实验结果：
输入数据01100011到R0
输入地址00000000
按动T3将R0存入01的存储中
显示63
实验六微程序控制实验实验日志
实验题目：
微程序控制器实验
实验目的：
（1）掌握时序发生器的组成原理。
（2）掌握微程序控制器的组成原理。
（3）掌握微程序的编制、写入、观察微程序的运行情况
实验原理
微程序控制器的基本任务是完成当前指令的翻译和执行，即将当前指令的功能转换成可以控制硬件逻辑部件工作的微命令序列，以完成数据传输和各种处理操作。
它的执行方法就是将控制各部件动作的微命令的集合进行编码，即将微命令的集合仿照机器指令一样，用数字代码的形式表示，这种表示称为微指令。
这样就可以用一个微指令序列表示一条机器指令，这种微指令序列称为微程序。
微程序存储在一种专用的存储器中，该存储器称为控制存储器。
实验主要步骤：
①编程：
将编程开关置为PROM（编程状态）。
将“STATEUNIT”单元中的STEP开关置为“STEP”，STOP开关置为“RUN”状态。
启动联机软件：
E:
\计算机组成原理\CMP
进入联机调试软件窗口后,点击指令区的微指令,可键入微指令,键入一条微指令后回车,字体会变红,说明该指令已修改。
②校验：
将编程开关READ（校验）状态。
将“STATEUNIT”单元中的STEP开关置为“STEP”，STOP开关置为“RUN”状态。
③单步运行：
将编程开关置于“RUN（运行）”状态。
将“STATEUNIT”单元中的STEP开关置为“STEP”，STOP开关置为“RUN”状态。
使CLR开关从1→0→1,此时微地址寄存器MA5-MA0清“0”，从而给出运行微指令的入口地址为000000（二进制）。
先选运行菜单\通路图。
再选运行菜单\单步微指令（C）
④强置运行：
在当前条件下，可将“MICRO－CONTROLLER”单元的SE1－SE6接至“SWTICH－UNIT”单元中的S3－CN对应的开关上，可通过强置端人为的设置分支地址。
A.首先将SE1－SE6对应的二进制开关置为“1”（向下）。
B.当需要人为设置分支地址时，将某个或几个二进制开关置“0”（向上），相应的微地址即被强置为“1”，从而改变下一条微指令的地址。
（注意：
在强制运行状态下，二进制开关置为“0”，相应的微地址位将被强置为“1”。
开关量和正常情况相反。
）
⑤连续运行：
将编程开关置于“RUN（运行）”状态。
将单步开关“STEP”置为“EXEC”状态。
使CLR开关从1→0→1,此时微地址寄存器清“0”，从而给出运行微指令的入口地址为000000（二进制）。
⑥观察、分析微程序运行情况：
实验结果：
装载程序，打开通路图，单步运行机器指令，观察通路图和数值的变化。
且由于本实验简单设计和接线，所以状态转移需要手动强制。
实际观测结果与预测相同。
实验七基本模型机设计实验实验日志
实验题目：
基本模型机设计
实验目的：
（1）在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统，构造一台基本模型计算机，建立整机概念。
（2）为其定义至少五条机器指令，并编写相应的微程序，通过联机调试，观察计算机执行指令：
从取指令、指令译码、执行指令等过程中数据通路内数据的流动情况，进一步掌握整机概念。
实验要求：
（1）设计的基本模型机要实现：
数据的输入、累加、存数、输出结果、循环的功能。
（2）设计至少五条机器指令：
可参照以下指令
IN（输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件转移），其格式如下，（前4位为操作码）：
助记符机器指令码说明
IN00000000“INPUTDEVICE”中的开关状态→R0
ADDaddr00010000××××××××R0＋[addr]→R0
STAaddr00100000××××××××R0→[addr]
OUTaddr00110000××××××××[addr]→LED
JMPaddr00110000××××××××addr→PC
其中，IN为单字长（8位），其余为双字长指令，××××××××为addr对应的二进制地址码。
（3）设计总体结构（模型机各部件连接图）及数据通路框图。
（4）设计机器指令程序。
（5）设计每条机器指令对应的每一段微程序，微指令代码化。
（6）设计微程序流程图。
（7）根据实验接线图（模型机各部件连接图：
可参考提供资料）搭好模型机电路。
（8）先按功能模块进行组装和分调。
（9）整机调试，在内存中装入一段机器指令，联机调试程序并进行其它的运行方式等功能调试及执行指令的正确性验证，检测实现的功能是否达到设计要求。
5.设计报告：
参见实验要求。
6.：
基本模型机接线图
实验主要步骤：
1.确定设计目标
确定所设计计算机的功能和用途。
2.确定指令系统
确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式。
3.总体结构与数据通路
总体结构设计包含确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构。
在此基础上，就可以拟出各种信息传输路径，以及实现这些传输所需要的微命令。
对于部件设置，比如要确定运算器部件采用什么结构，控制器是微程序控制还是硬联控制等。
综合考虑计算机的速率、性能价格比、可靠性等要求，设计合理的数据通路结构，确定采用何种方案的内总线及外总线。
数据通路不同，执行指令所需要的操作就不同，计算机的结构就不一样。
4.设计指令执行流程
数据通路确定后，就可以设计指令系统中每一条指令的执行流程。
根据指令的复杂程度，确定每条指令所需要的机器周期数。
对于微程序控制的计算机，根据总线结构，需考虑哪些微操作可以安排在同一条微指令中，哪些微操作不能安排在同一条微指令中。
5.确定微程序地址
根据后续微地址的形成方法，确定每个微程序地址及分支转移地址。
6.微指令代码化
根据微指令格式，将微程序流程中的所有微指令代码化，转化成相应的二进制代码，写入到控制存储器中的相应单元中。
7.组装、调试
在整机调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有各功能模块工作正常后，才能保证整机的正常运行。
当所有功能模块都调试正常后，进入总调试。
连接所有模块，用单步微指令方式执行机器指令的微程序流程图，当全部微程序流程图检查完后，若运行结果正确，则在内存中装入一段机器指令，进行其它的运行方式等功能调试及执行指令的正确性验证。
实验结果：
装载程序，打开通路图，单步运行机器指令，观察通路图和数值的变化。
有时候当数据无法进行正确的跳转移时需要手动强制。
实际观测结果与预测相同。
实验八基本模型机设计实验实验日志
实验题目：
复杂模型机设计
实验目的：
综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。
实验要求：
（1）设计的复杂模型机要实现：
加法运算、减法运算、加减混合运算、乘法运算和输出结果、循环的功能。
（2）设计的机器指令程序可参考以下实例：
程序助记符
$P0044IN01,R0
$P0146IN01,R2
$P0298ADCR2,R0
$P0381MOVR0,R1
$P04F5RLCR1,R1
$P050CBZC00,00
$P0600
（3）设计总体结构（模型机各部件连接图）及数据通路框图。
（4）设计机器指令程序（减法运算、加减混合运算、乘法运算）。
（5）设计每条机器指令对应的每一段微程序。
（6）根据机器指令系统要求，设计微程序流程图及确定微地址。
（7）参照微指令流程图，将每条微指令代码化，译成二进制代码表，并将二进制代码表转换成联机操作时的十六进制格式文件。
（8）根据实验接线图（模型机各部件连接图：
可参考提供资料）搭好模型机电路。
（9）先按功能模块进行组装和分调。
（10）整机调试，在内存中装入一段机器指令，联机调试程序并进行其它的运行方式等功能调试及执行指令的正确性验证，检测实现的功能是否达到设计要求。
实验主要步骤：
1.如上图，联接器件
2.打开TangDuCMP
3.测试连线情况，并修正
4.连线通过后装载EXE3文件
5.打开通路图，开始单步运行观察实验结果。
实验结果：
电路连接图：
总的效果图：
运行结果图：
装载程序，打开通路图，单步运行机器指令，观察通路图和数值的变化。
有时候当数据无法进行正确的跳转移时需要手动强制。
实际观测结果与预测相同。
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