计算机组成原理实验报告说明.docx
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计算机组成原理实验报告说明
实验一运算器组成实验
一、实验目的
1、掌握运算器的组成及工作原理；
2、了解4位函数运算器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术和逻辑操作的具体实现过程；
3、验证带进位控制的运算器功能。
二、实验设备
1、EL-JY系列计算机组成及系统结构实验系统一套
2、排线若干。
三、工作原理：
算术逻辑单元ALU是运算器的核心。
集成电路74LS181是4位运算器，四片74LS181以并／串形式构成16位运算器。
它可以对两个16位二进制数进行多种算术或逻辑运算，74LS181有高电平和低电平两种工作方式，高电平方式采用原码输入输出，低电平方式采用反码输入输出，这里采用高电平方式。
三态门74LS244作为输出缓冲器由ALU-G信号控制，ALU-G为“0”时，三态门开通，此时其输出等于其输入；ALU-G为“1”时，三态门关闭，此时其输出呈高阻。
四片74LS273作为两个16数据暂存器，其控制信号分别为LDR1和LDR2，当LDR1和LDR2为高电平有效时，在T4脉冲的前沿，总线上的数据被送入暂存器保存。
四、实验内容：
验证74LS181运算器的逻辑运算功能和算术运算功能。
五、实验步骤
1、按照实验指导说明书连接硬件系统；
2、启动实验软件，打开实验课题菜单，选中实验课题打开实验课题参数对话窗口：
1）、在数据总线上输入有效数据，按"Ldr1"，数据送入暂存器1；
2）、在数据总线上输入有效数据，按"Ldr2"，数据送入暂存器2；
3）、在S3...Ar上输入有效数据组合，按"ALU功能选择端"，运算器按规定进行运算，运算结果送入数据缓冲器；
4）、按"ALU_G"，运算结果送入数据总线。
5）、执行完后，按"回放"，可对已执行的过程回看。
6）、回放结束后，按"继续"（继续按钮在点击回放后出现），进行下次数据输入。
六、实验结果
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）
1234H
5678H
0000
F=1234H
F=1235H
F=EDCBH
0001
F=567CH
F=567DH
F=A983H
0010
F=BBB7H
F=BBB8H
F=4448H
0011
F=FFFFH
F=0000H
F=0000H
0100
F=1238H
F=1239H
F=EDCFH
0101
F=5680H
F=5681H
F=A987H
0110
F=BBBBH
F=BBBCH
F=444CH
0111
F=0003H
F=0004H
F=0004H
1000
F=2464H
F=2465H
F=FFFBH
1001
F=68ACH
F=68ADH
F=BBB3H
1010
F=CDE7H
F=CDE8H
F=5678H
1011
F=122FH
F=1230H
F=1230H
1100
F=2468H
F=2469H
F=FFFFH
1101
F=68B0H
F=68B1H
F=BBB7H
1110
F=CDEBH
F=CDECH
F=567CH
1111
F=1233H
F=1234H
F=1234H
八、收获与体会
实验二移位运算试验
一、实验目的：
1、掌握移位寄存器的功能及工作原理。
二、实验设备：
1、EL-JY系列计算机组成及系统结构实验系统一套
2、排线若干。
三、工作原理：
功能由S1、S0、M控制，具体功能见表2-2：
G-299
S1
S0
M
T4
功能
0
0
0
×
↑
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
1
1
1
×
↑
置数（进位保持）
0
1
1
0
↑
置数（进位清零）
0
1
1
1
↑
置数（进位置1）
表2-2
四、实验内容：
输入数据，利用移位寄存器进行移位操作。
五、实验步骤：
1、按照实验指导说明书连接硬件系统；
2、启动实验软件，打开实验课题菜单，选中实验课题打开实验课题参数对话窗口：
1）、在数据总线上输入有效数据；
2）、在S1S0M299上输入有效数据组合，按"置数"，移位寄存器按规定进行置数，“初始值”框显示置数的值。
3）、在S1S0M299上输入有效数据组合，按"移位"，移位寄存器按规定进行移位，“上一次移位值”框显示每一次移位前的值；“移位结果”框显示每次移位后的值。
移位结果送入总线和进位标识。
4）、执行完后，按"回放"，可对已执行的过程回看。
5）、回放结束后，按"继续"（继续按钮在点击回放后出现），进行下次数据输入。
六、收获与体会
实验三存储器读写
一、实验目的：
1、掌握半导体静态随机存储器RAM的特性和使用方法。
二、实验设备：
1、EL-JY系列计算机组成及系统结构实验系统一套
2、排线若干。
三、工作原理：
实验中的静态存储器由2片6116（2K×8）构成，其数据线D0~D15接到数据总线，地址线A0~A7由地址锁存器74LS273（集成于EP1K10内）给出。
黄色地址显示灯A7-A0与地址总线相连，显示地址总线的内容。
绿色数据显示灯与数据总线相连，显示数据总线的内容。
因地址寄存器为8位，接入6116的地址A7-A0，而高三位A8-A10接地，所以其实际容量为28＝256字节。
6116有三个控制线，/CE（片选）、/R（读）、/W（写）。
其写时间与T3脉冲宽度一致。
当LARI为高时，T3的上升沿将数据总线的低八位打入地址寄存器。
当WEI为高时，T3的上升沿使6116进入写状态。
四、实验内容：
学习静态RAM的存储方式，往RAM的任意地址里存放数据，然后读出并检查结果是否正确。
五、实验步骤：
1、按照实验指导说明书连接硬件系统；
2、启动实验软件，打开实验课题菜单，选中实验课题打开实验课题参数对话窗口：
写存储器：
1）、在数据总线上输入有效数据，按"LAR"，数据低八位送入地址总线，选中给定的存储单元；
2）、在数据总线上输入有效数据，置"We"为写状态（WE=0），并按"READ/WRITE"，数据送入存储部件,存储部件框显示当前写入的值。
此处Ce0为系统RAM的片选，Ce1为扩展RAM的片选。
在本实验中，Ce0Ce1恒为“01”表示只有系统RAM有效。
读存储器：
1）、在数据总线上输入有效数据，按"LAR"，数据低八位送入地址总线，选中给定的存储单元；
2）、置"WeCe"为读状态（WE=1），并按"READ/WRITE"，存储部件将数据送入数据总线，并在存储部件框显示当前读出的值。
在本实验中，Ce0Ce1恒为“01”表示只有系统RAM有效。
回放：
1）、执行完后，按"回放"，可对已执行的过程回看。
2）、回放结束后，按"继续"（继续按钮在点击回放后出现），进行下次数据输入。
六、收获与体会
实验四微程序控制器原理试验
一、实验目的：
1、掌握微程序控制器的组成及工作过程；
2、通过若干条微指令的读写实验，理解微程序控制器的工作原理。
二、实验设备：
1、EL-JY系列计算机组成及系统结构实验系统一套
2、连接线若干。
三、实验原理
1、写入微指令
在写入状态下，K2须为高电平状态，K3须接至脉冲/T1端，否则无法写入。
MS1—MS24为24位写入微代码，uA5—uA0为写入微地址。
K1须接低电平使74LS374有效，在脉冲T1时刻，uAJ1的数据被锁存形成微地址，同时写脉冲将24位微代码写入当前微地址中。
2、读出微指令
在写入状态下，图4-1（a）中K2须为低电平状态，K3须接至高电平，K1须接低电平使74LS374有效，在脉冲T1时刻，uAJ1的数据被锁存形成微地址uA5—uA0，同时将当前微地址的24位微代码由MS1—MS24输出。
四、实验内容：
往EEPROM里任意写24位微代码，并读出验证其正确性。
五、实验步骤：
1、按照实验指导说明书连接硬件系统；
2、启动实验软件，打开实验课题菜单，选中实验课题打开实验课题参数对话窗口：
微代码写入
1）、在6位微地址输入和24位微代码写入上输入有效数据（B表示二进制，H表示十六进制）；
2）、置"K4...K1"为写状态（K4K3K2K1=0010），并将实验箱上的这4个开关拨至相应的状态（ON为1，OFF为0），然后按"CONTROL"，微代码送入微程序控制存储器，并显示当前读入的数据。
微代码读出
1）、在6位微地址输入上输入有效二进制数据；
2）、置"K4...K1"为读状态（K4K3K2K1=0100），并将实验箱上的这4个开关拨至相应的状态（ON为1，OFF为0），然后按"CONTROL"，读出的微代码以十六进制格式显示在“微代码读出”数据框中。
回放
1）、执行完后，按"回放"，可对已执行的过程回看。
2）、回放结束后，按"继续"（继续按钮在点击回放后出现），进行下次数据输入。
六、收获与体会
实验五微程序设计试验
一、实验目的：
1、掌握微程序控制器的组成及工作过程；
2、通过用单步方式执行若干条微指令的实验，理解微程序控制器的工作原理。
二、实验设备：
1、EL-JY系列计算机组成及系统结构实验系统一套
2、连接线若干。
三、实验原理
1、写入微指令
原理同实验4同
2、读出微指令
原理同实验4同
3、运行微指令
在运行状态下，K2接低电平，K3接高电平，K1接高电平。
使控制存储器2816处于读出状态，74LS374无效因而微地址由微程序内部产生。
在脉冲T1时刻，当前地址的微代码由MS1—MS24输出；T2时刻将MS24—MS7打入18位寄存器中，然后译码输出各种控制信号；在同一时刻MS6—MS1被锁存，然后在T3时刻，由指令译码器输出的SA5—SA0将其中某几个触发器的输出端强制置位，从而形成新的微地址uA5—uA0，这就是将要运行的下一条微代码的地址。
当下一个脉冲T1来到时，又重新进行上述操作。
四、实验内容：
编写几条可以连续运行的微代码，熟悉本实验系统的微代码设计方式。
表5－2为几条简单的可以连续运行的二进制微代码表。
微地址（二进制）
微代码（十六进制）
015FC4
012FC8
018E09
005B50
005B55
06F3D8
FF73D9
017E00
五、实验步骤：
1、按照实验指导说明书连接硬件系统；
2、启动实验软件，打开实验课题菜单，选中实验课题打开实验课题参数对话窗口：
微代码写入
1）、在6位微地址输入和24位微代码写入上输入有效数据（B表示二进制，H表示十六进制）；
2）、置"K3...K0"为写状态（K4K3K2K1=0010），并将实验箱上的这4个开关拨至相应的状态（ON为1，OFF为0），然后按"CONTROL"，微代码送入微程序控制存储器。
微代码读出
1）、在6位微地址输入上输入有效二进制数据；
2）、置"K3...K0"为读状态（K4K3K2K1=0100），并将实验箱上的这4个开关拨至相应的状态（ON为1，OFF为0），然后按"CONTROL"，读出的微代码以十六进制格式显示在“微代码读出”数据框中。
微代码单步执行
1）、在“下一个微地址”栏上输入“”；
2）、置"K3...K0"为运行状态（K4K3K2K1=0101），并将实验箱上的这4个开关拨至相应的状态（ON为1，OFF为0），拨动实验箱上的开关“CLR”对微地址清0。
然后每按一次"CONTROL"，执行一条微代码，同时显示出已执行的微代码、微地址以及下一条微代码的地址。
回放
1）、执行完后，按"回放"，可对已执行的过程回看。
2）、回放结束后，按"继续"（继续按钮在点击回放后出现），进行下次数据输入。
六、收获与体会
实验六总线控制实验
一、实验目的：
1、了解总线的概念及其特性。
2、掌握总线的传输控制特性。
二、实验设备：
EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。
三、实验说明
1、总线的基本概念
总线是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路，是构成计算机系统的骨架。
借助总线连接，计算机在系统各部件之间实现传送地址、数据和控制信息的操作。
因此，所谓总线就是指能为多个功能部件服务的一组公用信息线。
2、实验原理说明
在本实验中，挂接在数据总线上的有输入设备、输出设备、存储器和加法器。
为了使它们的输出互不干扰，就需要这些设备都有三态输出控制，且任意两个输出控制信号不能同时有效。
四、实验连线
按实验内容进行连线
五、实验步骤
1、按照上图所示将所有连线接好。
2、总线初始化。
关闭所有三态门置控制开关ALU_G=1（加法器控制信号），CA1=1（显示输出），CA2=1（数据输入），CE=1（存储器片选）。
其它控制信号为LOAD=0，AR=0，LPC=0，C=1，WE=1，A=1，B=1。
3、将D15—D0拨至“10100”，置CA2=0，LOAD=1，然后置LOAD=0，将“1234H”打入LT1寄存器。
4、将D15—D0拨至“11000”，置AR=1，然后置AR=0，将“5678H”打入LT2寄存器。
5、将S3S2S1S0MCN拨至“”，计算两数之和。
6、将D7—D0拨至“”，置LPC=1，然后置LPC=0，将“01H”打入地址寄存器。
7、置CA2=1，ALU-G=0，WE=0，CE=0，将上述计算结果写入当前地址的存储器中。
然后置CE=1，WE=1。
8、置ALU-G=1，CE=0，CA1=0，C=0，将当前地址的存储器中的数输出至数码管，然后置C=1，CE=1，CA1=1。
六、实验结果
照以上8步操作完成后，输出显示电路LED上显示“68AC”。
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