计算机组成原理第二次实验报告.docx

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计算机组成原理第二次实验报告

机器号___________________

实验报告

专业班级:

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机器号:

学号:

E-mail:

指导教师：

总成绩：

分步成绩：

出勤：

实验表现

实验报告：

实验三运算器及移位实验

一、实验目的

1、了解运算器模块如何连接以及数据通路；

2、通过实际设置控制信号、给出ALU的输入端数据、观察运算结果，领会课堂教学中关于ALU的功能特性；

3、认识一种较新的设计实现ALU功能的方法——用CPLD实现运算器。

4、掌握作为运算器核心器件的ALU，其输出连入数据总线前常见处理方法——COP2000实验仪中使用了三种输出结果数据的方法——直通输出D、左移输出L、右移输出R。

二、实验原理

COP2000模型机中的8位ALU由一片CPLD（XC9572）实现。

有8种运算类型：

加、减、与、或、进位加、进位减、A取反、A输出运算，通过控制信号S2、S1、S0来选择。

运算数据由累加器A及寄存器W给出，运算结果输出到D，L，R。

具体结构如下图。

ALU原理图

移位器由3个8位寄存器组成，能实现直通、左移、右移。

直通门D将运算器的结果不移位送总线，右移门R将运算器的结果右移一位送总线，左移门L将运算器的结果左移一位送总线。

用控制信号CN决定运算器是否带进位移位。

三、实验内容

1、运算器实验

按照下表连线

连接

信号孔

接入

连接

信号孔

接入

J1座

J3座

AEN

WEN

CyIN

ALUCK

CLOCK

注：

CyIN为运算器进位输入。

（1）将运算数据输入A、W中

将XXH写入A寄存器：

拨设置开关K23—K16，使其为A寄存器要输入的数据：

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

置控制信号，使DBUS数据送入A寄存器中：

K5（CyIN）

K4（WEN）

K3（AEN）

K2（S2）

K1（S1）

K0（S0）

按住CLOCK脉冲键，CLOCK由高变低，这时寄存器A的黄色指示灯亮，表示选择寄存器A。

放开CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据XXH被写入寄存器A。

将XXH写入W寄存器

拨设置开关K23—K16，使其为A寄存器要输入的数据：

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

置控制信号，使DBUS数据送入W寄存器中：

K5（CyIN）

K4（WEN）

K3（KAEN）

K2（S2）

K1（S1）

K0（S0）

按住CLOCK脉冲键，CLOCK由高变低，这时寄存器W的黄色指示灯亮，表示选择寄存器W。

放开CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据XXH被写入寄存器W。

（2）置控制信号，填写运算结果。

K5（CyIN）

K2（S2）

K1（S1）

K0（S0）

结果（直通门D）

注释

加运算

减运算

或运算

与运算

带进位加运算

带进位减运算

取反运算

输出A

2、移位实验

按照下表连线

连接

信号孔

接入

J1座谈

J3座

AEN

CyIN

ALUCK

CLOCK

注：

CyIN为移位进位输入。

（1）将数据写入A寄存器

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

置控制信号为：

K0（AEN）

K3（S2）

K4（S1）

K5（S0）

注：

S21S1S0=111时，运算器输出为寄存器A的内容。

（2）将A中数据进行三种方式操作，并写出结果

CyIN

实验四存储器实验

一、实验目的

1、掌握静态随机存储器的工作原理；

2、通过对6116SRAM芯片的实验体会存储芯片读写信号的作用；

3、了解COP2000实验仪中内存模块地址的两个来源，学会给出地址并按地址向相应的EM单元中写入数据的方法；

4、掌握由EM读出数据打入指令寄存器IR和uPC的方法；

二、实验原理

EM原理图

内存中存放指令和数据，当内存存放指令时，将指令送指令总线；当内存存放数据时，将数据送数据总线。

存储器实验电路由一片RAM6116和二片74HC245组成。

6116是2K*8bit的SRAM，A0—A10是存储器的地址线，本实验电路中，只使用8条地址线A0—A7，而A8—A10接地。

D0—D7是存储器的数据线。

E是存储器的片选信号，当E为低电平时，存储器被选中，可以进行读写操作；当E为高电平时，存储器未被选中；本实验中E始终接地。

W为写命令，W为低电平时，是写操作；G为读命令，G为低电平时，是读操作。

RAM的数据输出通过74HC245与数据总线相连，RAM的地址线与地址总线相连，可选择由PC或MAR提供地址。

RAM的数据输出直接接到指令总线IBUS上。

指令总线的数据还可以由1片74HC245提供，当ICOE=0时，74HC245输出中断指令B8。

三、实验内容

按下表连接线

连接

信号孔

接入孔

连接

信号孔

接入孔

EMRD

IREN

EMWR

PCOE

PCCK

CLOCK

MAROE

MARCK

CLOCK

MAREN

EMCK

CLOCK

EMEN

IRCK

CLOCK

1、置PC/MAR输出地址选择的控制信号

K5（PCOE）

K4（MAROE）

地址总线

红色地址输出指示灯

PC输出地址

PC地址输出指示灯亮

MAR输出地址

MAR地址输出指示灯亮

地址总线浮空

错误，PC及MAR同时输出

2、存储器EM写实验（以下存储器实验均由MAR提供地址）

（1）将地址0写入MAR：

将二进制开关K23—K16置为00000000，即DBUS[7：

0]的数据输入为00H

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

设置控制信号：

（IREN）

（PCOE）

（MAROE）

（MAREN）

（EMEN）

（EMRD）

（EMWR）

按CLOCK键，将地址0写入MAR

向EM[0]中写入一个数据

置数据

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

置控制信号：

（IREN）

（PCOE）

（MAROE）

（MAREN）

（EMEN）

（EMRD）

（EMWR）

按CLOCK键，将数据XXH写入EM[0]

（2）将地址1写入MAR：

将二进制开关K23—K16置为00000001，即DBUS[7：

0]的数据输入为01H

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

设置控制信号：

（IREN）

（PCOE）

（MAROE）

（MAREN）

（EMEN）

（EMRD）

（EMWR）

按CLOCK键，将地址1写入MAR

向EM[1]中写入一个数据

置数据

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

置控制信号：

（IREN）

（PCOE）

（MAROE）

（MAREN）

（EMEN）

（EMRD）

（EMWR）

按CLOCK键，将数据XXH写入EM[0]

可以重复若干次，向多个EM单元写入多个不同的数据。

3、存储器EM读实验

（1）将地址0写入MAR：

将二进制开关K23—K16置为00000000，即DBUS[7：

0]的数据输入为00H

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

置控制信号：

（IREN）

（PCOE）

（MAROE）

（MAREN）

（EMEN）

（EMRD）

（EMWR）

按CLOCK键，将地址0写入MAR

读EM[0]：

置控制信号为：

（IREN）

（PCOE）

（MAROE）

（MAREN）

（EMEN）

（EMRD）

（EMWR）

EM[0]读出值是___02___

（2）将地址1写入MAR：

将二进制开关K23—K16置为00000001，即DBUS[7：

0]的数据输入为01H

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

置控制信号：

（IREN）

（PCOE）

（MAROE）

（MAREN）

（EMEN）

（EMRD）

（EMWR）

按CLOCK键，将地址1写入MAR

读EM[1]：

置控制信号为：

（IREN）

（PCOE）

（MAROE）

（MAREN）

（EMEN）

（EMRD）

（EMWR）

EM[1]读出值是___04___

可以重复若干次，读出多个单元中的数据。

4、存储器打入IR/uPC实验

COP2000中直接用EM中读出的内容作为uM地址，故需具备EM内容打入uPC的功能。

（1）将地址0写入MAR

将二进制开关K23—K16置为00000000，即DBUS[7：

0]的数据输入为00H

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

置控制信号：

（IREN）

（PCOE）

（MAROE）

（MAREN）

（EMEN）

（EMRD）

（EMWR）

按CLOCK键，将地址0写入MAR

（2）读EM[0]，并写入IR及uPC

置控制信号：

（IREN）

（PCOE）

（MAROE）

（MAREN）

（EMEN）

（EMRD）

（EMWR）

EM[0]读出值是___02___

按CLOCK键，将EM[0]写入IR及uPC，IR=___02_____，uPC=____00____

四、思考题

运算器

1、运算器在加上控制信号及数据（A、W）后，运算结果是否需CLOCK跳变才能给出？

答：

不需要，结果会直接给出。

2、S2、S1、S0控制信号的作用。

答：

通过控制信号S2、S1、S0来选择ALU的运算类型。

具体运算选择如下：

S2 S1 S0 功能

0 0 0 A+W 加

0 0 1 A—W 减

0 1 0 A|W 或

0 1 1 A&W 与

1 0 0 A+W+C 进位加

1 0 1 A—W+C 进位减

1 1 0 ~A 取反

1 1 1 A 输出

3、在移位实验中，CN是什么控制信号？

答：

CN是判断移位是否带进位的信号，CN=0表示不带进位，CN=1表示带进位。

4、移位与输出门是否打开无关，无论运算器结果如何，移位门都会给出移位结果。

但究竟把哪一个结果送数据总线由哪些控制信号决定?

答：

由DOE，LOE，ROE控制信号决定。

5、直通门D、左移门L和右移门R的输出结果是否总是同时给出？

为什么？

答：

输出结果是同时给出的，都是由CLOCK上升沿控制。

存储器

1、详细了解EM原理图，说明6116的三个控制端的连接方法的含义；写使能与读使能的区别。

答：

（1）E是存储器的片选信号，当E为低电平时，存储器被选中，可以进行读写操作；当E为高电平时，存储器未被选中；本实验中E始终接地，所以该存储器一直被选中，可以使用。

G为读命令，G为低电平时，是读操作，EMRD信号作为G的输入，因此当EMRD为低电平时，存储器进行读操作。

W为写命令，W为低电平时，是写操作。

EMWR和CK经或门后的输出作为W的输入，因此只有当EMWR为低电平，并且时钟脉冲到来时，在时钟脉冲的下降沿，W为低电平，将数据写入存储器。

（2）写使能有效时是将数据写入到存储器中，而读使能有效时是将数据从存储器送出到数据总线上。

2、观察EM地址的来源，EM的地址什么时候由PC提供，什么时候由MAR提供；

答：

控制信号不同会导致EM地址来源不同：

PCOE为0，MAROE为1时，EM的地址由PC提供；PCOE为1，MAROE为0时，EM的地址由MAR提供。

3、存储器进行读操作时，如果将EMRD置为1，能读出原来的写入数据吗？

读EM单元内容需要CLK跳变吗？

答：

如果将EMRD置为1，不能读出原来的写入数据，因为读使能为低电平有效。

读EM单元内容不需要CLK跳变，因为EM的G端的信号是直接由EMRD提供的。

4、同时打入IR和uPC的数据可能变成两个不同的数（例：

55H—55H，54H），为什么？

答：

因为指令总线IBUS[7：

0]的高六位被接到µPC预置输入的高六位，µPC预置的低两位直接接地，被置为0，所以打入µPC的数的低两位是默认为0的，因此会出现同时打入IR和µPC的数据变成两个不同的数，此时数据的真实值是IR显示的数值。

5、列表总结存储器实验用到控制信号及作用。

控制信号

作用

有效电平

EMWR

存储器写允许

低有效

EMRD

存储器读允许

低有效

EMEN

存储器与数据总线相连

低有效

POCE

PC输出地址到存储器

低有效

MAREN

MAR写允许

低有效

MAROE

MAR输出地址到存储器

低有效

IREN

IR、µPC写允许

低有效

五、实验体会及建议

实验遇到的问题及解决办法；

在做存储器的读写实验时遇到了问题，在对存储器进行写操作后，再对写入数据进行读取，发现读出的数据与写入的不一样，在进行多次尝试并且请教同学后，仍然没有解决这个问题，之后做将存储器的数据打入IR和µPC实验，结果发现打入的数据和存储的数据相同，然而存储器数码管上显示的数据仍然是不同的。

最后我们一致得出结论，是那个存储器的数码管坏了，没有显示正确的数值。

实验内容是否合适：

（内容多，适中，内容少）；

适中，时间比较充裕，在做完实验后可以进行充分的思考，来消化吸收知识。

对本次实验的建议，以及以后实验内容安排的建议等。

希望可以老师们可以对实验仪器进行检查，避免因为仪器问题做不出实验结果。

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