计算机组成原理实验.docx

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计算机组成原理实验

成绩:

计算机原理实验室实验报告

课程：

　　计算机组成原理　

姓　名：

　　姜香玉

专　业：

　 　网络工程　

学　号：

132055２15　　　　

日期：

　　２０15年1２月　　

太原工业学院

计算机工程系

实验一：

运算器实验

实验环境

PC机＋Wiｎ2003+emu8086+prｏteus仿真器

实验日期

2015年、10

一.实验内容

1.熟悉ｐｒoteus仿真系统

2.设计并验证4位算数逻辑单元得功能

3.实现输入输出锁存

4.实现8位算数逻辑单元

2．理论分析或算法分析

实验原理：

算术逻辑运算单元得核心就是由74LＳ181构成，它可以进行二进制数得算术逻辑运算，７４ＬS1８1得各种工作方式可通过设置其控制信号来实现。

当正确设置74ＬS1８1得各个控制信号,74LＳ181会运算数据锁存器内得数据。

由于数据锁存器已经把数据锁存，只要74ＬS1８１得控制信号不变，那么74LS１８1得输出数据也不会发生改变。

输出缓冲器采用74LS245,当控制信号为低电平时,74ＬＳ24５导通，把７4LＳ１81　得运算结果输出到数据总线，高电平时，７4LS245　得输出为高阻.

实验中所用得运算器数据通路如图所示.

其中运算器由两片７4LS１81以并/串形式构成８位字长得ALＵ.

运算器得输出经过一个三态门（７４ＬS245）以8芯扁平线方式与数据总线相连，运算器得２个数据输入端分别由二个锁存器（74LS2７3）锁存，锁存器得输入亦以８芯扁平线方式与数据总线相连,数据开关（ＩＮPＵTDEVICＥ）用来给出参与运算得数据，经一三态门（７4ＬS2４5）以8芯扁平线方式与数据总线相连，数据显示灯（BUSUNIT）已与数据总线相连，用来显示数据总线内容.

三.实现方法（含实现思路、程序流程图、实验电路图与源程序列表等）

实现电路图：

1、设计并验证4位算数逻辑单元得功能

2.实现8位算数逻辑单元

四．实验结果分析（含执行结果验证、输出显示信息、图形、调试过程中所遇得问题及处理方法等）

（一）验证了基本要求,实现了设计并验证4位算数逻辑单元、实现输入输出锁存、实现8位算数逻辑单元得功能、

运行结果:

图一

图二:

（2）思考问题:

单总线，双总线与三总线结构在设计上得异同

答：

单总线结构:

对这种结构得运算器来说，在同一时间内,只能有一个操作数放在单总线上。

为了把两个操作数输入到AＬＵ，需要分两次来做，而且还需要A,B两个缓冲寄存器。

这种结构得主要缺点就是操作速度较慢。

虽然在这种结构中输入数据与操作结果需要三次串行得选通操作,但它并不会对每种指令都增加很多执行时间。

只有在对全都就是CＰU寄存器中得两个操作数进行操作时,单总线结构得运算器才会造成一定得时间损失。

但就是由于它只控制一条总线,故控制电路比较简单。

双总线结构：

在这种结构中,两个操作数同时加到ＡＬU进行运算,只需一次操作控制，而且马上就可以得到运算结果。

两条总线各自把其数据送至ＡLＵ得输入端因而

必须在ALU输出端设置缓冲寄存器。

为此,操作得控制要分两步完成:

（1）在ＡLU得两个输入端输入操作数，形成结果并送入缓冲寄存器；（２）把结果送入目得寄存器.

三总线结构:

在三总线结构中，ALU得两个输入端分别由两条总线供给,而ALＵ得输出则与第三条总线相连.这样,算术逻辑操作就可以在一步得控制之内完成。

另外，设置了一个总线旁路器。

如果一个操作数不需要修改，而直接从总线２传送到总线３,那么可以通过控制总线旁路器把数据传出；如需要修改，那么就借助于AＬU.

五.结论

完成了本次实验要求得设计并验证4位算数逻辑单元、实现输入输出锁存、实现8位算数逻辑单元得实验内容。

学会了如何使用proteus仿真系统，掌握了运算器工作原理,熟悉了算术运算得运算过程以及控制这种运算得方法。

实验二:

寄存器实验

实验环境

PC机+Win２003+ｅmｕ８０86＋ｐrｏteus仿真器

实验日期

20１5、10

一.实验内容

1.理解CPU运算器中寄存器得作用

2.设计并验证寄存器组（至少四个寄存器）

3.实现更多得寄存器（至少8个）

2．理论分析或算法分析

单元电路:

实验中所用得寄存器数据通路如图所示.由74LS373组成寄存器组成。

寄存器得输入接口用一８芯扁平线连至ＢUＳ总线接口，而寄存器得输出接口用一８芯扁平线连至ＢUS总线接口.经CBＡ二进制控制开关译码产生数据输出选通信号，LDＲ0、LDR1、LＤＲ2为数据写入允许信号，由二进制控制开关模拟，均为高电平有效。

三.实现方法（含实现思路、程序流程图、实验电路图与源程序列表等）

实验电路:

1.设计并验证寄存器组

2.扩展成四组（由于空间有限,只能实现两组）

四.实验结果分析（含执行结果验证、输出显示信息、图形、调试过程中所遇得问题及处理方法等）

（一）验证了基本要求，实现了设计并验证寄存器组（至少四个寄存器）、实现更多得寄存器（至少8个）得功能、

运行结果：

图一

（二）思考问题：

随着寄存器得增多,电路设计得复杂度就是什么比例增大

答:

在电路设计中，随着寄存器得增多，电路设计得复杂程度就是成倍增大得。

五。

结论

完成了本次实验要求得设计并验证寄存器组（至少四个寄存器）、实现更多得寄存器（至少8个）得功能得实验内容。

学会了如何扩展多组寄存器以及寄存器得工作原理、明白了ＣＰＵ运算器中计算器得作用:

（1）可将寄存器内得数据执行算术及逻辑运算。

（2）存于寄存器内得地址可用来指向内存得某个位置，即寻址。

（3）可以用来读写数据到电脑得周边设备。

实验三：

输入输出实验

实验环境

ISIS仿真软件

实验日期

２０15、11

实现方法：

实验（１）

实验

（2）

实验结果分析

实验四:

微程序控制器实验

实验环境

PC机+Wｉｎ7＋pｒoteuｓ仿真器

实验日期

20１5、12

一。

实验内容

基本要求：

1.掌握微程序控制器工作原理

2设计并实现指令得微程序片段

二.理论分析或算法分析

程序查询方式就是最简单、经济得I／Ｏ方式,通常接口中至少有两个寄存器，一个就是数据缓冲寄存器,即数据端口,用来存放与方式,通常接口中至少有两个寄存器,一个就是数据缓冲寄存器，即数据端口，用来存放与CPＵ进行传送得数据信息;另一个就是供进行传送得数据信息；另一个就是供CPU查询得设备状态寄存器，这个寄存器由多个标志位组成,其中最重要得就是“外设准备就绪"标志（输入或输出设备得准备就绪标志可以不就是同一位）。

当要得就是“外设准备就绪"标志（输入或输出设备得准备就绪标志可以不就是同一位）。

当CPU得到这位标志后就进行判断，以决定下一步就是继续循环等待还就是进行得到这位标志后就进行判断,以决定下一步就是继续循环等待还就是进行I/O传送.

三.实现方法（含实现思路、程序流程图、实验电路图与源程序列表等）

实验电路图

将数据送入锁存器:

CPU从锁存器中读取数据：

准备读取下一个数据：

4．实验结果分析（含执行结果验证、输出显示信息、图形、调试过程中所遇得问题及处理方法等）

过程分析：

　在输入设备准备好数据时，发出一个选通信号ＫＥY—BUＳ,将数据通过总线接收器74LS245送入总线，然后通过总线把数据传送到锁存器7４LＳ3７３（图中得U２），同时将D触发器U3:

B得Q输出端置为1（即灯ＲEAD_NEＸＴ亮），表示接口中已经有数据（即准备就绪）。

ＣPU要从外设输入数据时,先执行输入指令读取状态字,如RＥＡD_NEXT＝１，再执行输入指令从锁存器中读取数据，同时把DＥ_C2D置为1,表示可以准备从外设接收下一个数据；如果RＥAＤ＿NEXT=0；则踏步等待，直至ＲＥAD_ＮEXＴ＝1为止。

五．结论

　通过本次实验,我掌握了程序查询得基本思想以及工作流程。

通过仿真电路，虽然实验中遇到问题,但在老师与同学得帮助下，最终还就是实现了程序查询方式得输入接口与输出接口得工作流程仿真，完成了本次实验。

ﻬ实验五:

微程序设计实验

实验环境

PC机＋Win　２003＋ｐrｏteus仿真器

实验日期

2０15、1２

一．实验内容

1.了解微程序执行过程

2.设计并实现指令得微程序执行过程

3.分析取指过程与微地址得关系

二、理论分析或算法分析

1、微程序得设计

理论分析或算法分析

⑴微地址显示灯显示得就是后续微地址，而２6位显示灯显示得就是当前微单元得二进制控制位.ﻫ⑵微控制代码输出锁存器273（0-２）、175及后续微地址输出锁存器M7~M２（7４LS74）.

⑶CK0、CK1、CK２、CK3为微控制器微代码锁存输出控制位。

⑷Ｔ2为后续微地址输出锁存控制位,在模型机运行状态有效。

ﻫ⑸微控制程序存贮器（6１１６）片选端CＳ０、CS1、CS2、ＣS3受控于管理CPＵ（89C5２）。

⑹　微控制程序存贮器（611６）读、写端ＯＥ、WE均受控于管理CPU（89C52）.ﻫ⑺SE5~SＥ０就是指令译码得输入端,通过译码器确定相应机器指令得微代码入口地址.ﻫ⑻4片２45在ＣＰU管理下产生装载微代码程序所需得四路8位数据总线及低5位地址线。

ﻫ⑼管理CＰU（８9Ｃ5２）及大规模可编程逻辑器件ＭAＣＨ12８N就是系统得指挥与控制中心。

这种方式得特点就是微程序控制部件中得微地址中得微地址产生线路主要就是微地址计数器MPC，MＰC得初值由微程序首址形成线路根据指令操作码编码形成,在微程序执行过程中该计数器增量计数，产生下一条微指令地址.这使得微指令格式中可以不设置“下地址场”，缩短了微指令长度,也使微程序控制部件结构较简单。

但微程序必须存放在控存若干连续单元中.

2）断定方式微程序控制部件示意图

微指令中设有“下地址场”，她指出下条微指令得地址,这使一条指令得微程序中得微指令在控存中不一定要连续存放。

在微程序执行过程中.微程序控制部件中得微地址形成电路直接接受微指令下地址场信息来产生下条微指令地址，微程序得首址也由此微地址形成线路根据指令操作码产生

3、实现方法（含实现思路、程序流程图、实验电路图与源程序列表等）

将全部微程序微指令格式变址得二进制代码表

四。

实验结果分析（含执行结果验证、输出显示信息、图形、调试过程中所遇得问题及处理方法等）

（一）验证了基本要求，实现了设计并实现指令得微程序执行过程、分析取指过程与微地址得关系得功能、

五。

结论

完成了本次实验要求得设计并实现指令得微程序执行过程、分析取指过程与微地址得关系得内容，并了解微程序执行过程，微程序即实现程序得一种手段，具体就就是将一条机器指令编写成一段微程序。

每一个微程序包含若干条微指令，每一条微指令对应一条或多条微操作.在有微程序得系统中，CPU内部有一个控制存储器，用于存放各种机器指令对应得微程序段.当CPU执行机器指令时，会在控制存储器里寻找与该机器指令对应得微程序，取出相应得微指令来控制执行各个微操作，从而完成该程序语句得功能。