计算机组成原理第五版实验报告.docx
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计算机组成原理第五版实验报告
实验报告1
实验名称运算器组成：
实验微程序控制器方式和独立方式
实验地点实验日期成绩
1.熟悉逻辑测试笔的使用方法。
2.熟悉TEC-8模型计算机的节拍脉冲T1、T2、T3；
3.熟悉双端口通用寄存器组的读写操作；
4.熟悉运算器的数据传送通路；实验目的
5.验证74LS181的加、减、与、或功能；
6.按给定的数据，完成几种指定的算术、逻辑运算运算。
7.按照表中提供的功能自行验证其中几种即可。
（独立方式）
1.1微程序控制器
实验原理
双端口寄存器组由1片EPM7064（U40）（图2.2中用虚线围起来的部
分）组成，内部包含4个8位寄存器R0、R1、R2、R3，4选1选择
器A，4选1选择器B和1个2-4译码器。
根据信号RD1、RD0的值，
4选1选择器A从4个寄存器中选择1个寄存器送往ALU的A端口。
根据信号RS1、RS0的值，4选1选择器B从4个寄存器中选择1个
寄存器送往ALU的B端口。
2-4译码器对信号RD1、RD0进行译码，
产生信号LR0、LR2、LR3、LR4，任何时刻这4个信号中只有一个为1，
其它信号为0。
LR3~LR0指示出被写的寄存器。
当DRW信号为1时，
如果LR0为1，则在T3的上升沿，将数据总线DBUS上的数写入R0寄
存器，余类推。
数据开关SD7~SD0是8个双位开关。
用手拨动这些开关，能够生成
需要的SD7~SD0的值。
数据开关驱动器SWD是1片74LS244（U50）。
在信号SBUS为1时，SD7~SD0通过SWD送往数据总线DBUS。
在本实
验中，使用数据开关SD7~SD0设置寄存器R0、R1、R2和R3的值。
ALU由2片74LS181（U41和U42）、1片74LS74、1片74LS244、1片
74LS245和1片74LS30构成。
74LS181完成算术逻辑运算，74LS
245和74LS30产生Z标志，74LS74保存标志C和标志Z。
ALU对
A7~A0和B7~B0上的2个8位数据进行算术逻辑运算，运算后的数据
结果在信号ABUS为1时送数据总线DBUS（D7~D0，）运算后的标志结果
在T3的上升沿保存进位标志位C和结果为0标志位Z。
加法和减法
同时影响C标志和Z标志，与操作和或操作只影响Z标志。
应当指出，74LS181只是许多种能做做算术逻辑运算器件中的一种
器件，这里它仅作为一个例子使用。
74LS181能够进行4位的算术逻辑运算，2片74LS181级连在一
起能够8位运算，3片74LS181级连在一起能够进行12位运算，余
类推。
所谓级联方式，就是将低4位74LS181的进位输出引脚Cn+4
＿＿＿
＿＿＿与高4位74LS181的进位输入引脚Cn＿＿＿连接。
在TEC-8模型计算机
中，U42完成低4位运算，U41完成高4位运算，二者级连在一起，完
成8位运算。
在ABUS为1时，运算得到的数据结果送往数据总线DBUS。
数据总线DBUS有4个信号来源：
运算器、存储器、数据开关和中断地
址寄存器，在每一时刻只允许其中一个信号源送数据总线。
序列号名称数量备注
1TEC-8实验系统1台
实验设备
2双踪示波器1台软件平台
等
3直流万用表1块
4逻辑测试笔1支在实验箱上方
实验内容与实验记录（拓扑图配置图流程图线路图效果图代码（段运行结
果实验步骤等）
实验步骤
1．实验准备
将控制器转换开关拨到微程序位置，将编程开关设置为正常位置，将开关DP拨到向
上位置。
打开电源。
2．用逻辑测试笔测试节拍脉冲信号T1、T2、T3
⑴将逻辑测试笔的一端插入TEC-8实验台上的“逻辑测试笔”上面的插孔中，另一
端插入“T1”上方的插孔中。
⑵按复位按钮CLR，使时序信号发生器复位。
⑶按一次逻辑测试笔框内的Reset按钮，使逻辑测试笔上的脉冲计数器复位，2个
黄灯D1、D0均灭。
⑷按一次启动按钮QD，这时指示灯D1、D0的状态应为01B，指示产生了一个T1脉
冲；如果再按一次QD按钮，则指示灯D1、D0的状态应当为10B，表示又产生了一
个T1脉冲；继续按QD按钮，可以看到在单周期运行方式下，每按一次QD按钮，就
产生一个T1脉冲。
⑸用同样的方法测试T2、T3。
3．进行加、减、与、或实验
⑴设置加、减、与、或实验模式
按复位按钮CLR，使TEC-8实验系统复位。
指示灯μA5~μA0显示00H。
将操作模
式开关设置为SWC=、1SWB=、0SWA=，1准备进入加、减、与、或实验。
按一次QD按钮，产生一组节拍脉冲信号T1、T2、T3，进入加、减、与、或实验。
⑵设置数A
指示灯μA5~μA0显示0BH。
在数据开关SD7~SD0上设置数A。
在数据总线DBUS
指示灯D7~D0上可以看到数据设置的正确不正确，发现错误需及时改正。
设置数据
正确后，按一次QD按钮，将SD7~SD0上的数据写入R0，进入下一步。
⑶设置数B
指示灯μA5~μA0显示15H。
这时R0已经写入，在指示灯B7~B0上可以观察到R0
的值。
在数据开关SD7~SD0上设置数B。
设置数据正确后，按一次QD按钮，将SD7~SD0
上的数据写入R1，进入下一步。
⑷进行加法运算
指示灯μA5~μA0显示16H。
指示灯A7~A0显示被加数A（R0），指示灯B7~B0显示
加数B（R1），D7~D0指示灯显示运算结果A+B。
按一次QD按钮，进入下一步。
⑸进行减法运算
指示灯μA5~μA0显示17H。
这时指示灯C（红色）显示加法运算得到的进位C，指
示灯Z（绿色）显示加法运算得到的结果为0信号。
指示灯A7~A0显示被减数A（R0），
指示灯B7~B0显示减数B（R1），指示灯D7~D0显示运算结果A-B。
按一次QD按钮，
进入下一步。
⑹进行与运算
指示灯μA5~μA0显示18H。
这时指示灯C（红色）显示减法运算得到的进位C，指
示灯Z（绿色）显示减法运算得到的结果为0信号。
指示灯A7~A0显示数A（R0），指示灯B7~B0显示数B（R1），指示灯D7~D0显示运算
结果AandB。
按一次QD按钮，进入下一步。
⑺进行或运算
指示灯μA5~μA0显示19H。
这时指示灯Z（绿色）显示与运算得到的结果为0信号。
指示灯C保持不变。
指示灯A7~A0显示数A（R0），指示灯B7~B0显示数B（R1），指示
灯D7~D0显示运算结果AorB。
按一次QD按钮，进入下一步。
⑻结束运算
指示灯μA5~μA0显示00H。
这时指示灯Z（绿色）显示或运算得到的结果为0信号。
指示灯C保持不变。
按照上述步骤，对要求的7组数据进行运算。
实验结果
实验数据实验结果
数A数B加减与或
数据结数据
CZ数据CZ数据
果结果
结果Z结果Z
0F0H10H0H00E0H1110H0F0H0
03H05H08H00FEH0001H007H0
8.独立方式
上图标识出了本实验所用的运算器数据通路图。
参与运算的数据首先通过试验台
操作板上的8个二进制数据开关SD7-SD0来设置，然后输入到双端口通用寄存器堆
RF中。
双端口寄存器堆RF由1个ALTERAEPM706实4现，功能相当于4个八位通
用寄存器，用于保存参与运算的数据，运算后的结果也要送到双端口通用寄存器堆
RF中保存。
双端口寄存器堆模块RF的控制信号中RD1、RD0用于选择送ALU的A端
口（左端口）的通用寄存器。
RS1、RS0用于选择送ALU的B端口（右端口）的通用寄存
器。
按图所示，将运算器模块与实验台操作板上的线路进行连接。
由于运算器模块内
部的连线已经由印制电路板连接好，故接线任务仅仅是完成数据开关、控制信号模
拟开关、与运算模块的外部连线。
特别注意：
为了建立清楚的整机概念，培养严谨
的科研能力，手工连线是绝对有必要的。
9.用开关K15-K0向通用寄存器堆RF内的R3-R0寄存器置数据。
然后读出R3-R0的
数据，在数据总线DBUS上显示出来。
10.验证ALU的正逻辑算术、逻辑运算功能。
注意：
进位信号C是运算器ALU最高进Cn+4的反，既有进位为1，无进位为0。
选择方式M=1逻辑运算M=0算术运算
S3S2S1S0逻辑运算CN=1【有进
位】
0000F=/AF=A
0001F=/（A+B）F=（A+B）
0010F=（/A）BF=A+/B
0011F=0F=-1（补码形
式）
0100F=/（AB）F=A加A（/B）
0101F=/BF=（A+B）加
A/B
0110F=A减B减1
0111F=A/BF=（AB/）减1
1000F=/A+BF=A加AB
1001F=A加B
1010F=BF=（A+/B）加
AB
1011F=ABF=AB减1
1100F=1F=A加A
1101F=A+/BF=（A+B）加A
1110F=A+BF=（A+/B）加
A
1111F=AF=A减1
11.具体实验步骤：
将“控制转换”开关拨到最中间位置既“独立”灯亮。
第一步：
测试寄存器写入和读出；【操作模式：
1100】
接线表和置开关如下表：
名称电平控制数据开关K6K5K4K3K2K1K0
功能信号名称RDRD0DRWSBUSRS1RS0MBUS
1
置R0操作模式11
置R1写REG操作模式：
1100111
置R2111
置R31111
备注：
写寄存器完成后可以直接在写寄存器操作模式下，通过K6、K5拨动开关查
看写入寄存器中的数据，对应的数据灯：
A7~A0。
通过K2、K1拨动开关也可以查看
写入寄存器中的数据，对应的数据灯B7~B0。
第二步：
运算器实验【操作模式：
1101】
接线表和置开关如下表：
名称K15K14K13K12K11K10K9K8
序号MS0S1S2S3CINABUSLDC
运算器组成操作系统：
1101
送两个数到REG，K5K6,K1K2分别选择加与被加
11111
名称K7K6K5K4K3K2K1K0
序号LDZRD1RD0DRWSBUSRS1RS0MBUS
11
111
1
备注：
运算器实验答案只提供了加法运算的控制信号，其他运算功能请参考上页
中ALU表的运算逻辑功能即可。
实验结果
实验数据实验结果
数A数B加减与或
数据结数据
CZ数据CZ数据
果结果
结果Z结果Z
0F0H10H0H00E0H1110H0F0H0
03H05H08H00FEH0001H007H0
和微操作系统得出的结果一致。
实验结果分析及结论、心得
分别运用微程序方式和独立方式对双端口通用寄存器进行读写操作，
并且进行了简单的逻辑运算和算术运算。
微程序较独立简单，独立方
式较为清晰的表现了数据的痕迹，通过接线的方式清楚看到每个微程
序的动作。
实验报告2
实验名称双端口存储器实验
实验地点实验日期成绩
⑴了解双端口静态存储器IDT7132的工作特性及其使用方法；
实验目的
⑵了解半导体存储器怎样存储和读取数据；
⑶了解双端口存储器怎样并行读写；
⑷熟悉TEC-8模型计算机中存储器部分的数据通路。
12.微程序操作
实验原理
双端口存储器实验电路图
双端口RAM电路由1片IDT7132及少许附加电路组成，存放程序
和数据。
IDT7132有2个端口，一个称为左端口，一个称为右端口。
2
个端口各有独立的存储器地址线、数据线和3个读、写控制信号：
CE#、
R/W#和OE#，可以同时对器件内部的同一存储体同时进行读、写。
IDT7132容量为2048字节，TEC-8实验系统只使用64字节。
在TEC-8实验系统中，左端口配置成读、写端口，用于程序的初始
装入操作，从存储器中取数到数据总线DBUS，将数据总线DBUS上的数
写入存储器。
当信号MEMW为1时，在T2为1时，将数据总线DBUS上
的数D7~D0写入AR7~AR0指定的存储单元；当MBUS信号为1时，AR7~AR0
指定的存储单元的数送数据总线DBUS。
右端口设置成只读方式，从
PC7~PC0指定的存储单元读出指令INS7~INS0，送往指令寄存器IR。
程序计数器PC由2片GAL22V10（U53和U54）组成。
向双端口RAM的
右端口提供存储器地址。
当复位信号CLR#为0时，程序计数器复位，
PC7~PC0为00H。
当信号LPC为1时，在T3的上升沿，将数据总线DBUS
上的数D7~D0写入PC。
当信号PCINC为1时，在T3的上升沿，完成
PC加1。
当PCADD信号为1时，PC和IR中的转移偏量（IR3~IR0）相加，
在T3的上升沿，将相加得到的和写入PC程序计数器。
地址寄存器AR由1片GAL22V10（U58）组成，向双端口RAM的左端口
提供存储器地址AR7~AR。
0当复位信号CLR#为0时，地址寄存器复位，
AR7~AR0为00H。
当信号LAR为1时，在T3的上升沿，将数据总线DBUS
上的数D7~D0写入AR。
当信号ARINC为1时，在T3的上升沿，完成
AR加1。
指令寄存器IR是1片74LS273（U47），用于保存指令。
当信号LIR为
1时，在T3的上升沿，将从双端口RAM右端口读出的指令INS7~INS0
写入指令寄存器IR。
序列名称数量备注
号
1实验系统1台
2双踪示波器1台实验设备
软件平台
3直流万用表1块
等
4逻辑测试笔1支在试验箱上方
实验内容与实验记录（拓扑图配置图流程图线路图效果图代码（段运行结
果实验步骤等）
实验步骤
1．实验准备
将控制器转换开关拨到微程序位置，将编程开关设置为正常位置。
打开电源。
2．进行存储器读、写实验
⑴设置存储器读、写实验模式
按复位按钮CLR，使TEC-8实验系统复位。
指示灯μA5~μA0显示00H。
将操作模式
开关设置为SWC=、1SWB=、1SWA=，0准备进入双端口存储器实验。
按一次QD按钮，进入存储器读、写实验。
⑵设置存储器地址
指示灯μA5~μA0显示0DH。
在数据开关SD7~SD0上设置地址10H。
在数据总线DBUS
指示灯D7~D0上可以看到地址设置的正确不正确，发现错误需及时改正。
设置地址
正确后，按一次QD按钮，将SD7~SD0上的地址写入地址寄存器AR（左端口存储器地
址）和程序计数器PC（右端口存储器地址），进入下一步。
⑶写入第1个数
指示灯μA5~μA0显示1AH。
指示灯AR7~AR0左（端口地址）显示10H，指示灯
PC7~PC0右（端口地址）显示10H。
在数据开关SD7~SD0上设置写入存储器的第1个数
85H。
按一次QD按钮，将数85H通过左端口写入由AR7~AR0指定的存储器单元10H。
⑷写入第2个数
指示灯μA5~μA0显示1BH。
指示灯AR7~AR0左（端口地址）显示11H，指示灯
PC7~PC0右（端口地址）显示10H。
观测指示灯INS7~INS0的值，它是通过右端口读出
的由右地址PC7~PC0指定的存储器单元10H的值。
比较和通过左端口写入的数是否
相同。
在数据开关SD7~SD0上设置写入存储器的第2个数60H。
按一次QD按钮，将
第2个数通过左端口写入由AR7~AR0指定的存储器单元11H。
⑸写入第3个数
指示灯μA5~μA0显示1CH。
指示灯AR7~AR0左（端口地址）显示12H，指示灯
PC7~PC0右（端口地址）显示11H。
观测指示灯INS7~INS0的值，它是通过右端口读出
的由右地址PC7~PC0指定的存储器单元11H的值。
比较和通过左端口写入的数是否
相同。
在数据开关SD7~SD0上设置写入存储器的第3个数38H。
按一次QD按钮，将
第3个数通过左端口写入由AR7~AR0指定的存储器单元12H。
⑹重新设置存储器地址
指示灯μA5~μA0显示1DH。
指示灯AR7~AR0左（端口地址）显示13H，指示灯
PC7~PC0右（端口地址）显示12H。
观测指示灯INS7~INS0的值，它是通过右端口读出
的由右地址PC7~PC0指定的存储器单元12H的值。
比较和通过左端口写入的数是否
相同。
在数据开关SD7~SD0重新设置存储器地址10H。
按一次QD按钮，将SD7~SD0
上的地址写入地址寄存器AR（左端口存储器地址）和程序计数器PC（右端口存储器地
址），进入下一步。
⑺左、右两2个端口同时显示同一个存储器单元的内容。
指示灯μA5~μA0显示1FH。
指示灯AR7~AR0左（端口地址）显示10H，指示灯
PC7~PC0右（端口地址）显示10H。
观测指示灯INS7~INS0的值，它是通过右端口读出
的由右地址PC7~PC0指定的存储器单元10H的值。
观测指示灯D7~D0的值，它是从
左端口读出的由AR7~AR0指定的存储器单元10H的值。
按一次QD按钮，地址寄存器AR加1，程序计数器PC加1，在指示灯D7~D0和指示
灯INS7~INS0上观测存储器的内容。
继续按QD按钮，直到存储器地址AR7~AR0为
12H为止。
实验结果：
实验数据实验结果
左端口通过左第一次从右端口同时读出时的读出结果
存储器端口写读出的数
地址入的数右端口读出的左端口读出的右端口读出的
据存储器数存储器数存储器数
地址地址地址
10H85H11H85H10H85H10H85H
11H60H12H60H11H60H11H60H
12H38H13H38H12H38H12H38H
13.独立方式
首先将“控制转换”开关拨到最中间位置既“独立”灯亮。
双端口存储器实验；【操作模
式：
1110】
名称操作模
K15K14K13K12K11K10K9
序号SBUSARINCLARMEMWMBUSPCINCLPC
式
11110111
2111
3111
4111
5111
6111
7111
8111
名称K8SD实验现象备注
序号ABUS连线对应位置
1010置AR,PC/AR=PC=10
285写第一个数85/AR=11,PC=10,INS=IR=85
360写第二个数60/AR=12,PC=10,INS=IR=60
438写第三个数38/AR=13,PC=10,INS=IR=38
510重置AR,PC/AR=PC=10
6AR=PC=10,INS=85
7AR=PC=11,INS=60
8AR=PC=12,INS=38
实验结果分析及结论、心得
这次实验了解了双端口式的存储器，也是通过微程序操作和独立操作
两种方式。
14.独立方式中可以看到，将数据输入要先打开SBUS，DBUS,MBUS这
样的开关，这些不同的开关组合起来就可以控制开关存储器。
15.了解了双端口的基本原理。
实验报告3
实验名称数据通路实验
实验地点实验日期成绩
⑴进一步熟悉TEC-8模型计算机的数据通路的结构；
实验目的⑵进一步掌握数据通路中各个控制信号的作用和用法；
⑶掌握数据通路中数据流动的路径。
数据通路实验电路图如图所示。
它由运算器部分、双端口存储器部分
加上数据开关SD7~SD0连接在一起构成。
实验原理
数据通路实验电路图
数据通路中各个部分的作用和工作原理在2.1节和2.2节已经做过
详细说明，不再重述。
这里主要说明TEC-8模型计算机的数据流动路
径和方式。
在进行数据运算操作时，由RD1、RD0选中的寄存器通过4选1选
择器A送往ALU的A端口，由RS1、RS0选中的寄存器通过4选1选
择器B送往ALU的B端口；信号M、S3、S2、S1和S0决定ALU的
运算类型，ALU对A端口和B端口的两个数连同CIN的值进行算术逻
辑运算，得到的数据运算结果在信号ABUS为1时送往数据总线DBUS；
在T3的上升沿，数据总线DBUS上的数据结果写入由RD1、RD0选中
的寄存器。
在寄存器之间进行数据传送操作时，由RS1、RS0选中的寄存器通过
4选1选择器B送往ALU的B端口；ALU将B端口的数在信号ABUS
为1时送往数据总线DBUS；在T3的上升沿将数据总线上的数写入由
RD1、RD0选中的寄存器。
ALU进行数据传送操作由一组特定的M、S3、
S2、S1、S0、CIN的值确定。
在进行运算操作时，由RS1、RS0选中的寄存器通过4选1选择器
B送往ALU的B端口；由RD1、RD0选中的寄存器通过4选1选择器
A送往ALU的A端口；ALU对数A和B进行运算，运算的数据结果
在信号ABUS为1时送往数据总线DBUS；在T3的上升沿将数据总线
上的数写入由RD1、RD0选中的寄存器。
ALU进行何种运算操作由M、
S3、S2、S1、S0、CIN的值确定。
在从存储器中取数操作中，由地址AR7~AR0指定
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