计算机组成原理实验报告 1.docx

1、计算机组成原理实验报告 1实 验 报 告课 程 名 称： 计算机组成原理 系 别： 学 生 姓 名： 班 级： 学 号： 成 绩： 指 导 教 师： 开 课 时 间：2013-2014学年第二学期实验一一、 实验目的 通过仿真软件验证真值转化为原码、反码、补码、移码，补码加减交替除法运算规则，补码两位乘法运算，补码一位乘法运算，乘法原码两位运算，乘法原码一位运算，原码加减交替除法运算，补码加减法运算。2、实验设备电脑，仿真软件3、实验内容（1）真值转化为原码、反码、补码、移码A.原码1.如果真值是正数，原码的最高位为“0”，其余各位与真值的对应位相同；2.如果真值是负数，原码的最高位为“1”，

2、其余各位与真值的对应位相同；3.如果真值是“0”，原码有两种表示法，即0000或1000，分别表示+0或-0；4.因此原码的数值位表示数值的绝对值，而符号位分别用0和1表示数值的正和负。5.综上所述，如果把原码看成无符号整数，则真值到原码的转换规则是：当x0时，x原=x;当x0时，x原=2(n-1)-x或2(n-1)+|x|,“”表示指数。 B反码1.如果真值是正数，反码的最高位为“0”，其余各位与真值的对应位相同；2.如果真值是负数，反码的最高位为“1”，其余各位将真值的各位取反；3.如果真值是“0”，反码有两种表示法，即0000或1111，分别表示+0或-0；4.综上所述，如果把反码看成无

3、符号整数，则真值到反码的转换规则是：当x0时，x反=x;当x0时，x反=2(n)+x-1（模2n）,“”表示指数。C补码1.如果真值是正数，补码的最高位为“0”，其余各位与真值的对应位相同；2.如果真值是负数，补码的最高位为“1”，其余各位将真值的各位取反，末位加1；3.如果真值是“0”，补码表示法是唯一的，即0000，在补中1000表示-1，最高位既表示符号为负数，也表示数值1，不能表示-0；4.负数补码的另一种求法是，最高位（符号位）为“1”，从真值的低位向高位数第一个1以及其右边的各位保持不变，而其左边的各位按位取反，即可得到补码的数值位。5.综上所述，如果把补码看成无符号整数，则真值到

4、补码的转换规则是： x补=2(n)+x（模2n）,“”表示指数。D移码1.如果真值是正数，移码的最高位为“1”，其余各位与真值的对应位相同；2.如果真值是负数，移码的最高位为“0”，其余各位将真值的各位取反，末位加1；3.如果真值是“0”，移码表示法是唯一的，即1000；4.不难看出，移码与补码相比，数值位完全相同，而符号位相反。两者的转换非常容易。5.移码只用来表示浮点数中的阶码，不存在定点小数格式。6.综上所述，如果把移码看成无符号整数，则真值到移码的转换规则是：x移=2(n-1)+x（模2n）,“”表示指数。（2）补码加减交替除法运算规则（3）补码两位乘法运算1.乘数最低位的后面增加一个

5、附加位，初值为0。在运算过程中，和乘数一起做右移。2.为防止溢出，设三个符号位，在运算过程中，最高位才表示真正的符号。3.每一步加的值取决于移位后的乘数寄存器的最低两位和附加位的值。（4）补码一位乘法运算1.乘数和被乘数都以补码表示（本程序允许数值位4位，符号位一位），运算结果也是补码。运算过程中，为防止溢出，加法器需使用两位符号位。2.乘数最低位后增加一位附加位，初值为0，以后和乘数寄存器联合移位。3.右移按补码规则进行，即符号位复制。(5)、法原码两位运算1.本程序允许进行单字节(8位二进制)原码(含一位符号位)的数值部分两位乘法运算,因此数值位只有7位。2.由于原码两位乘法运算中,可能需

6、要进行加2|X|以及减|X|的运算,所以实际上需要用补码加减运算,为了不发生溢出,在加法器中含有三个符号位;对于加正数,高位补0,而减|X|则变为加-|X|的补码;部分积右移时,如果最高位为0,则高位补0,如果最高位为1,则高位补1。3.由于乘数和被乘数的数值部分只有7位,故乘积的数值部分只有14位。（6）乘法原码一位运算1.根据乘数寄存器的最低位决定将部分积加被乘数还是加零；2.将进位位、部分积和乘数寄存器联合右移一位；3.计数器减1。如果计数器的值不为零，重复13步。（7）原码加减交替除法运算1.被除数的数值部分如果大于或等于除数的数值部分，则发生溢出。2.若余数0，上商“1”，余数左移一

7、位，减除数的绝对值，即加除数的绝对值的相反数的补码。3.若余数0，上商“0”，余数左移一位，加除数的绝对值。4.本程序要求被除数的数值部分8位，符号一位，共9位，除数的数值部分4位，符号一位，共5位。（8）补码加减法运算1.输入两个整数加数的真值（可带+、-号的十进制数，例如5，+3，-7等）；2.按等于号即可得到计算结果。3.由于本例采用四位二进制数表示的补码，可表示的整数范围为-8+7，如果操作数或运算结果超出该范围，运算将出错。4.如果加数为负数，就相当于被加数减去该数的绝对值，因此相当于做减法。反过来说，做减法，实际上就是被减数的补码加上减数的相反数的补码。而求一个数的相反数的补码的规

8、则是将该数的补码连同符号位按位取反，末位加1。5.如果两个操作数没有超出补码的表示范围，而运算结果超出补码的表示范围，称为“溢出”，结果大于补码的表示范围的上限，称为“上溢”；结果小于补码的表示范围的上限，称为“下溢”。6.通常有两种判断溢出的方法，一是双符号位法，即两个操作数以及结果均用两个符号位（变形补码），如果结果的两个符号位一致，表示没有溢出，如果不一致，表示溢出。最高的一位始终表示运算结果的正确的符号：0为正（或上溢），1为负（或下溢）。第二种方法是采用单符号位运算，但根据符号位和最高有效位产生的进位是否相同而判定是否溢出：如果两进位位相同，无溢出；不同则表明溢出。当溢出时，符号位进

9、位为0，表示上溢；为1表示下溢。一 结果单步执行了原码、反码、补码运行的具体过程,更形象的了解了各种运算的执行过程与原理，是我们在计算时有了更深的理解。二 总体使我们将理论与实践相结合，分步实现的过程使我们更加清晰地了解触发器工作的每个步骤、过程。实验二一实验目的实验汇编语言的初次编译。二实验设备电脑， dos ， masm三实验内容1、汇编上机步骤建立汇编语言的工作环境调用编辑程序EDIT建立汇编语言源程序（ASM文件）调用汇编程序MASM（或ASM）产生目标文件（OBJ文件）调用连接程序LINK产生执行文件（EXE文件）程序的执行调试程序DEBUG 2、字符串的显示并传送1）、代码：2）、

10、调试3、判断十个数正数，负数，零的个数1）、代码2）、调试过程四、实验心得初步接触了汇编程序语言的编译环境，第一次我们只是照着老师给的代码进行练习，跟着老师的步骤进行模仿，以后我们需要更加熟悉这个系统，要能够学以致用。虽然刚开始我们的熟练程度不够，但是只要多加练习，对指令熟练掌握，我们运用这个会变得得心应手。实验三 存储器实验1、实验目的 掌握静态随机存取存储器 RAM工作特性及数据的读写方法。二、实验内容1、实验原理 主存储器单元电路主要用于存放实验机的机器指令，如图 1-1所示，它的数据总线挂在外部数据总线 EXD0EXD7 上；它的地址总线由地址寄存器单元电路中的地址寄存器74LS273

11、（U37）给出，地址值由 8个 LED灯 LAD0LAD7显示，高电平亮，低电平灭；在手动方式下，输入数据由 8位数据开关 KD0KD7提供，并经一三态门 74LS245（U51）连至外部数据总线 EXD0EXD7，实验时将外部数据总线 EXD0EXD7用 8芯排线连到内部数据总线 BUSD0BUSD7，分时给出地址和数据。它的读信号直接接地；它的写信号和片选信号由写入方式确定。该存储器中机器指令的读写分手动和自动两种方式。手动方式下 ，写信号由 W/R 提供，片选信号由 CE提供；自动方式下，写信号由控制 CPU的 提供，片选信号由控制 CPU的 提供。图 1-1 静态 RAM 6264的电

12、路由于地址寄存器为 8位，故接入 6264的地址为 A0A7，而高 4位 A8A12接地，所以其实际使用容量为 256 字节。6264 有四个控制线：CS1 第一片选线、CS2 第二片选线、OE读线、WE写线。其功能如表 1-1所示。CS1片选线由 CE控制（对应开关 CE）、OE读线直接接地、WE写线由 W/R控制（对应开关 WE）、CS2直接接+5V。图中信号线 LDAR由开关 LDAR提供，手动方式实验时，跳线器 LDAR拨在左边，脉冲信号 T3由实验机上时序电路模块 TS3提供，实验时只需将 J22跳线器连上即可，T3的脉冲宽度可调。2、实验接线 MBUS连 BUS2； EXJ1连 B

13、US3； 跳线器 J22的 T3连 TS3； 跳线器 J16的 SP连 H23；表 1-1 静态 RAM 6264的功能表 跳线器 SWB、CE、WE、LDAR拨在左边（手动位置）。3、实验步骤 连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。 形成时钟脉冲信号 T3，方法如下：在时序电路模块中有两个二进制开关运行控制和运行方式。将运行控制开关置为运行状态、运行方式开关置为连续状态时，按动运行启动开关，则 T3 有连续的方波信号输出，此时调节电位器 W1，用示波器观察，使 T3输出实验要求的脉冲信号；本实验中运行方式开关置为单步状态，每按动一次启动运行开关，则 T3输出一个正单脉冲，其脉冲宽度与连续方式

14、相同。 给存储器的 00地址单元中写入数据 11，具体操作步骤如下：如果要对其它地址单元写入内容，方法同上，只是输入的地址和内容不同。 读出刚才写入 00地址单元的内容，观察内容是否与写入的一致。具体操作步骤如下3、调试过程三 结果完成实验内容，按照要求验证了实验数据四 总结 在这次的实验中我们首次用到了试验箱，这要求我们学会连线，在众多接口中找到需要的接口就要求我们有足够的耐心，也更要细心。实验的内容虽然不多，但是在过程中我加深了对静态存储的理解。实验四 运算器算术逻辑运算器实验一实验目的1. 掌握算术逻辑运算器单元ALU（74LS181） 的工作原理。 2. 掌握模型机运算器的数据传送通路

15、组成原理。 3. 验证74LS181的组合功能。 4. 按给定数据，完成实验指导书中的算术逻辑运算。二、实验内容1、 实验原理运算器由两片74181以并/串形式构成8位字长的ALU。运算器的输出经过一个三态门(74245)和数据总线相连，运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器(74373)锁存，锁存器的输入连接至数据总线，数据开关INPUT DEVICE用来给出参与运算的数据，并经过一个三态门(74245)和数据总线相连，数据显示灯“BUS UNIT”已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。 图中已将用户需要连接的控制信号用圆圈标明(其他实验相同，不再说明)，其中除T4 为脉冲信号，其它均为电

16、平信号。由于实验电路中的时序信号均已连至W/R UNIT的相应时序信号引出端，因此，在进行实验时，只需将W/R UNIT的T4接至STATE UNIT的微动开关KK2的输出端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲，而S3，S2，S1，S0，Cn，LDDR1，LDDR2，ALU-B，SW-B各电平控制信号用SWITCH UNIT中的二进制数据开关来模拟，其中Cn，ALU-B，SW-B为低电平控制有效，LDDR1，LDDR2为高电平有效。 74LS181芯片外特性 74LS181功能表 运算器数据通路图 运算器数据通路图（简化版）2、实验接线1）ALUBUS连EXJ32) ALU01连BUS13

17、) SJ2连UJ24) 跳线器J23上T4连SD5) LDDR1,LDDR2,ALUB,SWB四个跳线器拨在左边6) AR跳线器拨在左边，同时开关AR拨在“1”电平3、实验步骤（1）连接线路，仔细检查核对后接通电源。（2）用二进制数据开关KD0-KD7向DR1和DR2寄存器置入8位运算数据。 调拨8位数据开关KD0-KD7为01100101（35H） ，准备向DR1送二进制数据。 数据输出三态缓冲器门控信号ALUB=1（关闭）。 数据输入三态缓冲器门控信号 SWB=0（打开）。 数据锁存DRi控制信号LDDR1=1（打开），同时，LDDR2=0（关闭）。 打入脉冲信号T4 ，将数据65H置入D

18、R1。 重复步骤1-5，同理将数据A7H置入DR2。（3）检验DR1和DR2置入的数据是否正确。 数据输出三态缓冲器门控信号ALUB=0（打开）； 数据输入三态缓冲器门控信号SWB=1（关闭）； 数据锁存DRi控制信号LDDR1、LDDR2=0（关闭） 设置开关M 、开关S3、S2、S1、S0 相应值 如M=1，S3、S2、S1、S0=1111，验证8位数据 DR1；S3、S2、S1、S0=1010验证8位数据DR2。 （4）验证74LS181的算术和逻辑运算功能。三、调试过程四、调试结果验证结果为如图5、总结 通过本次实验让我对算术逻辑运算器单元ALU（74LS181）的工作原理和简单运算器

19、以及模型机运算器的数据传送通路组成原理有了些了解，让我们通过直观的方式看到了算术逻辑运算的过程。实验五 带进位控制8位算数逻辑运算一. 实验目的1、验证带进位控制的算术逻辑运算发生器的功能。2、按指定数据完成几种指定的算术运算。 二. 实验原理 带进位控制运算器的实验原理如图所示，在实验（1）的基础上增加进位控制部分，其中高位74LS181（U31）的进位CN4通过门UN4E、UN2C、UN3B进入UN5B的输入端D，其写入脉冲由T4和AR信号控制，T4是脉冲信号，在手动方式下进行实验时，只需将跳线器J23上T4与手动脉冲发生开关的输出端SD相连，按动手动脉冲开关，即可获得实验所需的单脉冲。A

20、R是电平控制信号（低电平有效），可用于实现带进位控制实验。从图中可以看出，AR必须为“0电平，D型触发器74LS74（UN5B）的时钟端CLK才有脉冲信号输入。才可以将本次运算的进位结果CY锁存到进位锁存器74LS74(UN5B)中。三. 实验步骤 （1）仔细查线无误后，接通电源。 （2）用二进制数码开关KDOKD7向DRl和DR2 寄存器置数，方法：关闭ALU输出三态门ALUB=1，开启输入三态门SWB=0，输入脉冲T4按手动脉冲发生按钮产生。如果选择参与操作的两个数据分别为55H、AAH，将这两个数存入DR1和DR2的具体操作步骤如下：（3）开关ALUB=0，开启输出三态门，开关SWB=1

21、，关闭输入三态门，同时让 LDDR1=0，LDDR2=0。（4）如果原来有进位，CY=1，进位灯亮，但需要清零进位标志时，具体操作方 法如下： ?S3、S2、S1、S0、M的状态置为0 0 0 0 0，AR信号置为“0”电平 （清零操作时DRl寄存器中的数应不等于FF）。 ? 按动手动脉冲发生开关，CY=0，即清进位标志。 注：进位标志指示灯CY亮时表示进位标志为“1”，有进位；进位标志指示灯CY灭时，表示进位位为“0”，无进位。 （5）验证带进位运算及进位锁存功能 这里有两种情况： 进位标志已清零，即CY=0，进位灯灭。 ? 使开关CN=0，再来进行带进位算术运算。例如步骤（2）参与运算的两

22、 个数为55H和AAH，当S3、S2、S1、S0状态为10010，此时输出数据总线显示灯上显示的数据为DRl加DR2再加初始进位位“1” （因CN=0），相加的结果应为ALU=00，并且产生进位，此时按动手动脉冲开关，则进位标志灯亮，表示有进位。 ? 使开关CN=1，当S3、S2、S1、S0状态为10010，则相加的结累ALU=FF， 并且不产生进位。 原来有进位，即CY=1，进位灯亮。此时不考虑CN的状态，再来进行带进 位算术运算。同样步骤（2）参与运算的两个数为55H和AAH，当S3、S2、S1、S0、M状态为10010，此时输出数据总线显示灯上显示的数据为DRl加DR2再加当前进位标志C

23、Y，相加的结果同样为ALU=00，并且产生进位，此时按动手动脉冲开关，则进位标志灯亮，表示有进位。 四. 调试过程5.实验总结 通过本次实验我学会了在试验中操作运算器的运行步骤，并对进位加法运算的的知识有了更深的理解。在操作中发现了也可以发现自己与同学的差距，可以向老师同学请教，加深对知识的理解，并且可以和同学合作完成任务，增进同学间友谊。实验六 移位运算一 实验目的 验证移位运算器的组成功能二、实验原理1、实验原理 移位运算实验原理如图41所示，本实验使用一片74LS299（U34）作为移位发生器，其八位输入/输出端引到8芯排座ALUO2，实验时用8芯排线连至数据总线插座BUS4。299B信

24、号由开关299B提供，控制其使能端，T4为其时钟脉冲，手动方式实验时将T4与手动脉发生器输出端SD相连，即J23跳线器上T4连SD。由信号S0 、S1、 M控制其功能状态，详细见下表41 移位运算实验原理图412、实验接线ALUO2连BUS4；EXJ1连BUS3；SJ2连UJ2；跳线器ALUB、299B、SWB拨至左侧（手动位置），且开关ALUB拨至“1”电平，299B拨至“0”电平。跳线器J23的T4连SD；3、实验步骤连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。置数，具体步骤如下：移位，参照上图改变S0、 S1、 M、 299B 的状态，按动手动脉冲开关以产生时钟脉冲T4，观察移位结果。3、调试

25、过程4、总结 通过操作让我了解了移位运算器的基本组成，知道了计算机各存储器中移位的过程。但同时也要加强自身的动手能力，学会独立完成实验。实验七 模型机微指令分析及微程序设计一、实验目的1.?理解时序产生器的原理，了解时钟和时序信号的波形；2.?掌握微程序控制器的功能，组成知识；?3.?掌握微指令格式和各字段功能；?4.?掌握微程序的编制，写入，观察微程序的运行，学习基本指令的执行流程。二、实验原理 1.方便的编码输入功能 可以方便地输入机器指令到“主存”文本框，输入微程序到“控存”文本框，从而避免了用实验装置输入时繁复的开关设置操作； 2.强大的微指令分析功能 可以对DVCC模型机的微指令方便

26、地进行分析,以文字和图形两种形式清晰地显示当前执行的微指令的编码、该微指令的功能、该微指令在微程序流程图中的位置、执行该微指令时CPU中相关部件的微操作以及数据流的路径;同时也显示对应于地址寄存器的内容的主存单元的机器指令或数据。 3.直观、方便的微指令设计功能 可以根据需要完成的的功能非常直观、方便地设计用24位0或1组成的微指令并可立即对设计的微指令进行分析； 4.连续单步运行微程序的功能 当设计好微程序和用于测试的机器指令并将它们输入或读入到“控存”和“主存”后，将要运行的第一条微指令“粘贴”到窗体最上部的分析框后，按“单步自动运行”按钮即可自动按照所输入的微程序和机器指令测试程序的功能

27、一步一步的运行下去。在此过程中，系统将清晰地显示各条微指令的功能、执行该微指令时CPU中相关部件的微操作以及数据流的路径。5.真正的DVCC模型机微程序设计器 由于具备上述功能，所以用本软件设计微程序比用DVCC设计和调试微程序要方便得多。更重要的是用本系统设计的微程序完全可以在模型机上运行，是真实可用的微程序，而不仅仅是一种满足教学需要的演示。三、实验过程1.微程序流程图2.测试程序00H:00000001 IN R1 ；输入开关量R101H:00010001 ADD R1，0DH ；R1+0DH R102H:0000110104H:01110001 RL R105H:01100001 RR

28、C R106H:01010001 RR R107H:00100001 STA 0EH08H:00001110 ；R1OEH09H:00110000 OUT 0EH0AH:00001110 ；0EHLED0BH:01000000 JMP OOH；OOHPC0CH:000000000DH:01000000 ；自定义数据0EH:000000003.微程序设计 4.调试过程5.分析过程执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：02执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDIR,P(1)测试:NA(30)或(IR7IR4),转微地址：08执行的操作是：输入开关SWB有效,

29、LDR0,转微地址：01执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：02执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDIR,P(1)测试:NA(30)或(IR7IR4),转微地址：08执行的操作是：输入开关SWB有效,LDR0,转微地址：01执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：02执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDIR,P(1)测试:NA(30)或(IR7IR4),转微地址：09执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：03执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDAR,转微地址：04执行的

30、操作是：存储器CE有效,存储器读,LDDR2,转微地址：05执行的操作是：R0B,LDDR1,转微地址：06执行的操作是：算术:A加B,ALUB,LDR0,转微地址：01执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：02执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDIR,P(1)测试:NA(30)或(IR7IR4),转微地址：0A执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：07执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDAR,转微地址：0D执行的操作是：存储器CE有效,写存储器,R0B,转微地址：01执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：02执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDIR,P(1)测试:NA(30)或(IR7IR4),转微地址：0B执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：0E执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDAR,转微地址：0F执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDDR1,转微地址：15执行的操作是：算术:A,数码管LEDB有效,写LED,ALUB,转微地址：01执行的操作是：PCB,LDAR,允许PC加1(LDPC=1),转微地址：02执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDIR,P(1)测试