组成原理课程设计实验报告.docx

1、组成原理课程设计实验报告计算机组成原理课程设计实验报告学院：计算机科学与工程学院专业： 班级： 学号： 姓名： 评分：2011年6月17日实验一 验证74LS181运算及逻辑功能1、实验目的 （1）掌握运算逻辑单元（ALU）的工作原理； （2）熟悉简单运算器的数据传送通路； （3）验证4位运算功能发生器（74LS181）组合功能。2、实验原理 工作原理分析：实验由74LS181芯片作为验证实验的核心元器件。其中，A0-A3，B0-B3作为输入端，开关作为输入信号，直接和输入端相连接。S0-S3作为运算方式控制端，通过开关来输入控制信号，从而实现，不同运算间的转换。及端口作为元算类型控制端。实验

2、中，通过设置CN、M、S0-S3的值，来控制运算类型，通过A0-A3、B0-B3来输入运算数，当运算设置完成后，74LS181芯片将自动根据设置，将两个运算数，进行相应的处理，并将运算结果输入显示器，进行显示。ALU能进行多种算术运算和逻辑运算。4位ALU74 LS181能进行16种算术运算和逻辑运算。功能如下：方式M=1算术运算M=0算术运算S3 S2 S1 S0逻辑运算CN=1(无进位)CN=0（有进位)0 0 0 0F=/AF=AF=A加10 0 0 1F/(A+B)F=A+BF=(A+B) 加10 0 1 0F=(/A)BF=A+/BF=(A+/B) 加10 0 1 1F=0F=负1（

3、补码）F=00 1 0 0F=/(AB)F=A加A(/B)F=A加A/B加10 1 0 1F=/BF=(A+B) 加A/BF=(A+B) 加A/B加10 1 1 0F=ABF=A减B减1F=A减B0 1 1 1F=A/BF=A(/B)减1F=A(/B)1 0 0 0F=/A+BF=A加ABF=A加AB加11 0 0 1F=/(AB)F=A加BF=A加B加11 0 1 0F=BF=(A+/B)加ABF=(A+/B) 加AB加11 0 1 1F=ABF=AB减1F=AB1 1 0 0F=1F=A加AF=A加A加11 1 0 1F=A+/BF=(A+B)加AF=(A+B) 加A加11 1 1 0F=

4、A+BF=(A+/B) 加AF=(A+/B) 加A加11 1 1 1F=AF=A减1F=A(上表中的“/”表示求反)3、实验内容 3.1、实验电路图:（图1.1） 图1.13.2实验操作1）根据实验要求及实验原理图，在模拟系统平台上构建实验电路图。2）仔细阅读实验说明，了解各个元器件的使用方法及功能。3）根据实验要求，对电路进行参数设置，进行实验数据的验证，并将实验结果记录。（实验数据统计如下）3.3实验数据S3 S2 S1 S0数据1数据2算术运算（M=0）逻辑运算（M=1）CN=1（无进位）CN=0（有进位）0 0 0 0AH5HF=AHF=BHF=5H 0 0 0 1AH5HF=FHF=

5、0HF=0H 0 0 1 0AH5HF=AHF=BHF=5H 0 0 1 1AH5HF=FHF=0HF=0H 0 1 0 0FH1HF=DHF=EHF=EH 0 1 0 1FH1HF=DHF=EHF=EH 0 1 1 0FH1HF=DHF=EHF=EH 0 1 1 1FH1HF=EHF=EHF=EH 1 0 0 0FHFHF=EHF=FHF=FH 1 0 0 1FHFHF=EHF=FHF=FH 1 0 1 0FHFHF=EHF=FHF=FH 1 0 1 1FHFHF=EHF= FHF=FH 1 1 0 05H5HF=AHF=BHF=FH 1 1 0 15H5HF=AHF=BHF=FH 1 1

6、1 05H5HF=4HF=5HF=5H 1 1 1 15H5HF=4HF=5HF=5H4、总结及心得体会 通过实验，我对组成原理的课程设计环境有了初步的了解，基本能熟练的运用虚拟实验平台，并能运用虚拟实验平台来进行相关的实验验证。同时，我也了解并掌握了如何利用实验平台来设计电路，进行元器件的连接，此外还掌握了简单运算器的数据传送通道，了解了四位运算功能器的组合功能，基本掌握了算术运算逻辑的工作原理。 最重要的是，通过实验，加深了对组成原理及理论知识的了解。5、操作举例截图： 0000(S0-S3)-0(M)-0(CN)0100(S0-S3)-1(M)1000(S0-S3)-0(M)-1(CN)

7、实验二 运算器1、实验目的1) 熟练掌握算术逻辑但愿（ALU）的应用方法；2) 进一步熟悉简单运算器的数据传送原理；3) 熟练掌握有关数字元件的功能和使用方法。2、实验原理 本实验仿真单总线结构的运算器，原理图及相应的电路如下图所示。电路图中，上右下三方的8条线模拟8位数据总线；K8产生所需数据；74LS244为三态门电路，作为暂存工作寄存器DR1和DR2；两个74374层次块作为通用寄存器组（鉴于电路排列情况，只画出两个通用寄存器GR1和GR2，如果可能的话可设计4个或8个通用寄存器）；众多的开关作为控制电平或打入脉冲；众多的8段代码管显示相应位置的数据信息；核心为8位ALU层次块。图2.1

8、 运算器示意图图2.2 单总线结构的运算器示意图3、实验内容1. 电路工作原理说明：通过一些列连接在74LS244上的开关K8产生所需数据，控制74LS244芯片,将产生的数据输送到总线，经由总线，数据被存入指定通用寄存器（74LS374芯片）GR1或GR2；控制（74LS244）的使能端开关，将通用寄存器里的数据传送到暂存工作寄存器（74LS273芯片）DR1或DR2中；然后将DR1和DR2中的数据通过核心8位ALU部件运算，将结果又转存到GR1或者GR2中。众多的开关作为控制电平或打入脉冲；众多的8段代码管显示相应位置的数据信息；其中总线作为数据传输的通道。2. 74LS244N的功能及其

9、在电路中的作用，及输入信号G有何作用：74LS244芯片为三态门电路，用于设置各个寄存器的值，当使能端有效时，将输入信号输送到数据总线。输入信号G连接74LS244N芯片的使能端，控制芯片的作用。当G为低电平时，芯片导通，能正常工作；当G为高电平时，则芯片不能读取数据。3. 74LS273N的功能及其在电路中的作用，及输入信号CLK有何作用：74LS273芯片为触发器，在电路中作为暂存工作寄存器，在电路中起到临时寄存数据的作用。CLK为控制信号，连接芯片的使能端，当CLK处于上升沿是，芯片能正常工作。4. 74LS374N的功能及其在电路中的作用，及输入信号CLK和OC有何作用：74LS374

10、芯片为触发器，同时具有三态门的作用，在电路中作为通用寄存器，用来寄存数据。CLK为脉冲信号，在上升沿处罚；OC为使能控制信号，当OC为低电平是，芯片有效；当OC为高电平时，芯片断开。5. K8产生任意数据存入通用寄存器GR1：1）设置K8的值，产生一个任意数（测试时可指定一个2位16进制数）；2）将控制信号G设置为0（低电平），将数据传送至总线；3） 将GR1使能控制信号设为1（高电平），双击单脉冲，数据读取到寄存器GR1中；4）将GR1使能段控制信号设置为1，将寄存器锁存。6. K8产生任意数据存入通用寄存器GR2。1）设置K8的值，产生一个任意数（测试时可指定一个2位16进制数）；2）将控

11、制信号G设置为0（低电平），将数据传送至总线；3） 将GR2使能控制信号设为1（高电平），双击单脉冲，数据读取到寄存器GR1中；4）将GR1使能段控制信号设置为1，将寄存器锁存。7.完成GR1+ GR2GR1：1）在5、6的基础之上继续进行操作。2）设置G=1（屏蔽掉K8），将三态门电路锁存。3）根据逻辑功能表，进行如下设置：S3S0=0001B（对应BVCX四键）、CIN=1、M=0。4）设置GR1使能端为1，双击单脉冲，将GR1中的数据传送至数据总线，设置DR1使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR1中；5）设置GR2使能端为1，双击单脉冲，将GR2中的数据传送至数据总线，设置DR2

12、使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR2中；6）运算结果显示在显示器中，并传送至数据总线。7）双击单脉冲，数据读取到寄存器GR1中。8.完成GR1- GR2GR2：1）在5、6的基础之上继续进行操作。2）设置G=1（屏蔽掉K8），将三态门电路锁存。3）根据逻辑功能表，进行如下设置：S3S0=0110B（对应BVCX四键）、CIN=0、M=0。4）设置GR1使能端为1，双击单脉冲，将GR1中的数据传送至数据总线，设置DR1使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR1中；5）设置GR2使能端为1，双击单脉冲，将GR2中的数据传送至数据总线，设置DR2使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到

13、DR2中；6）运算结果显示在显示器中，并传送至数据总线。7）双击单脉冲，数据读取到寄存器GR2中。9.完成GR1GR2GR1：1）在5、6的基础之上继续进行操作。2）设置G=1（屏蔽掉K8），将三态门电路锁存。3）根据逻辑功能表，进行如下设置：S3S0=1011B（对应BVCX四键）、M=1。4）设置GR1使能端为1，双击单脉冲，将GR1中的数据传送至数据总线，设置DR1使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR1中；5）设置GR2使能端为1，双击单脉冲，将GR2中的数据传送至数据总线，设置DR2使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR2中；6）运算结果显示在显示器中，并传送至数据总线。

14、7）双击单脉冲，数据读取到寄存器GR1中。10.完成GR1GR2GR2：1）在5、6的基础之上继续进行操作。2）设置G=1（屏蔽掉K8），将三态门电路锁存。3）根据逻辑功能表，进行如下设置：S3S0=1110B（对应BVCX四键）、M=1。4）设置GR1使能端为1，双击单脉冲，将GR1中的数据传送至数据总线，设置DR1使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR1中；5）设置GR2使能端为1，双击单脉冲，将GR2中的数据传送至数据总线，设置DR2使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR2中；6）运算结果显示在显示器中，并传送至数据总线。7）双击单脉冲，数据读取到寄存器GR1中。11.完成G

15、R1GR2GR1。1）在5、6的基础之上继续进行操作。2）设置G=1（屏蔽掉K8），将三态门电路锁存。3）根据逻辑功能表，进行如下设置：S3S0=0110B（对应BVCX四键）、CIN=1、M=0。4）设置GR1使能端为1，双击单脉冲，将GR1中的数据传送至数据总线，设置DR1使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR1中；5）设置GR2使能端为1，双击单脉冲，将GR2中的数据传送至数据总线，设置DR2使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR2中；6）运算结果显示在显示器中，并传送至数据总线。7）双击单脉冲，数据读取到寄存器GR1中。12.GR1GR2。（“”表示逻辑非运算）1）在5、6

16、的基础之上继续进行操作。2）设置G=1（屏蔽掉K8），将三态门电路锁存。3）根据逻辑功能表，进行如下设置：S3S0=0000B（对应BVCX四键）、M=1。4）设置GR1使能端为1，双击单脉冲，将GR1中的数据传送至数据总线，设置DR1使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR1中；6）运算结果显示在显示器中，并传送至数据总线。7）双击单脉冲，数据读取到寄存器GR2中。13.GR2GR1：1）在5、6的基础之上继续进行操作。2）设置G=1（屏蔽掉K8），将三态门电路锁存。3）根据逻辑功能表，进行如下设置：S3S0=0000B（对应BVCX四键）、M=1。4）设置GR2使能端为1，双击单脉冲，

17、将GR2中的数据传送至数据总线，设置DR1使能端为1，双击单脉冲，将数据总线读取到DR2中；6）运算结果显示在显示器中，并传送至数据总线。7）双击单脉冲，数据读取到寄存器GR1中。4、总结及心得体会 通过实验，我更加熟练地掌握了算术逻辑但愿（ALU）的应用方法，并熟悉了简单运算器的数据传送原理，此外在数字元件的功能和使用方法方面也有了更深的了解。 通过实验，我对计算机硬件运行方面有了更加深入的了解，了解到了如何在硬件基础之上实现计算机的功能运算，通过自己的亲自动手操作，对计算机的运算过程有了更加清晰的认识了解。5、操作举例截图：K8产生任意数据存入通用寄存器GR1 K8产生任意数据存入通用寄存

18、器GR2实验三 模拟机设计1、实验目的1）掌握微程序执顺序强制改变的原理；2）掌握机器指令与微程序的对应关系；3）掌握机器指令的执行流程；4）本实验提供了五条机器指令，编写相应的微程序，并调试验证，形成整机概念。2、实验原理 模型机主要由运算器、控制器、存储器、数据总线、输入输出和时序产生器组成，模型机的结构图如图1所示。图3.1 模型机的结构图图2 模型机电路图当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，表3即为将图2的微程序流程图按微指令格式转化而成的二进制微代码表。二进制代码表微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE M17 M16ABPA 5A0000 0 0 0 0 0 0 1

19、 10 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 0010 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 0020 0 0 0 0 0 0 0 11 0 00 0 00 0 10 0 1 0 0 0030 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 0040 0 0 0 0 0 0 0 10 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 1050 0 0 0 0 0 0 1 10 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 0061 0 0 1 0 1 0 1 10 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 107

20、0 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 1100 0 0 0 0 0 0 0 00 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 1110 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 1120 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 1 1 1130 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 1 1 1 0140 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 1 0150 0 0 0 0 0 1 0 10 0 00 0 10 0

21、 00 0 0 0 0 1160 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 1170 0 0 0 0 0 0 0 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 0 1200 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 0 1 0210 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 0 0220 0 0 0 0 0 0 0 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 1 1230 0 0 0 0 0 0 1 10 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 1240 0 0 0 0 0 0 0

22、 00 1 00 0 00 0 00 1 1 0 0 0250 0 0 0 0 1 1 1 00 0 01 0 10 0 00 0 0 0 0 1260 0 0 0 0 0 0 0 11 0 10 0 01 1 00 0 0 0 0 1270 0 0 0 0 1 1 1 00 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 0300 0 0 0 0 1 1 0 10 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 03、实验内容: 以实验中给出的指令为例，对模拟机工作过程进行说明：*: PC-AR PC+1-PC RAM-BUS BUS-IR SW-R0 PC-AR PC+1-PC IN: RAM

23、-BUS BUS-IR PC-AR PC+1-PC RAM-BUS BUS-RAM RAM-BUS BUS-DR2 R0-DR1 DR1+DR2-R0 PC-AR PC+1-PC ADD: RAM-BUS BUS-IR PC-AR PC+1-PCRAM-BUS BUS-AR RO-BUS BUS-RAM PC-AR PA+A-PC OUT: RAM-BUS BUS-IR PC-AR PC+1-PC RAM-BUS BUS-AR RAM-BUS BUS-DR1DR1-LED PC-AR PC+1-PCJUMP: RAM-BUS BUS-IR PC-AR PC+1-PC PC-AR PC+1-PC

24、 RAM-BUS BUS-PCPC-AR PC+1-PC*:RAM-BUS BUS-IR SW-R0PC-AR PC+1-PC4、总结及心得体会第三个实验的结束，也宣告着本次课程设计接近了尾声！正如每次课程设计结束一样，我们的心中有一份释然，也感到一份压力。课程设计结束了，通过为期两周的课程设计，我了解到了自己在实践方面的不足，知道了自己的努力方向。就教学内容而言，通过实验，给我最大的感触就是：我了解了计算机运算的工作原理，通过最后一个实验，能基本了解到模拟机的工作原理，能简要的用自己的语言陈述微机工作原理。通过对实验，及对微机工作原理的了解，看到计算机硬件方面的发展力，对自己的今后发展有了更多的思路。从实验的开始，到最终能简要的陈述原理，经历了一个从懵懂到清晰的过程。在整个实验的过程中，我了解到合作、理解的重要性，不仅学习到知识，更重要的是学习到了一些学习之外的技能。