计算机组成原理实验报告Word格式文档下载.docx

计算机组成原理实验报告Word格式文档下载.docx

《计算机组成原理实验报告Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机组成原理实验报告Word格式文档下载.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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000…0，在补中100…0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，则真值到补码的转换规则是：

[x]补=2^（n）+x（模2^n）,“^”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100…0；

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2^n）,“^”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1～3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

①建立汇编语言的工作环境

②调用编辑程序EDIT建立汇编语言源程序（ASM文件）

③调用汇编程序MASM（或ASM）产生目标文件（OBJ文件）

④调用连接程序LINK产生执行文件（EXE文件）

⑤程序的执行

⑥调试程序DEBUG

2、字符串的显示并传送

1）、代码：

2）、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EXD0～EXD7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（U37）给出，地址值由8个LED灯LAD0～LAD7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KD0～KD7提供，并经一三态门74LS245（U51）连至外部数据总线EXD0～EXD7，实验时将外部数据总线EXD0～EXD7用8芯排线连到内部数据总线BUSD0～BUSD7，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RAM6264的电路

由于地址寄存器为8位，故接入6264的地址为A0～A7，而高4位A8～A12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

⑴MBUS连BUS2；

⑵EXJ1连BUS3；

⑶跳线器J22的T3连TS3；

⑷跳线器J16的SP连H23；

表1-1静态RAM6264的功能表

⑸跳线器SWB、CE、WE、LDAR拨在左边（手动位置）。

3、实验步骤

⑴连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。

⑵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、"

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"

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相同。

⑶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。

⑷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

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。

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INPUTDEVICE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“BUSUNIT”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，其它均为电平信号。

由于实验电路中的时序信号均已连至W/RUNIT的相应时序信号引出端，因此，在进行实验时，只需将W/RUNIT的T4接至STATEUNIT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SWITCHUNIT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）

1）ALUBUS连EXJ3

2）ALU01连BUS1

3）SJ2连UJ2

4）跳线器J23上T4连SD

5）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

（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DR1。

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。

AR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KDO～KD7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，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00000，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CY，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4－1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4—1

移位运算实验原理图4－1

①ALUO2连BUS4；

②EXJ1连BUS3；

③SJ2连UJ2；

④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。

⑤跳线器J23的T4连SD；

①连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。

②置数，具体步骤如下：

③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。

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。

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:

00000001INR1；

"

输入开关量"

→R1

01H:

00010001ADDR1，[0DH]；

R1+[0DH]→R1

02H:

00001101

04H:

01110001RLR1

05H:

01100001RRCR1

06H:

01010001RRR1

07H:

00100001STA[0EH]

08H:

00001110；

R1→[OEH]

09H:

00110000OUT[0EH]

0AH:

[0EH]→LED

0BH:

01000000JMPOOH；

OOH→PC

0CH:

00000000

0DH:

01000000；

自定义数据

0EH:

3.微程序设计

4.调试过程

5.分析过程

执行的操作是：

PC→B,LDAR,允许PC加1（LDPC=1）,转微地址：

02

存储器CE有效,存储器读,LDIR,P

（1）测试:

NA（3～0）或（IR7～IR4）,转微地址：

08

输入开关SWB有效,LDR0,转微地址：

01

09

03

存储器CE有效,存储器读,LDAR,转微地址：

04

存储器CE有效,存储器读,LDDR2,转微地址：

05

R0→B,LDDR1,转微地址：

06

算术:

A加B,ALU→B,LDR0,转微地址：

0A

07

0D

存储器CE有效,写存储器,R0→B,转微地址：

0B

0E

0F

存储器CE有效,存储器读,LDDR1,转微地址：

15

A,数码管LEDB有效,写LED,ALU→B,转微地址：