组成原理实验报告.docx
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组成原理实验报告
组成原理实验报告
组成原理实验报告
指令总线运用实验
一、实验目旳
1.熟悉和了解指令总线的数据通路与构成途径。
2.掌握指令部件的“取指”规则及地址段运用技巧。
二、实验要求
通过指令部件实验,建立“指令暂存”概念,领会“操作码段”和“操作数段”的用途。
三、实验原理
指令总线(IBUS)作为传递指令信息的通道是连接指令部件的钮带,如图2-7-1所示,在取指操中指令信息由主存流向指令寄存器IR和指令译码器ID,若取操作数亦可经三态门流向数据总线,指令总线(IBUS)也是主存及IR与数据总线之间的互递通路,在主存读写周期与数据总线双向交換信息,在通用寄存器或内存寻址操作中透过数据总线单向传递地址信息。
4、数据通路
图2-3-11十六位指令总线数据通路
5、实验过程
1)实验连线
连线
信号孔
接入孔
作用
有效电平
1
DRCK
CLOCK
单元手动实验状态的时钟来源
下降沿打入
2
W
K6(M6)
总线字长:
0=16位字操作,1=8位字节操作
3
XP
K7(M7)
源部件奇偶标志:
0=偶寻址,1=奇寻址
4
OP
K16(M16)
目标部件奇偶标志:
0=偶寻址,1=奇寻址
5
X2
K10(M10)
源部件定义译码端X2
三八译码
八中选一
低电平有效
6
X1
K9(M9)
源部件定义译码端X1
7
X0
K8(M8)
源部件定义译码端X0
8
MWR
K21(M21)
EM程序存储器写使能,本例定义到K21位
低电平有效
9
LDPC
K22(M22)
PC程序计数器更新位,本例定义到K22
低电平有效
10
E/M
K23(M23)
当IP有效时,E/M:
0=PC装载,1=PC加1
11
LDIR
K2(M2)
IR指令寄存器写使能,本例定义到K2位
低电平有效
2)指令寄存器IR字打入
拨动“I/O输入输出单元”开关向指令寄存器IR置数,具体操作步骤如下:
3)指令寄存器IR偶字节打入
拨动“I/O输入输出单元”开关向指令寄存器IR偶址置数,操作步骤如下:
4)指令寄存器IR奇字节打入
拨动“I/O输入输出单元”开关向指令寄存器IR奇址置数,操作步骤如下:
令PC=0
按【返回】键
置数
I/O=XX78h
数据来源
I/O单元
指令寄存器
IR=78XXh
K10~K6=10001
K21K16=01
按【单拍】按钮
令K2=0
5)指令寄存器IR取指与散转
以PC为地址,向程序存储器EM存放指令码,通过内部指令总线将指令码打入指令寄存器,实现指令码的散转。
指令码写入成功后,关闭所有微控制位(K23~K0=全“1”),令IR控制位为0,按【单拍】按钮,将指令码20h打入IR指令寄存器,微地址uPC散转为0640h:
六、实验结果
1、指令寄存器IR字打入
2、指令寄存器IR偶字节打入
3、指令寄存器IR奇字节打入
4、指令寄存器IR取指与散转
七、实验感想
十六位机运算器实验
一、实验目的
完成算术、逻辑、移位运算实验,熟悉ALU运算控制位的运用。
二、实验原理
实验中所用的运算器数据通路如图2-4-1所示。
ALU运算器由CPLD描述。
运算器的输出经过2片74LS245三态门与数据总线相连,2个运算寄存器AX、BX的数据输入端分别由4个74LS574锁存器锁存,锁存器的输入端与数据总线相连,准双向I/O输入输出端口用来给出参与运算的数据,经2片74LS245三态门与数据总线相连。
图2-4-1 运算器数据通路
图中AX、BX的写控制由O2~O0编码定义,通过按【单拍】钮完成运算源的数据打入。
三、运算器功能编码
表2.4.1ALU运算器编码表
算术运算
逻辑运算
K15
K13
K12
K11
功能
K15
K13
K12
K11
功能
M
S2
S1
S0
M
S2
S1
S0
0
0
0
0
A+B+C
1
0
0
0
B
0
0
0
1
A—B—C
1
0
0
1
/A
0
0
1
0
RLC
1
0
1
0
A-1
0
0
1
1
RRC
1
0
1
1
A=0
0
1
0
0
A+B
1
1
0
0
A#B
0
1
0
1
A—B
1
1
0
1
A&B
0
1
1
0
RL
1
1
1
0
A+1
0
1
1
1
RR
1
1
1
1
A
(1)字逻辑运算
令MS2S1S0(K15K13~K11=1101),为逻辑与,FUN及总线显示AX逻辑与BX的结果。
令MS2S1S0(K15K13~K11=1100),为逻辑或,FUN及总线显示AX逻辑或BX的结果。
1.字节逻辑运算
2.偶字节写操作(置数操作)
拨动“I/O输入输出单元”开关向寄存器AL和BL置数,具体操作步骤如下:
(1)偶字节读操作(运算寄存器AL和BL内容送数据总线)
读AL
关闭控位
AL→DBUS
K10~K6=11001
读BL
K15~K11=11000
BL→DBUS
K23~K0=全”1”
1若运算控制位设为(MS2S1S0=1111)则F=AL,即AL内容送到数据总线。
2若运算控制位设为(MS2S1S0=1000)则F=BL,即BL内容送到数据总线。
(2)偶字节逻辑运算
令MS2S1S0(K15K13~K11=1101),为逻辑与,FUN及总线显示AL逻辑与BL的结果。
令MS2S1S0(K15K13~K11=1100),为逻辑或,FUN及总线显示AL逻辑或BL的结果。
(2)奇字写操作(置数操作)
拨动“I/O输入输出单元”开关向寄存器AH和BH置数,操作步骤如下:
(3)奇字节读操作(运算寄存器AH和BH内容送总线)
关闭AH、BH写使能,令K17=K18=1,按下流程分别读AH、BH。
读AH
关闭控位
AH→DBUS
K10~K6=11011
读BH
K15~K11=11000
BH→DBUS
K23~K0=全”1”
1若运算控制位设为(MS2S1S0=1111)则F=AH,即AH内容送到数据总线。
2若运算控制位设为(MS2S1S0=1000)则F=BH,即BH内容送到数据总线。
(4)奇字节逻辑运算
令MS2S1S0(K15K13~K11=1101),为逻辑与,FUN及总线显示AH逻辑与BH的结果。
令MS2S1S0(K15K13~K11=1100),为逻辑或,FUN及总线显示AH逻辑或BH的结果。
5、实验结果
示例1 算术运算
1、字算术运算
(1)字写操作(置数操作)
(2)字读操作(运算寄存器AX和BX内容送总线)
(3)字逻辑运算
2、字节算术运算
(1)偶字节写(置数操作)
(2)偶字节读操作(运算寄存器AL和BL内容送总线)
(3)偶字节减法运算(不带进位加)
示例2 逻辑运算
1、字逻辑运算
(1)字写操作(置数操作)
(2)字读操作(运算寄存器AX和BX内容送总线)
(3)字逻辑运算
2、字节逻辑运算
(1)偶字节写操作(置数操作)
(2)偶字节读操作(运算寄存器AL和BL内容送数据总线)
(3)偶字节逻辑运算
(4)奇字写操作(置数操作)
(5)奇字节读操作(运算寄存器AH和BH内容送总线)
(6)奇字节逻辑运算
6、实验思考
验证表下表ALU运算器编码表所列的运算功能。
在给定AX=6655h、BX=AA77h的情况下,改变运算器的功能设置,观察运算器的输出,填入下页表格中,并和理论分析进行比较、验证。
表2.4.2 ALU运算器真值表
运算控制
运算表达式
K15
K13
K12
K11
AX
BX
运算结果
M
S2
S1
S0
带进位算术加
A+B+C
0
0
0
0
6655
AA77
FUN=(10CC)
带借位算术减
A-B-C
0
0
0
1
6655
AA77
FUN=(BBDE)
带进位左移
RLCA
0
0
1
0
6655
AA77
FUN=(CCAA)
带进位右移
RRCA
0
0
1
1
FUN=(332A)
算术加
A+B
0
1
0
0
FUN=(10CC)
算术减
A-B
0
1
0
1
FUN=(BBDE)
左移
RLA
0
1
1
0
FUN=(CCAA)
右移
RRA
0
1
1
1
FUN=(B32A)
取BX值
B
1
0
0
0
6655
AA77
FUN=(AA77)
AX取反
NOTA
1
0
0
1
6655
AA77
FUN=(99AA)
AX减1
A-1
1
0
1
0
6655
AA77
FUN=(6654)
清零
0
1
0
1
1
FUN=(0000)
逻辑或
AORB
1
1
0
0
FUN=(EE77)
逻辑与
AANDB
1
1
0
1
FUN=(2255)
AX加1
A+1
1
1
1
0
FUN=(6656)
取AX值
A
1
1
1
1
FUN=(6655)
7、实验感想
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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- 组成 原理 实验 报告