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计算机组成原理全部实验
计算机组成原理讲义
计算机科学技术系王玉芬
2012年11月3日
基础实验部分
该篇章共有五个基础实验组成,分别是:
实验一运算器实验实验二存储器实验实验三数据通路组成与故障分析实验实验四微程序控制器实验实验五模型机CPI组成与指令周期实验
实验一运算器实验
运算器又称作算术逻辑运算单元(ALU,是计算机的五大基本组成部件之一,主要用来完成算术运算和逻辑运算。
运算器的核心部件是加法器,加减乘除运算等都是通过加法器进行的,因此,加快运算器的速度实质上是要加快加法器的速度。
机器字长n位,意味着能完成两个n位数的各种运算。
就应该由n个全加器构成n位并行加法器来实现。
通过本实验可以让学生对运算器有一个比较深刻的了解。
、实验目的
1.掌握简单运算器的数据传输方式。
2.掌握算术逻辑运算部件的工作原理。
3.熟悉简单运算器的数据传送通路。
4.给定数据,完成各种算术运算和逻辑运算。
二、实验内容:
完成不带进位及带进位的算术运算、逻辑运算实验。
总结出不带进位及带进位运算的特点。
三、实验原理:
1.实验电路图
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图4-1运算器实验电路图
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-_ii'lT—■UJfi— M>h 丄31 liilr AilI和 MbR h*■ M.U AThr II US II TR ij AT H汕」.二14石Hh 2ZElCLtft mt”选才N壬主 _: l■门u'e^~"' uia b" kru'-t sn 」 LPRNS 2亠上亠油55常 L- A—Jfl ■■ ^1■&t.. tf«-L ■IF Ah- 一y nr E3 A 14 2.实验原理 I 5一M壬二 a 亠——占戏 —垃— 数据通路实验是将前面进行过的运算器实验模块和存贮器实验模块两部分电路连 在一起组成的。 原理图见图7。 实验中,除T4,T3信号外,所有控制信号为电平控制信号,这些信号由逻辑开关 来模拟,其信号的含义与前两个实验相同。 我们按图7进行实验。 四、实验步骤 (在完成一个实验后,应将所有的信号状态置成“1”高电平状态) 实验前将TJ,DP开关置11,使时序发生器处于单拍状态,按一次P时序信号输出 表3数据通路实验过程表 SW7 BUS ALU 7BUS CE WE LDA R LDD R1 LDDR 2 S3S2S1 S0 M /CN SW77 SW0 A7— A0 D0—D7 单次按 钮P 注释 0 1 1 1 0 1 0 XXXX X 1 44H XXX X 44H 44H存入DR1 0 1 1 X 0 0 1 XXXX X 1 AAH XXX X AAH t AAH存入DR2 1 0 1 X 0 0 0 1110 1 1 XXH XXX X EEH DR1+DR2=EEH(或运算) 1 0 1 X 0 0 1 1110 1 1 XXH XXX X EEH t EEH存入DR2 1 0 1 X 0 0 0 0110 1 1 XXH XXX X AAH DR1®DR2=AAH(异或运 算) 1 0 1 X 0 1 0 0110 1 1 XXH XXX X AAH7 44H t AAH存入DR1;DR1®DR2 =44H 0 1 1 X 1 0 0 XXXX X 1 AAH AAH AAH t 地址AAH存入AR 1 0 0 1 0 0 0 1010 1 1 XXH AAH EEH t DR2内容存入RAM 0 1 1 1 1 0 0 XXXX X 1 ABH ABH ABH 地址ABH存入AR 1 0 0 1 0 0 0 1111 1 1 XXH ABH AAH t DR1内容存入RAM 0 1 1 1 1 0 0 XXXX X 1 AAH AAH AAH t 地址AAH存入AR 1 1 0 0 0 1 0 XXXX X 1 XXH AAH EEH t 读RAM内容送DR1 0 1 1 1 1 0 0 XXXX X 1 ABH ABH ABH t 地址ABH存入AR 1 1 0 0 0 0 1 XXXX X 1 XXH ABH AAH t 读RAM内容送DR2 0 1 1 1 1 0 0 XXXZX X 1 ACH ACH ACH t 地址ACH存入AR 0 1 0 1 0 0 0 XXXX X 1 FFH ACH FFH t 数据FFH存入RAM 0 1 1 1 1 0 0 XXXX X 1 ADH ADH ADH t 地址ADH存入AR 0 1 0 1 0 0 0 XXXX X 1 00H ADH 00H 数据00H存入RAM 表3中,列出了数据通路组成实验的一部分实验步骤,其它部分同表中的实验步骤相同,只是实验的数据及存贮单元不同。 表中带X的内容是随机状态,它的电平不影响实验结果。 表中带“一”的地方表示需要按单次脉冲P,无“一” 的地方则表示不需要按单次脉冲P。 注意: A7—A0所接的地址显示情况是按单次脉冲P后的状态,A7—A0的 显示才与表中相同,否则显示的是上一个地址。 实验四微程序控制器实验 、实验目的 熟悉微指令格式的定乂。 掌握微程序控制器的基本原理。 二、实验内容: 分别完成输入指令、加法指令、存数指令、输出指令、无条件转移指令、强 迫RAM卖、强迫RAMI的微指令流程,并观察微地址的变化。 三、实验原理: 3.1实验电路图 ini GMb7 b □ Em 卒 4 * 0 W, ■p•►- in^ 5# TffT BV W- yPUFW HALSmlEiCitiisaBSSS 羽ALsmeesanAAB55 aSESHBSQ B&SBASaB S 亠 7 5 ■0讪 MLS74 斗 MSL3J MWffl Aa 27M 74ALS17JbItaa ? ;T71^T: iT;;isEE^E 岳市cmsm呂E U*M 27B4 ■ftin呦IJ严冲MMS」冥 卅I f™l EEEEEfps网LSM4壬35SsasJ£fi TSi= '4” II ’_yjj.i问电: 3 J 目 Udb・! ■ ■nir"*■3- 』r 0 8 3 肿a 14JI9 图4-4微程序控制器电路图 3.2 实验原理 一条指令由若干条微指令组成,而每一条微指令由若干个微指令及下一微地 址信号组成。 不同的微指令由不同的微命令和下一微指令地址组成。 它们存放在 控制存贮器(2764)中,因此,用不同的微指令地址读出不同的微命令,输出不 同的控制信号。 微程序控制器的电路图见图4-4,UA4-UAO为微地址寄存器。 控制存贮器由3片2764组成,从而微指令长度为24位。 微命令寄存器为20位,由2片8D触发器74LS273和1片4D触发器74LS175 组成。 微地址寄存器5位,由3片正沿触发的双D触发器74LS74组成,它们带有清零端和预置端。 在不判别测试的情况下,T2时刻打入的微地址寄存器内容为 下一条指令地址。 在需要判别测试的情况下,T2时刻给出判别信号P (1)=1及下一条微指 令地址01000。 在T4上升沿到来时,根据P (1)IR7,IR6,IR5的状态条件对 微地址01000进行修改,然而按修改的微地址读出下一条微指令,并在下一个 T2时刻将读出的微指令打入到微指令寄存器和微地址寄存器。 CLR(即P2)为清零信号。 当CLR为低电平时,微指令寄存器清零,微指 令信号均无效。 微指令格式见下表: 表4-4微指令格式表 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 S3 S2 S1 S0 M /CN LOAD
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