计算机组成原理实验报告.docx

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计算机组成原理实验报告

实验一

实验题目：

运算器实验

实验目的：

熟悉存储器和总线的硬件电路

实验要求：

按照实验步骤完成实验项目,利用存储器和总线传输数据

实验器材：

计算机组成原理实验仪

实验电路图/程序流程图:

实验步骤/程序源代码：

实验原理：

实验中所用的运算器原理如图1所示。

其中运算器由两片74LS181以并/川形式构成8位字长的ALU。

运算器的输出经过有一个三态门（74LS245）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锁存，锁存器的输入已连至数据总线，数据开关用来给出参与运算的数据，经一三态门和数据总线相连，数据显示灯已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。

本实验装置的控制线应与相连，数据总线、时序电路产生的脉冲信号（T1-T4）、P

（1）、P

（2）、P（3）本实验装置已做连接，必须选择一档合适的时钟，其余均为电平控制信号。

进行实验室，首先按动位于本实验装置右中则的复位按钮使系统进入初始待令状态，在LED显示器闪动出现“P”的环境下，按动增址命令键使LED显示器自左向右第一位显示提示符“H”，表示本装置已进入手动单元实验状态，在该状态下按动单步命令键，即可获得实验所需的单脉冲信号，而各电平控制信号用位于LED显示器左方的K25-K0二进制数据开关来模拟。

在进行手动实验时，必须先预置开关电平：

/Load=1,/CE=1,其余开关控制信号电平均置为0，这在以后手动实验时不再说明，敬请注意。

实验连接：

按上图实验线路作以下连接：

（1）八位运算器控制信号连接：

位于实验装置左上方的控制信号（CTR-OUTUNIT）中的（S3、S2、S1、S0、M、/CN、LDDR1、LDDR2、LDCZY、C、B、A）与位于实验装置右中方的（CTR-INUNIT）、位于实验装置左中方的（UPCUNIT）、位于右上方的（FLUNIT）做对应链接。

（2）完成上述连接，仔细检查无误后方可接通电源进入实验。

实验仪器工作状态设定

在闪动的“P”状态下按动“增址”命令键，使LED显示器自左向右第一位显示提示符“H”，表示本装置已进入手动单元实验状态。

实验项目：

1、算术运算实验

拨动二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数（置数灯亮表示它所对应的数据位为‘1’、反之为‘0’）。

具体操作步骤图示如下：

检验DR1和DR2中存的数是否正确，具体操作为：

关闭数据输入三态门，打开ALU输出三态门，当置S3、S2、S1、S0、M为11111时，总线指示灯显示DR1中的数，而置10101时总线指示灯将显示DR2中的数。

算术运算（不带进位加）的实验方法，置CBA=010，S3、S2、S1、S0、M、/CN状态为100101，LDCZY=0，此时数据总线上的显示灯应为00001100（0CH）。

2、进位控制实验

进位控制运算器的实验原理如图1右上下角所示，其中181的进位端进入LS74锁存器D端，该端的状态锁存由T4、/CN和LDCZY信号控制，T4是时序脉冲信号，在T4周期将本次运算的进位结果锁存到进位锁存器中，实验时按动“单步”命令键产生。

/CN、LDCZY是电平控制信号，在/CN=0时实现强制性带进位运算且进位为1，/CN=1、LDCZY=0时实现不带进位控制运算；在/CN=1、LDCZY=1时可实现带进位控制运算。

（1）进位标志清零具体操作方法如下：

关闭数据输入三态（CBA=000）,S3、S2、S1、S0、M的状态置为00000，/CN状态置为0，

LDCZY状态置为1，（清零时DR1寄存器中的数应不等于FF）按动单步命令键。

注：

进位标志指示灯CY亮时表示进位标志为1，有进位；标志指示灯CY灭时表示进位标志为0，无进位。

（2）用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数

首先关闭ALU输出三态门（CBA=000），开启数据开关输入三态门（CBA=001），设置数据开

关。

例如向DR1存入01010101，向DR2存入10101010。

具体操作步骤同上。

（3）验证带进位运算及进位锁存功能，使/CN=1，LDCZY=1，来进行带进位算术运算。

例如：

做加法运算，首先向DR1、DR2置数，然后关闭数据输入三态门（CBA=000）、打开ALU输出三态门（CBA=010），S3、S2、S1、S0、M状态为10010，此时数据总线上显示的数据为DR1加DR2加当前进位标志，这个结果是否产生进位，则要按动单步命令键，若进位标志（CY）灯亮，表示有进位；反之无进位。

在给定DR1=65、DR2=A7的情况下，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，填入下表中，并和理论分析进行比较、验证。

3、逻辑运算实验

拨动二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数分别为65H、A7H（置数灯亮表示它所对应的数据为“1”、反之为0）.具体操作步骤同上：

检验DR1和DR2中存的数是否正确，具体操作为：

关闭数据输入三态（CBA=000）,打开ALU输出三态门（CBA=010），当置S3、S2、S1、S0、M状态为11111时，总线指示灯显示DR1中的数，而置10101时总线指示灯显示DR2中的数。

逻辑或非运算的方法是置CBA=010，S3、S2、S1、S0、M状态为00011，此时数据总线上的显示灯应为00011000（18H）.

实验结果分析：

图1.1

图1.2

图1.3

结果分析:

图1.1把00000110送总线,图1.2把00010110送总线,图1.3为运算结果:

00011100.

实验日期：

2018.05.11

成绩评定：

□优秀（100-90分）

□良好（89-80分）

□中等（79-70分）

□及格（69-60分）

□不及格（60-0分）

教师签名：

年月日

实验二

实验题目：

移位寄存实验

实验目的：

熟悉存储器和总线的硬件电路

实验要求：

按照实验步骤完成实验项目,利用存储器和总线传输数据

实验器材：

计算机组成原理实验仪

实验电路图/程序流程图:

实验步骤/程序源代码：

实验原理：

上图所示，使用了一片74LS299作为移位发生器，其中八位输入/输出端已与总线单元连接好。

由299-B信号控制其使能端，T4时序为其时钟脉冲，实验时按动“单步”命令键产生。

由S0、S1、M控制信号设置其运行状态，其控制特性列表如下：

299-B=0

S1

S0

M

功能

0

0

0

任意

保持

0

1

0

0

循环右移

0

1

0

1

带进位循环右移

0

0

1

0

循环左移

0

0

1

1

带进位循环左移

任意

1

1

任意

装数

说明：

令C、B、A=111时表中299-B=0。

在“H”实验状态下，C、B、A分别由位于实验装置左上方的二进制开关K9、K8、K7来模拟，M、S0、S1分别由二进制开关K21、K22、K23来模拟。

实验连接：

连接实验线路，把位于实验装置左上方的CTR-OUTUNIT（S0、S1、M、C、B、A、LDCZY）与实验装置右中央的（S0、S1、M）CTR-INUNIT、左中央的（C、B、A）UPC-UNIT、右上方的（LDCZY）FL-UNIT中的控制信号作对应连接。

移位寄存器置数：

首先置CBA为000，然后按下面所列流程图操作：

寄存器移位：

首先置CBA为001输入数据，然后置CBA为111（299-B=0，打开移位寄存器三态门），然后参照（移位寄存器控制特性表）改变S0、S1、M，按动“单步”命令键观察移位结果。

移位结果寄存：

把移位寄存器移位后的内容寄存到通用寄存器（以R0为例），在移位操作后保持CBA=111（即299-B=0）及S0、S1=00状态，令LDR0=1,再按动“单步”命令键即可完成移位结果，保存到通用寄存器的操作。

移位结果读出：

置CBA=100，总线指示灯（BUS-DISPUNIT）显示R0寄存器的内容，该内容与移位寄存器的内容一致。

实验结果分析：

图2.1

图2.2

结果分析:

如图2.1,,总线指示灯显示寄存器的内容“00001010”（绿灯显示）.按下STEP

向左移一位变成”00010100”如图2.2

实验日期：

2018.05.25

成绩评定：

□优秀（100-90分）

□良好（89-80分）

□中等（79-70分）

□及格（69-60分）

□不及格（60-0分）

教师签名：

年月日

实验三

实验题目：

堆栈寄存器实验

实验目的：

熟悉存储器和总线的硬件电路

实验要求：

按照实验步骤完成实验项目,利用存储器和总线传输数据

实验器材：

计算机组成原理实验仪

实验电路图/程序流程图:

实验步骤/程序源代码：

实验原理：

实验中所用的堆栈寄存器数据通路如图3所示。

由三片8位字长的LS374组成R0、R1、R2寄存器堆。

三个寄存器的输入/输出已连至BUS总线。

图中R0-B、R1-B、R2-B经CBA二进制控制开关译码产生数据输出选通信号（详见表3-1），LDR0、LDR1、LDR2为数据写入允许信号，由二进制控制开关来模拟，均为高电平有效；T4信号为寄存器数据写入脉冲，上升沿有效。

在手动实验状态（即“H”状态）每按动一次“单步”命令键，产生一个T4信号。

C

B

A

选择

1

0

0

R0-B

1

0

1

R1-B

1

1

0

R2-B

表3-1

实验内容：

堆栈寄存器的使用

拨动二进制数据开关（INPUT-UNIT）向R0和R1寄存器置数（置数灯亮表示它所对应的数据位为“1”、反之为“0”）。

具体操作步骤图示如下：

堆栈寄存器的读出

关闭数据输入三态门（CBA=000）,分别打开通用寄存器R0、R1、R2输出控制位，当CBA=100时，总线指示灯显示R0中的数据01H；当CBA=101时，总线指示灯显示R1中的数据80H；当CBA=110时，总线指示灯显示R2中的数据（随机）。

实验结果分析：

图3.1

图3.2

图3.3

图3.4

图3.5

结果分析:

如图3.1,输入00000101，存入寄存器R0;图3.2,输入00000011，存入寄存器R1;

图3.3,将C置‘1’B置‘0’A置‘0’，显示R0中数据00000101;图3.4,将C置‘1’B置‘0’A置‘1’，显示R1中数据00000011;图3.5,将C置‘1’B置‘1’A置‘0’，随机显示R2中数据.

实验日期：

2018.06.05

成绩评定：

□优秀（100-90分）

□良好（89-80分）

□中等（79-70分）

□及格（69-60分）

□不及格（60-0分）

教师签名：

年月日

实验五

实验题目：

缓存输入/锁存输出实验

实验目的：

熟悉存储器和总线的硬件电路

实验要求：

按照实验步骤完成实验项目,利用存储器和总线传输数据

实验器材：

计算机组成原理实验仪

实验电路图/程序流程图:

实验步骤/程序源代码：

实验原理：

实验中所用的输入/输出设备如图5所示。

其中输入设备有8位数据开关经一个三态门（74LS245）已和数据总线相连，其输出端控制8个发光二极管以二进制方式显示输出结果（灯亮表示该输出位为1，灯灭表示该输出位为0）。

实验连接：

连接线路，把位于实验装置中下方的CS1（EXTUNIT）与/IOCS（OUTPUT-UNIT）相连用于片选74LS273（OUTPUT-UNIT），把位于实验装置左上方的C、B、A、LDARH、WE与位于实验装置左中央的（UPCUNIT）、EXTUNIT中的控制信号作对应连接。

实验内容：

输入设备缓冲输入经输出设备锁存输出的实验步骤图示如下：

在手动实验状态（即“H”状态），将LDARH置‘1’WE置‘0’打开数据输入三态门（CBA=001），（即通过74LS3139译码得CS1接到OUTPUT-UNIT的/IOCS端，来片选74LS273）然后数据开关设置为00000001H，在按“单步”键产生单次触发脉冲，即把数据开关所设定的00000001锁存输出，8位输出数据灯应显示00000001.改变数据开关的设置LDARH为‘0’，WE为‘1’再按单步键可把当前数据开关的内容锁存至8位输出数据灯显示。

实验结果分析：

图5.1

结果分析:

如图5.1,将数据开关设定的“00000101”锁存输出（绿灯显示）.

实验日期：

2018.06.08

成绩评定：

□优秀（100-90分）

□良好（89-80分）

□中等（79-70分）

□及格（69-60分）

□不及格（60-0分）

教师签名：

年月日

实验六

实验题目：

存储器和总线实验

实验目的：

熟悉存储器和总线的硬件电路

实验要求：

按照实验步骤完成实验项目,利用存储器和总线传输数据

实验器材：

计算机组成原理实验仪

实验电路图/程序流程图:

实验步骤/程序源代码：

实验原理：

实验所用的半导体静态存储器电路原理如图6所示，该静态存储器由一片6116（2K*8）构成，其数据线（D0-D7）已和数据总线（BUS-DISPUNIT）相连接，地址线由地址锁存器（74LS273）给出，该锁存器的输入已连至数据总线。

地址A0-A7与地址总线相连，显示地址内容。

数据开关经一三态门（74LS245）已连至数据总线，分时给出地址和数据。

因为地址寄存器为8位，接入6116的地址A7-A0，而高三位A8-A10本实验装置已接地，其容量为256字节。

6116有三根控制线：

/CS（片选线）、OE（读线）、WE（写线）。

当片选有效（/CS=0）时，同时OE=0时，WE=0时进行读操作。

本实验中将OE引脚接地，在此情况下，当/CS=0、WE=1时进行写操作，/CS=0、WE=0时进行读操作，其写时间与T3脉冲宽度一致。

实验时T3脉冲由“单步”命令键产生，其它电平控制信号由二进制开关模拟，其中/CE（存储器片选信号）为低电平有效，WE为写/读（W/R）控制信号，当WE=0时进行读操作、当WE=1时为写操作。

实验步骤：

1、控制信号连接：

位于实验装置右侧边缘的RAM片选端（/CE）、写/读线（WE）、地址锁存信号（LDAR）与位于实验装置左上方的控制信号（/CE、WE、LDAR）之间对应相连。

位于实验装置左中方（C、B、A）与位于实验装置左上方的（C、B、A）对应相连。

2、完成上述连接，仔细检查无误后方可进入本实验。

在闪动的“P”状态下按动增址命令键，使LED显示器自左向右第一位显示提示符“H”,表示本装置已进入手动单元实验状态。

（若当前处“H”状态，本操作可略）.

内部总线数据写入存储器

给存储器的00、01、02、03、04地址单元中分别写入数据11、12、13、14、15，具体操作步骤如下：

（以向00地址单元写入11数据为例，然后重复操作将数据分别写入各地址单元）。

读存储器的数据到总线上

依次读出第00、01、02、03、04单元中的内容，观察上述各单元中的内容是否与前面写入的一致。

具体操作步骤如下：

（以从00单元读出11数据为例，其它则类似）

实验结果分析：

图6.1

图6.2

结果分析:

如图6.1,将内部总线数据“00000111”（红灯显示）写入了存储器;然后将存储器中的数据“00000111”读到总线上（绿灯显示）.

实验日期：

2018.06.12

成绩评定：

□优秀（100-90分）

□良好（89-80分）

□中等（79-70分）

□及格（69-60分）

□不及格（60-0分）

教师签名：

年月日