《计算机组成原理》实验二报告

计算机组成原理实验报告2上海大学计算机组成原理实验报告二姓名：学号：座位号：上课时间：教师：报告成绩：一、实验名称：运算器实验二、实验目的：1. 学习数据处理部件的工作方式控制。

2. 学习机器语言程序的运行过程。

三、实验原理：CP226实验仪的运算器由一片CPLD实现，包括8种运算功能。

运算时先将数据写到寄存器A和寄存器W中，根据选择的运算方式系统产生运算结果送到直通门D。

实验箱上可以向DBUS送数据的寄存器有：直通门D、左移门L、右移门R、程序计数器PC、中断向量寄存器IA、外部输入寄存器IN 和堆栈寄存器ST。

它们由138译码器的四、实验内容：1. 计算37H+56H后左移一位的值送OUT输出。

2. 把36H取反同54H相与的值送人R1寄存器。

五、实验步骤：实验内容(一):1. 关闭电源。

用8位扁平线把J2和J1连接。

2. 用不同颜色的导线分别把K0和AEN、K1和WEN、K2和S0、K3和S1、K4和S2、K6和X0、K7和X1、K8和X2、K9和OUT连接。

3. K15～K0全部放在1位，K23 ~K16放0位。

4. 注视仪器，打开电源，手不要远离电源开关，随时准备关闭电源，注意各数码管、发光管的稳定性，静待10秒，确信仪器稳定、无焦糊味。

5. 设置实验箱进入手动模式。

6. 设置K0=0，K8K7K6=000，K23 ~K16=0011 0111。

7. 按下STEP键，在A寄存器中存入37。

8. 设置K0=1，K1=0，K23 ~K16=0101 0110。

9. 按下STEP键，在W寄存器中存入56。

10. 设置K0=1，K1=1，K8K7K6=110，K4K3K2=000。

11. 按下STEP键，L寄存器显示1A。

12. 设置K9=0,其他保持不变。

13. 按下STEP键，OUT寄存器显示1A。

14. 关闭实验箱电源。

实验内容(二):1. 基本与实验内容(一)的前5个步骤相同(去掉连接OUT寄存器的导线)。

《计算机组成原理》学生实验报告（2011~2012学年第二学期）专业：信息管理与信息系统班级： A0922学号：10914030230姓名：李斌目录实验准备------------------------------------------------------------------------3 实验一运算器实验-----------------------------------------------------------7 实验二数据通路实验-------------------------------------------------------13 实验三微控制器实验--------------------------------------------------------18 实验四基本模型机的设计与实现------------------------------------------22实验准备一、DVCC实验机系统硬件设备1、运算器模块运算器由两片74LS181构成8位字长的ALU。

它是运算器的核心。

可以实现两个8位的二进制数进行多种算术或逻辑运算，具体由74181的功能控制条件M、CN、S3、S2、S1、S0来决定，见下表。

两个参与运算的数分别来自于暂存器U29和U30（采用8位锁存器），运算结果直接输出到输出缓冲器U33（采用74LS245，由ALUB信号控制，ALUB=0，表示U33开通，ALUB=1，表示U33不通，其输出呈高阻），由输出缓冲器发送到系统的数据总线上，以便进行移位操作或参加下一次运算。

进位输入信号来自于两个方面：其一对运算器74LS181的进位输出/CN+4进位倒相所得CN4；其二由移位寄存器74LS299的选择参数S0、S1、AQ0、AQ7决定所得。

触发器的输出QCY就是ALU结果的进位标志位。

QCY为“0”，表示ALU结果没有进位，相应的指示灯CY灭；QCY为“1”，表示ALU结果有进位，相应的指示灯CY点亮。

半导体存储器原理实验一、实验目的：1、掌握静态存储器的工作特性及使用方法。

2、掌握半导体随机存储器如何存储和读取数据。

二、实验要求：按练习一和练习二的要求完成相应的操作，并填写表2.1各控制端的状态及记录表2.2的写入和读出操作过程。

三、实验方案及步骤：1、按实验连线图接线，检查正确与否，无误后接通电源。

2、根据存储器的读写原理，按表2.1的要求，将各控制端的状态填入相应的栏中以方便实验的进行。

3、根据实验指导书里面的例子练习，然后按要求做练习一、练习二的实验并记录相关实验结果。

4、比较实验结果和理论值是否一致，如果不一致，就分析原因，然后重做。

四、实验结果与数据处理：（1）表2.1各控制端的状态（2）练习操作数据1：（AA）16 =（10101010）2写入操作过程：1)写地址操作：①应设置输入数据的开关状态：将试验仪左下方“INPUT DEVICE”中的8位数据开关D7-D0设置为00000000即可。

②应设置有关控制端的开关状态：先在实验仪“SWITCH UNIT”中打开输入三态门控制端，即SW-B=0，打开地址寄存器存数控制信号，即LDAR=1,关闭片选信号（CE），写命令信号（WE）任意，即CE=1,WE=0或1。

③应与T3脉冲配合可将总线上的数据作为地址输入AR地址寄存器中：按一下微动开关START即可。

④应关闭AR地址寄存器的存数控制信号：LDAR=0。

2）写内容操作：①应设置输入数据的开关状态：将试验仪左下方“INPUT DEVICE”中的8位数据开关D7-D0设置为10101010。

②应设置有关控制端的开关状态：在实验仪“SWITCH UNIT”中打开输入三态门控制端，即SW-B=0，关闭地址寄存器存数控制信号，即LDAR=0，打开片选信号（CE）和写命令信号（WE），即CE=0,WE=1。

③应与T3脉冲配合可将总线上的数据写入存储器6116的00000000地址单元中：再按一下微动开关START即可。

实验三微程序控制器实验一. 实验目的与要求：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。

实验要求：1.实验前，要求做好实验预习，并复习已经学过的控制信号的作用；2.按练习一要求完成测量波形的操作，画出TS1,TS2,TS3,TS4的波形，并测出所用的脉冲Ф周期。

按练习二的要求输入微指令的二进制代码表，并单步运行五条机器指令。

二. 实验方案：按实验图在实验仪上接好线后，仔细检查无误后可接通电源。

1.练习一：用联机软件的逻辑示波器观测时序信号，测量Ф，TS1,TS2,TS3,TS4信号的方法如下：(1) TATE UNIT 中STOP开关置为“RUN”状态（向上拨），STEP开关置为“EXEC”状态（向上拨）。

(2) 将SWITCH UNIT 中右下角CLR开关置为“1”(向上拨）。

(3) 按动“START”按钮，即可产生连续脉冲。

（4）调试”菜单下的“显示逻辑示波器窗口，即可出现测量波形的画面。

（5）探头一端接实验仪左上角的CH1，另一端接STATE UNIT中的Ф插座，即可测出时钟Ф的波形。

（6）探头一端接实验仪左上角的CH2，另一端接STATE UNIT中的TS1插座，即可测出TS1的波形；（7）探头一端接实验仪左上角的CH1，另一端接STATE UNIT中的TS2插座，即可测出TS2的波形。

（8）将红色探头一端接实验仪左上角的CH1，另一端接STATE UNIT中的TS3插座，即可测出TS3的波形。

（9）将红色探头一端接实验仪左上角的CH1，另一端接STATE UNIT中的TS4插座，即可测出TS4的波形。

2.观察微程序控制器的工作原理：①关掉实验仪电源，拔掉前面测时序信号的接线；②编程写入E2PROM 2816A.将编程开关（MJ20）置为PROM（编程）状态；B.将实验板上STATE UNIT 中的STEP置为STEP状态，STOP置为RUN状态，SWITCH UNIT中CLR开关置为1状态；C.在右上角的SWITCH UNIT中UA5-UA0开关上置表3.2中某个要写的微地址；D.在MK24-MK1开关上置表3.2中要写的微地址后面的24位微代码，24位开关对应24位显示灯，开关置为1时灯亮，为0时灯灭；E.启动时序电路，即将微代码写入到E2PROM 2816的相应地址对应的单元中；F.重复C-E步骤，将表3.2的每一行写入E2PROM 2816。

实验报告成绩课程名称计算机组成原理指导教师实验日期院(系) 计算机科学与技术学院专业班级实验地点学生姓名学号同组人实验项目名称实验二八位寄存器一、实验目的和要求实验目的：1.了解寄存器的工作原理和构成；2.熟悉 EDA 工具软件的使用方法。

实验要求：1.电源选用+5V，注意D触发器的置0端和置1端必须接高电平，即+5V电源。

否则D触发器工作不正常。

2. D触发器可以选用 74LS74（7474 也可），其逻辑符号（图中SD为置1端，接低电平有效；图中CD为置0端，接低电平有效；CP为脉冲）。

二、实验原理设计一个八位寄存器,该寄存器具有一个时钟输入端CLK，一个复位端RE，八个并行数据输入端d7,d6,…d0和八个数据输出端q7,q6,…q0，当时钟脉冲到来时,并行数据输入端的数据被送入寄存器中。

寄存器框图如图所示。

三、主要仪器设备1.操作系统为WINDOWS的计算机一台；2.数字逻辑与计算机组成原理实验箱一台；3.基本D触发器7474。

四、实验方法与步骤1. 原理图输入：采用图形输入法在计算机上完成实验电路的原理图输入。

2. 管脚定义：根据硬件实验平台资源示意图和附录一“平台资源和FPGA引脚连接表”完成原理图中输入、输出管脚的定义。

将寄存器的输出q7－q0分别锁定在LD7－LD0上。

将寄存器的输入d7－d0分别锁定在K7－K0上。

将寄存器的输入脉冲CLK锁定在单脉冲(Pin 132引脚)上。

3.原理图编译、适配和下载：在QuartusⅡ环境中选择EP2C8Q208C8器件，进行原理图的编译和适配，无误后完成下载。

4.功能测试：改变K7－K0的状态，按动一次单脉冲键，LD7－LD0的显示将与K7－K0相对应，若有错则重新调试。

5.生成元件符号。

五、实验结果分析六、实验心得通过本次实验，了解了寄存器的工作原理和构成；熟悉了EDA工具软件的使用方法。

在实验中，用一个锁定在开关k8上的输入端用来控制置0端，我认为VCC也需要使用一个输入端表示，否则在引脚分配时无法对VCC进行分配。

计算机组成原理实验二乘法器实验目的1、掌握乘法器以及booth乘法器的原理实验步骤1、如果未安装byteblaster，参照实验一的配置文件的安装。

2、连接jtag和usb通信线，打开电源。

3.打开quartus->tools->programmer并设置booth_uu乘法器。

软件下载到FPGA上。

请注意，编程时，请选中program/configure下的复选框，然后下载。

4、在实验台上通过模式开关选择fpga独立调试模式010。

5.短路DZ3，断开短路DZ4，使FPGA CPU所需时钟采用正单脉冲时钟。

2.4、实验现象本实验实现了4位Booth乘法（有符号数乘法）。

相应的输入和输出规则如下：1、输入的4位被乘数（multiplicand）md3～md0对应开关sd11～sd8。

2、输入的4位乘数（multiplier）mr3～mr0对应开关sd3～sd0。

3、按单脉冲按钮，输入脉冲，也即节拍。

4.产品（8位）p7~p0对应于灯A8~A1和辅助位A0。

5.计算结束时，最终信号为1，对应于灯R7。

如表2.5的booth算法举例，一共需要0～8九个小步骤计算出结果。

本实验也是通过九个小步骤实现的，通过按单脉冲按钮输入脉冲，观察积寄存器的变化，掌握booth乘法器的原理。

1.切换开关sd11~SD8以输入4位乘法器（MD3~md0）0010，切换开关SD3~sd0以输入4位乘法器（mr3~mr0）1101。

2、按动单脉冲按钮，输入脉冲，对照表2.5观察积寄存器即灯a8～a0的变化情况，当灯r7亮时，说明计算结束，灯a8～a1为最后相乘结果。

根据上述操作细节，按照表2.5中的步骤操作。

进行新的乘法运算时，或者说当上一次运算结束即灯r7亮时，输入新的被乘数、乘数（拨动开关），然后按动单脉冲开关即可观察正确的寄存器结果。

00：0的中间，无任何操作；重复01初始值步骤。

乘法器（MD）是（-4）10110011001100乘积（P）乘法器是（-5）100000110011001011000101100101100101100101101100010111011101000101000101000001 0011:10→ 乘积=乘积-乘法器2：乘积向右移动1位21:11→ 空操作2：产品向右移动1位31:01→ 乘积=乘积+乘法器2：乘积向右移动1位41:10→ 乘积=乘积-乘法器2：乘积向右移动1位2.5、思考题试着解释一下布斯乘法器的原理，也就是说，为什么可以用两个相邻位之间的差来确定加法和减法运算booth算法的关键在于把1分类为开始、中间、结束三种。

实验二算术逻辑运算实验一、实验目的（1）了解运算器芯片（74LS181）的逻辑功能。

（2）掌握运算器数据的载入、读取方法，掌握运算器工作模式的设置。

（3）观察在不同工作模式下数据运算的规则。

二、实验原理1.运算器芯片（74LS181）的逻辑功能74LS181是一种数据宽度为4个二进制位的多功能运算器芯片，封装在壳中，封装形式如图2-3所示。

5V A1 B1 A2 B2 A3 B3 Cn4 F3BO A0 S3 S2 S1 S0 Cn M F0 F1 F2 GND图2-374LS181封装图主要引脚有：（1）A0—A3：第一组操作数据输入端。

（2）B0—B3：第二组操作数据输入端。

（3）F0—F3：操作结果数据输入端。

（4）F0—F3：操作功能控制端。

（5）：低端进位接收端。

（6）：高端进位输出端。

（7）M：算数/逻辑功能控制端。

芯片的逻辑功能见表2-1.从表中可以看到当控制端S0—S3为1001、M为0、为1时，操作结果数据输出端F0—F3上的数据等于第一组操作数据输入端A0—A3上的数据加第二组操作数据输入端B0—B3上的数据。

当S0—S3、M 、上控制信号电平不同时，74LS181芯片完成不同功能的逻辑运算操作或算数运算操作。

在加法运算操作时，、进位信号低电平有效；减法运算操作时，、借位信号高电平有效；而逻辑运算操作时，、进位信号无意义。

2.运算器实验逻辑电路试验台运算器实验逻辑电路中，两片74LS181芯片构成一个长度为8位的运算器，两片74LS181分别作为第一操作数据寄存器和第二操作数据寄存器，一片74LS254作为操作结果数据输出缓冲器，逻辑结构如图2-4所示。

途中算术运算操作时的进位Cy判别进位指示电路；判零Zi和零标志电路指示电路，将在实验三中使用。

第一操作数据由B-DA1(BUS TO DATA1)负脉冲控制信号送入名为DA1的第一操作数据寄存器，第二操作数据由B-DA2(BUS TO DATA2)负脉冲控制信号送入名为DA2的第二操作数据寄存器。

《计算机组成原理》实验报告
一、实验目的
1.搭建并操作一个最基本的模型计算机。

2.建立对计算机组成及其原理的基本认识。

二、实验设备
1.TDN-CM+教学实验系统一套。

2.排线31条：8芯8条，6芯3条，4芯3条，2芯17条。

3.PC 机一台。

三、实验内容
1.一台简单模型计算机的结构
我们将算术逻辑运算器、控制器、寄存器、内部总线等部件搭接起来构
成一个CPU，然后再加上存储器、输入设备、输出设备即构成一台完
整的模型计算机。

其逻辑框图如下。

2.构造一台模型计算机
将组成一台计算机的基本模块组合起来。

在TDN-CM+实验系统中使用
连接导线（排线）将模型计算机的各个部件连接在一起，构成一台完整
的模型计算机。

连线图如下。

四、模型计算机的运行操作
1.打开实验系统的电源开关，点击图标CMP运行软件。

2.联机正常后，可测试连线是否正确。

先选择“【运行】--【通路图】”，再
选“【测试】--【开始】”（否则该菜单呈灰色显示），即弹出“系统测试
对话框”。