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组成原理实验指导书

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实验一通用寄存器传送实验一、实验目的1.熟悉通用寄存器的数据通路。

2.掌握通用寄存器的构成和运用。

二、实验要求在掌握了AX、BX运算寄存器的读写操作后，继续完成CX、DX通用寄存器的数据写入与读出。

三、实验原理实验中所用的通用寄存器数据通路如下图所示。

由四片8位字长的74LS574组成CX（R1 R0）、DX（R3 R2）通用寄存器组。

图中X2 X1 X0定义输出选通使能，RS1为通用寄存器源编码，由指令寄存器IR1定义，XP为源奇偶控制位。

O2 O1 O0为目的寄存器选择，Rd1为通用寄存器目的编码，由指令寄存器IR1定义，OP为目的奇偶控制位。

T4信号为寄存器组写脉冲，上升沿有效。

准双向I/O端口用于置数操作，经2片74LS245三态门与数据总线相连。

图1 通用寄存器数据通路W 总线字长：1=16位字操作，0=8位字节操作 XP 源部件奇偶标志：1=偶寻址，0=奇寻址 OP目标部件奇偶标志：1=偶寻址，0=奇寻址四、实验内容1. 寄存器组写操作 (1) 目的寄存器写编码(2) 寄存器组的字写入通过“I/O 单元”把CX 的地址00打入IR ，然后向CX 写入2211h ，操作步骤如下：数据来源I/O 单元置地址I/O=XX00h打地址IR=XX00h 置数据I/O=2211h写数据CX=2211h X2 X1 X0=011XP W=11MWR IR=11OP=1，按[单拍]MWR IR=00o2 o1 o0=111OP=1，按[单拍]通过“I/O 单元”把DX 的地址02打入IR ，然后向DX 写入4433h ，操作步骤如下：表2 IR 指令寄存器写入 表3 IR 指令寄存器取指I/O单元I/O=XX02h IR=XX02h I/O=4433h DX=4433hX2 X1 X0=011 XP W=11MWR IR=11OP=1，按[单拍]MWR IR=00o2 o1 o0=111OP=1，按[单拍](3)寄存器组的字节写入通过“I/O单元”把CX的地址00打入IR，然后向CL写入55h，操作步骤如下：数据来源I/O单元置地址I/O=XX00h打地址IR=XX00h置数据I/O=XX55h写数据CL=55hX2 X1 X0=011 XP W=11MWR IR=11OP=1，按[单拍]MWR IR=00o2 o1 o0=111OP=0，按[单拍]W=0在IR保持为“XX00”的条件下，可省略打地址环节，按下流程向CH写入AAh。

置数据I/O=XXAAh X2 X1 X0=011 XP W=10写数据CL=55h关闭写选通o2 o1 o0=000 o2 o1 o0=111OP=0，按[单拍]2.寄存器读操作(1)(2)寄存器组字读通过“I/O单元”把CX地址打入IR，然后CX送总线，操作步骤如下：数据来源I/O单元置地址I/O=XX00h打地址IR=XX00h数据来源CXX2 X1 X0=011 XP W=11MWR IR=11OP=1，按[单拍]MWR IR=00X2 X1 X0=110XP W=11通过“I/O单元”把DX地址打入IR，然后DX送总线，操作步骤如下：数据来源I/O单元置地址I/O=XX02h打地址IR=XX02h数据来源DXX2 X1 X0=011 XP W=11MWR IR=11OP=1，按[单拍]MWR IR=00X2 X1 X0=110XP W=11(3)寄存器组字节读通过“I/O单元”把CX地址打入IR，然后按字节方式分别读出CL、CH。

I/O单元I/O=XX00h IR=XX00h CLX2 X1 X0=011 XP W=11MWR IR=11OP=1，按[单拍]MWR IR=00X2 X1 X0=110XP W=10CHX2 X1 X0=110XP W=00实验二运算器实验一、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1 ALU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 S01 0 1 0 RR 0 0 0 0 A 1 0 0 1 RL 0 0 0 1 A+1 1 0 1 0 A—B 0 0 1 0 A&B 1 0 1 1 A+B 0 0 1 1 A#B 1 1 0 0 RRC 0 1 0 0 A=0 1 1 0 1 RLC 0 1 0 1 A-1 1 1 1 0 A—B—C 0 1 1 0 /A 1 1 1 1 A+B+C 0 1 1 1 B四、设置初始状态K23~K0置“0”，灭M23~M0控位显示灯。

1算术运算1.字算术运算(1)字写操作（置数操作）通过“I/O单元”二进制开关向寄存器AX和BX置数，操作步骤如下：数据来源I/O单元X2 X1 X0=011 XP W=11置数I/O=1122h寄存器AX(1122h)置数I/O=3344h寄存器BX(3344h)o2 o1 o0=011OP=1，按[单拍]o2 o1 o0=010OP=1，按[单拍](2)字读操作（运算寄存器AX和BX内容送总线）o2 o1 o0=000 OP=0X2 X1 X0=001XP W=11M=0S2 S1 S0=000M=0S2 S1 S0=111关闭写使能读FUN 数据总线显示AX值数据总线显示BX值(3)字算术运算（不带进位加）令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1011），FUN及总线单元显示AX＋BX的结果。

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1010），FUN及总线单元显示AX－BX的结果。

2.字节算术运算(1)偶字节写（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，操作步骤如下：X2 X1 X0=011 XP W=10o2 o1 o0=011OP=1，按[单拍]o2 o1 o0=010OP=1，按[单拍]数据来源I/O单元置数I/O=XX22h寄存器AL(22h)置数I/O=XX44h寄存器BL(44h)(2)偶字节读操作（运算寄存器AL和BL内容送总线）o2 o1 o0=000 OP=0X2 X1 X0=001XP W=10M=0S2 S1 S0=000M=0S2 S1 S0=111关闭写使能读FUN 数据总线显示AL值数据总线显示BL值(3)偶字节减法运算（不带进位加）令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1011），FUN及总线单元显示AL＋BL的结果。

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1010），FUN及总线单元显示AL－BL的结果。

2逻辑运算1.字逻辑运算(1)字写操作（置数操作）拨动“I/O输入输出单元”开关向寄存器AX和BX置数，操作步骤如下：数据来源I/O单元X2 X1 X0=011 XP W=11置数I/O=1122h寄存器AX(1122h)置数I/O=3344h寄存器BX(3344h)o2 o1 o0=011OP=1，按[单拍]o2 o1 o0=010OP=1，按[单拍](2)字读操作（运算寄存器AX和BX内容送总线）o2 o1 o0=000 OP=0X2 X1 X0=001XP W=11M=0S2 S1 S0=000M=0S2 S1 S0=111关闭写使能读FUN 数据总线显示AX值数据总线显示BX值(3)字逻辑运算令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0010），为逻辑与，FUN及总线显示AX逻辑与BX的结果。

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0011），为逻辑或，FUN及总线显示AX逻辑或BX的结果。

2.字节逻辑运算(1)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：X2 X1 X0=011 XP W=10o2 o1 o0=011OP=1，按[单拍]o2 o1 o0=010OP=1，按[单拍]数据来源I/O单元置数I/O=XX22h寄存器AL(22h)置数I/O=XX44h寄存器BL(44h)(2)偶字节读操作（运算寄存器AL和BL内容送数据总线）o2 o1 o0=000 OP=0X2 X1 X0=001XP W=10M=0S2 S1 S0=000M=0S2 S1 S0=111关闭写使能读FUN 数据总线显示AL值数据总线显示BL值①若运算控制位设为（M S2 S1 S0=0000）则F=AL，即AL内容送到数据总线。

②若运算控制位设为（M S2 S1 S0=0111）则F=BL，即BL内容送到数据总线。

(3)偶字节逻辑运算令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0010），为逻辑与，FUN及总线显示AL逻辑与BL的结果。

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0011），为逻辑或，FUN及总线显示AL逻辑或BL的结果。

(4)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：X2 X1 X0=011 XP W=10o2 o1 o0=011OP=0，按[单拍]o2 o1 o0=010OP=0，按[单拍]数据来源I/O单元置数I/O=XX55h寄存器AH(55h)置数I/O=XX66h寄存器BH(66h)(5)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。

o2 o1 o0=000 OP=0X2 X1 X0=001XP W=00M=0S2 S1 S0=000M=0S2 S1 S0=111关闭写使能读FUN 数据总线显示AH值数据总线显示BH值①若运算控制位设为（M S2 S1 S0=0000）则F=AH，即AH内容送到数据总线。

②若运算控制位设为（M S2 S1 S0=0111）则F=BH，即BH内容送到数据总线。

(6)奇字节逻辑运算令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0010），为逻辑与，FUN及总线显示AH逻辑与BH的结果。

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0011），为逻辑或，FUN及总线显示AH逻辑或BH的结果。

实验思考验证表2 ALU运算器编码表所列的运算功能。

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TEC-XP16实验指导书

TEC-XP16实验指导书

计算机组成原理实验指导书王潇编写仲恺农业工程学院计算机科学与工程学院二00八年十月目录第一章TEC-XP16实验计算机系统原理 (1)§1.1TEC-XP16计算机组成原理实验系统概述 (1)§1.2TEC-XP16机指令系统 (8)§1.3TEC-XP16机运算器部件 (12)§1.4TEC-XP16机内存储器部件 (15)§1.5TEC-XP16机的控制器部件 (18)§1.6TEC-XP16机的输入输出及中断 (22)第二章TEC-XP16实验计算机系统实验内容 (24)实验一基础汇编语言程序设计 (24)实验二脱机运算器实验 (29)实验三存储器部件教学实验 (32)实验四组合逻辑控制器部件教学实验 (37)实验五微程序控制器部件教学实验 (51)实验六输入/输出接口扩展实验 (59)实验七中断实验 (63)实验八8位模型机的设计与实现(综合实验) (71)附录 (74)附录1 联机通讯指南 (74)附录2TEC-XP16计算机组成原理实验系统简明操作卡 (77)附录3微程序入口地址映射表 (78)附录4指令流程框图 (80)附录5指令流程表 (82)附录6书写实验报告的一般格式 (86)参考文献 (87)第一章TEC-XP16实验计算机系统原理§1.1 TEC-XP16计算机组成原理实验系统概述一、教学计算机系统的实现方案和硬软件资源概述TEC-XP是由清华大学计算机系和清华大学科教仪器厂联合研制的适用于计算机组成原理课程的实验系统，主要用于计算机组成原理和数字电路等的硬件教学实验，同时还支持监控程序、汇编语言程序设计、BASIC高级语言程序设计等软件方面的教学实验。

它的功能设计和实现技术，都紧紧地围绕着对课程教学内容的覆盖程度和所能完成的教学实验项目的质量与水平来进行安排。

其突出特点是硬、软件基本配置比较完整，能覆盖相关课程主要教学内容，支持的教学实验项目多且水平高。

计算机组成原理实验指导书

计算机组成原理实验指导书

计算机组成原理实验指导书适用TD-CMA实验设备实验一基本运算器实验一、实验原理运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A和暂存器B，三个部件同时接受来自A和B的数据（有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM），各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3 0CN来决定，任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU的输出。

如果是影响进位的运算，还将置进位标志FC，在运算结果输出前，置ALU零标志。

ALU中所有模块集成在一片CPLD中。

逻辑运算部件由逻辑门构成，较为简单，而后面又有专门的算术运算部件设计实验，在此对这两个部件不再赘述。

移位运算采用的是桶形移位器，一般采用交叉开关矩阵来实现，交叉开关的原理如图1-1-2所示。

图中显示的是一个4X4的矩阵（系统中是一个8X8的矩阵）。

每一个输入都通过开关与一个输出相连，把沿对角线的开关导通，就可实现移位功能，即：(1) 对于逻辑左移或逻辑右移功能，将一条对角线的开关导通，这将所有的输入位与所使用的输出分别相连,而没有同任何输入相连的则输出连接0。

(2) 对于循环右移功能，右移对角线同互补的左移对角线一起激活。

例如，在4位矩阵中使用‘右1’和‘左3’对角线来实现右循环1位。

(3) 对于未连接的输出位，移位时使用符号扩展或是0填充，具体由相应的指令控制。

使用另外的逻辑进行移位总量译码和符号判别。

原理如图1-1-1所示图1-1-1 运算器原理图运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A和暂存器B，三个部件同时接受来自A和B的数据（有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM），各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3 0决定，任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU的输出。

如果是算术运算，还将置进位标志FC，在运算结果输出前，置ALU零标志。

上海大学计算机组成原理实验12报告

上海大学计算机组成原理实验12报告

上海大学计算机学院《计算机组成原理实验》报告12 姓名学号时间机位指导教师实验名称：建立汇编指令系统一、实验目的1.建立一个含中文助记符的汇编指令系统。

2.用建立的指令系统编制一段程序，并运行之。

二、实验原理1. 汇编表文件:这个文件的后缀为.DAT,它是一个二维表格式文件，其每一行对应一条指令，这个表共有3列，如图1。

第一列是指令的汇编助记符，宽度为20个半角字符。

第二列是指令的16进制编码形式（机器指令），在实验箱系统就是指令的微程序在μEM中的起始地址，宽度为8个半角字符。

第3列是这条指令的字节数，宽度为1个半角字符，这是本表的重要汇编信息，也是设立本表的原因之一。

这个文件的主要作用是：当编译（汇编）源程序时，查此表把汇编指令翻译成机器指令。

即这就是汇编表。

构造这个表文件时也不能带标题行。

利用已有.DAT文件做为模板来构建新指令系统比较方便。

具体操作见实验提示。

2. 微程序型指令文件：这个文件的后缀为.MIC,它也是一个二维表格式的文件，其每一行对应一条微指令，这个表共有11列（字段），每一列都定义好了属性和宽度，例如：图2是指令集insfile1.MIC的格式，这个指令集的全部内容见指导书103页到110页。

这个表的主要作用是：当系统调用此文件时把其第4列“微程序”的内容送入其第3列“微地址”指定的μEM（微程序存储器）单元。

即初始化μEM。

表的第一列为指令的汇编助记符,内容与表1的第1列一致。

5到11列是对本行微指令的说明，内容可以省略。

构造这个表文件时不能带标题行。

利用已有.MIC文件做为模板来构建新指令系统比较方便。

具体操作见实验提示。

3. 指令的机器码文件:这个文件的后缀为.MAC, 也是一个二维表格式文件，每一行对应一条指令，表共有5列，如图3。

第1列是汇编助记符，宽度14，与表1的第1列一致。

第2列是机器码1，它是指令的微程序在μEM中起始地址的二进制表示，其最后两位是对R0～R3的选择，所以与表2的第3列一致，宽度为15。

实验一 运算器实验(接线参考)

实验一 运算器实验(接线参考)

实验一运算器实验一、实验目的：1．掌握运算器的组成及工作原理；2．了解4位函数发生器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术操作和逻辑操作的具体实现过程；3．验证带进位控制的74LS181的功能。

二、预习要求：１复习本次实验所用的各种数字集成电路的性能及工作原理；２预习实验步骤，了解实验中要求的注意之处。

三、实验设备：EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。

四、电路组成：本模块由算术逻辑单元ALU 74LS181（U7、U8、U9、U10）、暂存器74LS273（U3、U4、U5、U6）、三态门74LS244（U11、U12）和控制电路（集成于EP1K10内部）等组成。

电路图见图1-1(a)、1-1(b)。

图1-1（a）ALU电路图1-1（b）ALU控制电路算术逻辑单元ALU是由四片74LS181构成。

74LS181的功能控制条件由S3、S2、S1、S0、 M、Cn决定。

高电平方式的74LS181的功能、管脚分配和引出端功能符号详见表1-1、图1-2和表1-2。

四片74LS273构成两个16位数据暂存器，运算器的输出采用三态门74LS244。

它们的管脚分配和引出端功能符号详见图1-3和图1-4。

图1-2 74LS181管脚分配表1-2 74LS181输出端功能符号74LS181功能表见表1－1，其中符号“＋”表示逻辑“或”运算，符号“*”表示逻辑“与”运算，符号“/”表示逻辑“非”运算，符号“加”表示算术加运算，符号“减”表示算术减运算。

选择 M=1逻辑操作 M=0 算术操作S3 S2 S1 S0 Cn=1（无进位）Cn=0（有进位）0 0 0 0 F=/A F=A F=A加10 0 0 1 F=/(A+B) F=A+B F=(A+B)加10 0 1 0 F=/A*B F=A+/B F=(A+/B)加10 0 1 1 F=0 F=减1(2的补)F=00 1 0 0 F=/(A*B) F=A加A*/B F=A加A*/B加10 1 0 1 F=/B F=(A+B)加A*/B F=(A+B)加A*/B加1 0 1 1 0 F=(/A*B+A*/B) F=A减B减1 F=A减B0 1 1 1 F=A*/B F=A*/B减1 F=A*/B1 0 0 0 F=/A+B F=A加A*B F=A加A *B加11 0 0 1 F=/(/A*B+A*/B) F=A加B F=A加B加11 0 1 0 F=B F=(A+/B)加A*B F=(A+/B)加A*B加1 1 0 1 1 F=A*B F=A*B减1 F=A*B1 1 0 0 F=1 F=A加A F=A加A 加11 1 0 1 F=A+/B F=(A+B)加A F=(A+B)加A加11 1 1 0 F=A+B F=(A+/B)加A F=(A+/B)加A加11 1 1 1 F=A F=A减1 F=A表1-1 74LS181功能表图1-3（a） 74LS273管脚分配图1-3（b）74LS273功能表图1-4（a） 74LS244管脚分配图1-4（b） 74LS244功能五、工作原理：运算器的结构框图见图1-5：算术逻辑单元ALU是运算器的核心。