下载文档原格式
重庆理工大学《计算机组成原理》实验报告学号 __***********____姓名 __张致远_________专业 __软件工程_______学院 _计算机科学与工程二0一六年四月二十三实验一基本运算器实验报告一、实验名称基本运算器实验二、完成学生：张致远班级115030801 学号11503080109三、实验目的1．了解运算器的组成结构。
2．掌握运算器的工作原理。
四、实验原理：两片74LS181 芯片以并/串形式构成的8位字长的运算器。
右方为低4位运算芯片，左方为高4位运算芯片。
低位芯片的进位输出端Cn+4与高位芯片的进位输入端Cn相连，使低4位运算产生的进位送进高4位。
低位芯片的进位输入端Cn可与外来进位相连，高位芯片的进位输出到外部。
两个芯片的控制端S0～S3 和M 各自相连，其控制电平按表2.6-1。
为进行双操作数运算，运算器的两个数据输入端分别由两个数据暂存器DR1、DR2（用锁存器74LS273 实现）来锁存数据。
要将内总线上的数据锁存到DR1 或DR2 中，则锁存器74LS273 的控制端LDDR1 或LDDR2 须为高电平。
当T4 脉冲来到的时候，总线上的数据就被锁存进DR1 或DR2 中了。
为控制运算器向内总线上输出运算结果，在其输出端连接了一个三态门（用74LS245 实现）。
若要将运算结果输出到总线上，则要将三态门74LS245 的控制端ALU-B 置低电平。
否则输出高阻态。
数据输入单元(实验板上印有INPUT DEVICE)用以给出参与运算的数据。
其中，输入开关经过一个三态门（74LS245）和内总线相连，该三态门的控制信号为SW-B，取低电平时，开关上的数据则通过三态门而送入内总线中。
总线数据显示灯（在BUS UNIT 单元中）已与内总线相连，用来显示内总线上的数据。
控制信号中除T4 为脉冲信号，其它均为电平信号。
由于实验电路中的时序信号均已连至“W/R UNIT”单元中的相应时序信号引出端，因此，需要将“W/R UNIT”单元中的T4 接至“STATE UNIT”单元中的微动开关KK2 的输出端。
实验一寄存器实验实验目的：了解模型机中各种寄存器结构、工作原理及其控制方法。
实验要求：利用CPTH 实验仪上的K16..K23 开关做为DBUS 的数据，其它开关做为控制信号，将数据写入寄存器，这些寄存器包括累加器A，工作寄存器W，数据寄存器组R0..R3，地址寄存器MAR，堆栈寄存器ST，输出寄存器OUT。
实验电路：寄存器的作用是用于保存数据的CPTH 用74HC574 来构成寄存器。
74HC574 的功能如下：- 1 -实验1：A，W 寄存器实验原理图寄存器A原理图寄存器W 原理图连接线表：- 2 -系统清零和手动状态设定：K23-K16开关置零，按[RST]钮，按[TV/ME]键三次，进入"Hand......"手动状态。
在后面实验中实验模式为手动的操作方法不再详述．将55H写入A寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据55H置控制信号为：按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器A的黄色选择指示灯亮，表明选择A寄存器。
放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。
将66H写入W寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据66H- 3 -置控制信号为：按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器W 的黄色选择指示灯亮，表明选择W寄存器。
放开STEP 键，CK 由低变高，产生一个上升沿，数据66H 被写入W 寄存器。
注意观察：１．数据是在放开STEP键后改变的，也就是CK的上升沿数据被打入。
２．WEN，AEN为高时，即使CK有上升沿，寄存器的数据也不会改变。
实验2：R0，R1，R2，R3 寄存器实验连接线表- 4 -将11H、22H、33H、44H写入R0、R1、R2、R3寄存器将二进制开关K23-K16，置数据分别为11H、22H、33H、44H置控制信号为：K11、K10为10，K1、k0分别为00、01、10、11并分别按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器R0、R1\R2\R3 的黄色选择指示灯分别亮，放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据被写入寄存器。
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。
西安交通大学计算机组成原理实验报告姓名：***班级：物联网**学号：实验一存储器的访问与实现一、实验目的1、理解计算机主存储器的分类及作用；2、掌握ROM、RAM的读写方法。
二、实验原理存储器按存取方式分，可分为随机存储器和顺序存储器。
如果存储器中的任何存储单元的内容都可随机存取，称为随机存储器，计算机中的主存储器都是随机存储器。
如果存储器只能按某种顺序存取，则称为顺序存储器，磁带是顺序存储器，磁盘是半顺序存储器，它们的特点是存储容量大，存取速度慢，一般作为外部存储器使用。
如果按存储器的读写功能分，有些存储器的内容是固定不变的，即只能读出不能写入，这种存储器称为只读存储器（ROM）；既能读出又能写入的存储器，称为随机读写存储器（RAM）。
实际上真正的ROM基本上不用了，用的是光可擦除可编程的ROM（EPROM）和电可擦除可编程的ROM（EEPROM）。
EEPROM用的越来越多，有取代EPROM之势，比如容量很大的闪存（FLASH）现在用的就很广泛，常说的U盘就是用FLASH做的。
按信息的可保存性分，存储器可分为非永久性记忆存储器和永久性记忆存储器。
ROM、EPROM、EEPROM都是永久记忆存储器，它们断电后存储内容可保存。
RAM则是非永久性记忆存储器，断电后存储器中存储的内容丢失。
随机读写存储器类型随机存储器按其元件的类型来分，有双极存储器和MOS存储器两类。
在存取速度和价格两方面，双极存储器比MOS存储器高，故双极存储器主要用于高速的小容量存储体系。
在MOS存储器中，根据存储信息机构的原理不同，又分为静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）。
静态随机存储器采用双稳态触发器来保存信息，只要不断电，信息就不会丢失；动态随机存储器利用记忆电容来保存信息，使用时只有不断地给电容充电才能使信息保持。
静态随机存储器的集成度较低，功耗也较大；动态随机存储器的集成度较高，功耗低。
现在计算机中，内存容量较大，常由动态随机存储器构成。
福建农林大学计算机与信息学院计算机类实验报告课程名称：计算机组成原理姓名：周孙彬系：计算机专业：计算机科学与技术年级：2012级学号：3126010050指导教师：张旭玲职称：讲师2014年06 月22日实验项目列表序号实验项目名称成绩指导教师1 算术逻辑运算单元实验张旭玲2 存储器和总线实验张旭玲3 微程序控制单元实验张旭玲4 指令部件模块实验张旭玲福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：计算机专业：计算机科学与技术年级： 2012级姓名：周孙彬学号： 3126010050 实验课程：实验室号：_______ 实验设备号：实验时间：指导教师签字：成绩：实验一算术逻辑运算单元实验实验目的1、掌握简单运算器的数据传输方式2、掌握74LS181的功能和应用实验要求完成不带进位位算术、逻辑运算实验。
按照实验步骤完成实验项目，了解算术逻辑运算单元的运行过程。
实验说明1、ALU单元实验构成（如图2-1-1）1、运算器由2片74LS181构成8位字长的ALU单元。
2、2片74LS374作为2个数据锁存器（DR1、DR2），8芯插座ALU-IN作为数据输入端，可通过短8芯扁平电缆，把数据输入端连接到数据总线上。
运算器的数据输出由一片74LS244（输出缓冲器）来控制，8芯插座ALU-OUT 作为数据输出端，可通过短8芯扁平电缆把数据输出端连接到数据总线上。
图2-1-1图2-1-22、ALU单元的工作原理（如图2-1-2）数据输入锁存器DR1的EDR1为低电平，并且D1CK有上升沿时，把来自数据总线的数据打入锁存器DR1。
同样使EDR2为低电平、D2CK有上升沿时把数据总线上的数据打入数据锁存器DR2。
算术逻辑运算单元的核心是由2片74LS181组成，它可以进行2个8位二进制数的算术逻辑运算，74LS181的各种工作方式可通过设置其控制信号来实现（S0、S1、S2、S3、M、CN）。
当实验者正确设置了74LS181的各个控制信号，74LS181会运算数据锁存器DR1、DR2内的数据。
（3）开关ALUB=0，开启输出三态门，开关SWB=1，关闭输入三态门，同时让 LDDR1=0，LDDR2=0。
（4）如果原来有进位，CY=1，进位灯亮，但需要清零进位标志时，具体操作方法如下：
◆S3、S2、S1、S0、M的状态置为0 0 0 0 0，AR信号置为“0”电平（清
零操作时DRl寄存器中的数应不等于FF）。
◆按动手动脉冲发生开关，CY=0，即清进位标志。
注：进位标志指示灯
CY亮时表示进位标志为“1”，有进位；进位标志指示灯CY灭时，表示进位位为“0”，无进位。
（5）验证带进位运算及进位锁存功能
这里有两种情况：
●进位标志已清零，即CY=0，进位灯灭。
✧使开关CN=0，再来进行带进位算术运算。
例如步骤（2）参与运算的两个数
为55H和AAH，当S3、S2、S1、S0状态为10010，此时输出数据总线显示灯上显示的数据为DRl加DR2再加初始进位位“1”（因CN=0），相加的结果应为ALU=00，并且产生进位，此时按动手动脉冲开关，则进位标志灯亮，表示有进位。
✧使开关CN=1，当S3、S2、S1、S0状态为10010，则相加的结累ALU=FF，并
且不产生进位。
●原来有进位，即CY=1，进位灯亮。
此时不考虑CN的状态，再来进行带进位
算术运算。
同样步骤（2）参与运算的两个数为55H和AAH，当S3、S2、S1、S0、M状态为10010，此时输出数据总线显示灯上显示的数据为DRl加DR2再加当前进位标志CY，相加的结果同样为ALU=00，并且产生进位，此时按动手。
实验一CPTH模型机感性认识及模块实验感性认识：一计算机组成原理实验课概述二 CPTH硬件系统基本组成三 CPTH软件系统基本组成四 CPTH指令系统五 CPTH实验系统特点模块实验：1. 寄存器实验2. 运算器实验3. 存储器实验一计算机组成原理实验课概述计算机组成原理实验课程，是专门为计算机学院相关专业高年级开设的一门专业骨干课程，它主要研究计算机的基本组成与运行原理，它深入到CPU的内部，查看，测试各主要信号与部件的工作状态，即将CPU解剖开，观察一条指令在执行过程中数据的走向、各控制信号的状态及相关寄存器的值。
而CPTH模型机是专为计算机组成原理实验课设计的，它是一台硬件，软件相对完整，独立的小型计算机系统，即是一台简单的计算机，它包括了一台计算机常有部分CPU，主存，I/O接口等。
二 CPTH硬件系统基本组成运算器：运算器ALU用一片lattice公司的LC4256V-100在线可编程逻辑芯片实现的，出厂时，已下载了用VHDL语言编写的运算功能（8种）。
寄存器：累加器寄存器A、工作寄存器W：（1片74HC574/每）；左移门L、直通门D、右移门R：(2片74LS245同相器/每)；寄存器组：R0-R3：（2片74HC574/每）；地址寄存器MAR、堆栈寄存器ST：（2片74HC574/每）；中断向量寄存器IA、输入端口寄存器IN、输出端口寄存器OUT等。
控制器：程序计数器PC、微程序计数器uPC：（2片74LS161四位加1计数器/每）；微程序存储器uM：（3片6116），事先存入24位微指令，电路设置为：只能读，不能写；指令寄存器IR：（1片74HC574）、中断控制电路、跳转控制电路等；组合逻辑控制器：用一片lattice公司的LC4256V-100可编程的逻辑芯片实现。
出厂时已下载了用ABEL语言编写的的组合逻辑控制器文件（组合逻辑表达式），实现控制功能。
通过开关KC切换。
存储器：程序存储器EM由一片6116 RAM 构成，是用户存放程序和数据的地方。
实验1 通用寄存器实验一、实验目的1.熟悉通用寄存器的数据通路。
2.了解通用寄存器的构成和运用.二、实验要求掌握通用寄存器R3~R0的读写操作.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R1 R0（CX）、R3 R2（DX）通用寄存器组。
图中X2 X1 X0定义输出选通使能，SI、XP控制位为源选通控制。
RWR为寄存器数据写入使能，DI、OP为目的寄存器写选通。
DRCK信号为寄存器组打入脉冲，上升沿有效.准双向I/O输入输出端口用于置数操作,经2片74LS245三态门与数据总线相连。
图2—3-3 通用寄存器数据通路四、实验内容1.实验连线连线信号孔接入孔作用有效电平2.寄存器的读写操作①目的通路当RWR=0时，由DI、OP编码产生目的寄存器地址，详见下表.通用寄存器“手动／搭接”目的编码②通用寄存器的写入通过“I/O输入输出单元”向R0、R1寄存器分别置数11h、22h，操作步骤如下：通过“I/O输入输出单元”向R2、R3寄存器分别置数33h、44h，操作步骤如下：③源通路当X2~X0=001时，由SI、XP编码产生源寄存器，详见下表.通用寄存器“手动／搭接”源编码④ 通用寄存器的读出关闭写使能，令K18（RWR ）=1，按下流程分别读R0、R1、R2、R3。
五、实验心得通过这个实验让我清晰的了解了通用寄存器的构成以及通用寄存器是如何运用的，并且熟悉了通用寄存器的数据通路，而且还深刻的掌握了通用寄存器R3~R0的读写操作。
实验2 运算器实验一、实验目的掌握八位运算器的数据传输格式,验证运算功能发生器及进位控制的组合功能.二、实验要求完成算术、逻辑、移位运算实验，熟悉ALU 运算控制位的运用.三、实验原理实验中所用的运算器数据通路如图2-3—1所示。
ALU 运算器由CPLD 描述。
运算器的输出FUN 经过74LS245三态门与数据总线相连,运算源寄存器A 和暂存器B 的数据输入端分别由2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。
实验三内存储器部件实验
一、实验目的
1、学习和掌握ROM和RAM芯片的功能、读写原理和使用方法；
2、掌握存储器的字、位扩展技术和方法；
3、通过学习TEC-XP+计算机的存储器系统，深入理解计算机主存储器的功能和组成。
二、实验说明
TEC－XP+教学计算机存储器系统由ROM和RAM两个存储区组成。
ROM存储区由2个EEPROM 芯片58C65（8192×8位）组成，容量为8192×16位。
RAM存储区由2个RAM芯片6116（2048×8位）组成，容量为2048×16位。
TEC－XP+教学计算机中还预留了2个存储器芯片插座，可以插上相应存储器芯片进行存储器容量扩展的教学实验。
TEC-XP+教学计算机存储器系统组成结构图
三、实验内容
1、完成存储器容量扩展实验，为扩展存储器选择一个地址，注意读写和/OE等控制信号的正确状态；
2、用监控程序的D、E命令对存储器进行读写，比较RAM（6116）、EEPROM（58系列）存储特性的区别以及在读写上的差异；
3、用监控程序的A命令编写一段程序，对RAM（6116）进行读写，用D命令查看结果是否正确。
四、实验步骤
重要提示：
1）确保教学机处于断电状态；
2）检查FPGA板下方的标有“RAMH/CE”、“RAML/CE”、“ROMH/CE”和“ROML/CE”的四组跳线，确保均为左边两个针短接；
3）检查RAM（6116）上方标有“/WE”的跳线插针，确保左边两个针短接。
4）将运行控制开关置为“001100”，打开教学计算机的电源；
5）进行联机操作，然后先一下按RESET键，再按一下START键。
1、RAM实验
RAM（6116）支持随机即时读写操作，可直接用A命令向存储器输入程序或用、E命令改变存储单元的内容。
RAM中的内容在断电后会消失，重新启动后会发现存储单元的值发生了改变。
1）用E命令改变内存单元的值，并用D命令观察结果。
①在命令行提示符状态下输入：
E 2020↙
屏幕显示：2020内存单元原值
按如下形式键入：
原值：2222（空格）原值：3333（空格）原值：4444（空格）原值：5555
②在命令行提示符状态下输入：
D 2020↙
观察屏幕显示的从2020内存单元开始的值。
③断电后重新启动教学实验机，用D命令观察内存单元2020-2023的值。
2）用A命令输入一段程序，执行并观察结果。
①在命令行提示符状态下输入：
A 2000↙
键入如下汇编程序：
2000：MVRD R0, AAAA
2002：MVRD R1, 5555
2004：AND R0, R1
2005：RET
2006↙
②在命令行提示符状态下输入：
U 2000↙
观察屏幕显示的内容。
③在命令行提示符状态下输入：
T 2000↙
观察寄存器R0、R1的值。
T↙
观察寄存器R0、R1的值。
T↙
观察寄存器R0、R1的值。
④在命令行提示符状态下输入：
G 2000↙
⑤运行输入程序。
在命令行提示符状态下输入：
R↙
观察寄存器R0、R1的值。
⑥断电后重新启动教学实验机，用U命令观察内存单元2000开始的内容。
2、扩展EEPROM实验
1）关闭教学计算机的电源；
2）将2片扩展的EPROM芯片—HN 58C65分别插入标有“EXTROMH”和“EXTROML”的插座中。
!警告：请注意芯片的插入方向，芯片与插座的半圆形缺口方向必须相同，否则可能导致芯片烧毁，并可能波及到与该芯片相连接的其它芯片；
3）将扩展芯片插座下方标有“PGM”、“/OE”和“/WE”三组跳线插座的左边两个插针短接（即“PGM”
与“/MWR”连接，“/OE”与“/MRD”连接，“/WE”与“MACH”连接）；
4）将扩展芯片插座上方标有“EXTROMH /CS”和“EXTROML /CS”两个圆孔型插座用锁紧线连接，然后用另一条锁紧线连接到“MEMDC 74LS138”译码器上方标有“4000～5FFF”地址单元的小圆孔中；
5）打开教学计算机的电源开关，依次按RESET键和START键；
6）NH58C65是电可擦除的EEPROM，在本实验中可作为扩展的ROM：
①用D命令观察地址从4000开始的内存单元的值；
②断电后重新启动教学实验机，用D命令观察地址从4000开始的内存单元的值。
7）HN 58C65的读操作和普通的RAM相同，但其写操作的完成需要较长的时间，大约为1毫秒。
因此，需要编写一延迟子程序，在对EEPROM进行写操作时，调用该子程序，以完成正确的读写。
①用E命令向EEPROM写入数据
E 5000↙
屏幕显示：5000内存单元原值
按如下形式键入：
原值：2222（空格）原值：3333（空格）原值：4444（空格）原值：5555↙
②用D命令观察地址从5000开始的内存单元的值；
③断电后重启动计算机，再用用D命令观察地址从5000开始的内存单元的值。
7）HN 58C65的读操作和普通的RAM相同，但其写操作的完成需要较长的时间，大约为1毫秒。
因此，HN58C65存储器不能直接用A命令输入程序，单字的指令可能会写进去，但双字指令的低字会出错。
①用D命令观察地址从5000开始的内存单元的值；
②输入下面的程序
A 5000↙
（5000）MVRD R0，0010
MVRD R1，0020
ADD R0，R1
RET
③用D命令观察地址从5000开始的内存单元的值；
8）编写的程序需放到RAM（6116）中，写入HN58C65的内存单元时需调用延时子程序才能正确完成写入操作。
下面的程序，在5000H-500FH单元中依次写入数据0000H、0001H、…000FH。
从2000H单元开始输入主程序：
（2000）MVRD R0，0000
MVRD R2，0010 ；R2记录循环次数
MVRD R3，5000 ；R3的内容位16位内存
；地址
（2006）STRR [R3]，R0 ；将R0寄存器的内容放到R3给出的内存单元中
CALA 2200 ；调用程序地址为2200的延时子程序
INC R0 ；R0加1
INC R3 ；R3加1
DEC R2 ；R2减1
JRNZ 2006 ；R2不为0跳转到2006H
RET
从2200H单元开始输入延时子程序：
（2200）PUSH R3
MVRD R3，2000
（2203）DEC R3
JRNZ 2203
POP R3
RET
运行主程序，在命令提示符下输入：G 2000↙
程序执行结束后，在命令提示符下输入：D 5000↙
可看到从5000H开始的内存单元的值变为：
5000：0000 0001 0002 0003 0004 0005 0006 0007
5008：0008 0009 000A 000B 000C 000D 000E 000F。
思考：
1）为何能用E命令直接写HN58C65的存储单元，而A命令则有时不正确？
2）修改延时子程序，将其延时改短，将延时子程序中R3的内容赋成00FF或0FFF等，再看运行结果。
五、实验要求
1、实验过程中，应认真进行实验操作，注意不能因为粗心造成短路等事故而损坏设备；
2、要仔细思考实验有关内容，不明白的问题通过实验理解清楚，力求达到教学实验的主要目的；
3、实验之后，应认真思考总结，写出实验报告，包括实验步骤和具体实验结果，遇到主要问题和分析与解决问题的思路。
实验报告中，还应写出自己的学习心得和切身体会。
