合肥工业大学计算机组成原理实验报告DOC

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1、实验一 基本运算器实验一、实验目的了解运算器的组成结构;掌握运算器的工作原理。二、实验内容1、连线说明:ALU单元:S0.S3(JP18)开关区单元:K20.K23(JP89)ALU单元:Wa、wB、rALU、CN_I(JP19)开关区单元:K15.K12(JP92)ALU单元:ALU_D0.ALU_D7(JP25)扩展区单元:JP62ALU单元:IN0.IN7(JP22)开关区单元:K0.K7(JP97)2、打开实验仪电源,按CON单元的nRST按键,将ALU的A、B、FC、FZ、FS、I清零;如果EXEC键上方指示灯不亮,请按一次EXEC键,点亮指示灯,表示实验仪在运行状态。3、给暂存器A

2、赋初值(1)拨动开关区单元的K7.K0开关,形成二进制数01011000(或其它值);指示灯亮,表示该位是1,灭为0。(2)拨动开关区单元K15(wA)、K14(wB)、K13(rALU)、K12(CN_I)开关,赋wA=0(允许写A)、wB=1(禁止写B)、rALU=1(不允许ALU输出)、CN_I=0,按CON单元的STEP按键一次,产生一个T1的下降沿,将二进制数01011000写入暂存器A中,ALU单元的A_7A_0LED上显示A中的值 4、给暂存器B赋初值(1)拨动开关区单元的K7.K0开关,形成二进制数10101011(或其它值)。(2)赋wA=1(禁止写A)、wB=0(允许写B)

3、、rALU=1(不允许ALU输出)、CN_I=0,按CON单元的STEP按键一次,产生一个T2的下降沿,将二进制数10101011写入暂存器B中,ALU单元的R_7R_0LED上显示B中的值5、赋wA=1(禁止写A)、wB=1(禁止写B)、rALU(K10)=0,按uSTEP键,进入T3节拍,节拍DS169DS168T1、T2、T3无效(T1=0、T2=0、T3=0)00T1(T1=1、T2=0、T3=0)01T2(T1=0、T2=1、T3=0)10T3(T1=0、T2=0、T3=1)11说明:1-亮;0-灭当rALU(K13)=0,如果S3S2S1S0的值是0000时,T2、T3节拍时,允许

4、ALU结果输出;S3S2S1S0的值是其它数值,T3节拍时,允许ALU结果输出,显示于扩展区的二位数码管、DS94.DS101的LED上。6、根据后边的“运算结果表”,改变K20(S0)、K21(S1)、K22(S2)、K23(S3)、K12(CN_I)的值,观察并记录运算器的输出。例如:S0=0,S1=0,S2=0,S3=0,ALU的D7_D0 = 58H;FC、FZ、FS、I不变。注意:只有按CON单元的STEP按键一次,产生一个T3的下降沿,ALU才将标志位FC、FZ、FS、I写入标志寄存器PSW中,才能在ALU单元的FZ、FC、FS、I指示灯上看到结果。如果实验仪、PC联机操作,则可通

5、过软件中的数据通路图来观测实验结果,方法是:打开软件,在星研软件的工具条中选择“运算器实验”,打开运算器实验的数据通路图。进行上面的手动操作,点击工具条上单节拍或单周期命令图标,数据通路图会反映当前运算器所做的操作。三、实验结果及分析运算结果表运算类型ABS3 S2 S1 S0CN_I结果逻辑运算58AB00000ALU=(58) FC=(0 )FZ=(0 ) FS=(0 )58AB00001ALU=(AB) FC=(0 )FZ=( 0) FS=(0 )58AB0001XALU=(FB) FC=( 0)FZ=(0 ) FS=(0 )0010XALU=(08 ) FC=( 0)FZ=(0 ) F

6、S=(0 )0011XALU=(F3 ) FC=( 0)FZ=(0 ) FS=(0 )0100XALU=( A7 ) FC=(0 )FZ=(0 ) FS=( 0)移位运算01010ALU=( 0B ) FC=(0 )FZ=( 0) FS=( 0)01011ALU=( 2C ) FC=(0 )FZ=( 0) FS=(0 )01100ALU=( 2C) FC=( 0)FZ=( 0) FS=(0 )0110(FC=0)1ALU=(2C ) FC=(0 )FZ=( 0) FS=( 0)0110(FC=1)ALU=(AC ) FC=( 0)FZ=( 0) FS=(0 )01110ALU=( B0 ) F

7、C=( 1)FZ=( 0) FS=(0 )0111(FC=0)1ALU=( B0 ) FC=(0)FZ=(0) FS=(0)0111(FC=1)ALU=( B1 ) FC=( 1)FZ=(0) FS=(0)算术运算10000ALU=( 03 ) FC=(0)FZ=(0) FS=(0)1000(FC=0)1ALU=( 03 ) FC=(0)FZ=(0) FS=(0)1000(FC=1)ALU=( 04 ) FC=(1 )FZ=(0) FS=(0)10010ALU=( AD ) FC=(0)FZ=(0) FS=(0)1001(FC=0)1ALU=( AD ) FC=(0)FZ=(0) FS=(0)

8、1001(FC=1)ALU=( AC ) FC=( 1)FZ=(0) FS=(0)10100ALU=( 59 ) FC=( 1)FZ=(0) FS=(0)1ALU=( 58 ) FC=( 1)FZ=(0) FS=(0)1011XALU=( 57 ) FC=(1 )FZ=(0) FS=(0)其它1100XFC=(1 )1101XEI=( 0)四、思考题本实验系统中寄存器的写入在什么时刻进行?寄存器的写入在什么时刻进行?能否在一个机器周期内将、寄存器写入不同的数据?答:按住STEP,CK由高变低,寄存器A的黄色灯亮,表明选择A寄存器。放开STEP,CK由低变高,产生上升沿,数据55H被写入A寄存器

9、。按住STEP,CK由高变低,寄存器B 的黄色灯亮,表明选择B寄存器。放开STEP ,CK 由低变高,产生上升沿,数据33H 被写入B 寄存器。不允许在一个机器周期内将、寄存器写入不同的数据。本实验系统中的求补功能与的求补指令功能是否相同? 答:本实验系统中可对8位位变量进行逻辑“AND”、“OR”、“XOR”循环、求补、清零等基本操作 ,还可以进行加、减、乘、除等基本运算。而8086处理器的逻辑运算是16位。实验二 存储器实验1、 实验目的1、掌握简单运算器的数据传送组成原理。2、验证算术逻辑运算功能发生器74LS181的组合功能。二、实验原理1、总线原理:由于本系统内使用8根地址线,8根数

10、据线,所以使用1拍你74LS255作为数据总线,另一片74LS244作为地址总线,总线把整个系统分为内部数据、地址总线和外部数据、地址总线,由于数据总线需要进行由内、外部数据交换,所以由BUS信号来控制数据流向,当BUS=1时数据由内到外,当BUS=0时,数据由外到内。2、由于本系统内使用8根地址线,8位数据线,所以6264的A8A12接地,其实际容量为256,6264的数据、地址总线已经接在总线单元的外部总线上。存储器有3个控制信号:地址总线设置存储地址,RM=0时,把存储器中的数据读出到总线上;当WM=0,并且EMCK有一个上升沿,把外部总线上的数据写到存储器中。图7-6-1 存储器实验原

11、理图实验所用的半导体静态存储器电路原理如图7-6-1所示,该静态存储器由一片6116(2Kx8)构成,其数据线(D7D0)以8芯扁平线方式和数据总线(D7D0)相连接,地址线由地址锁存器(74LS273)给出,该锁存器的输入/输出通过8芯扁平线分别连至数据总线接口和存储器地址接口。地址显示单元显示AD7AD0的内容。数据开关经一三态门(74LS245)以8芯扁平线方式连至数据总线接口,分时给出地址和数据。6116有3根控制线:CS(片选线)、OE(读线)、WR(写线)。当片选有效CS=0时,OE=0时进行读操作,WR=0时进行写操作。本实验中将OE引脚接地,在此情况下,当CS=0、WR=1时进

12、行读操作,CS=0、WR=0时进行写操作,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、SW-B、LDAR为高电平有效,而WE为读/写(W/R)控制信号,当WE=0时进行读操作,当WE=1时进行写操作。图7-6-2 实验连线示意图按图7-6-2所示,连接实验电路: 总线接口连接:用8芯扁平线连接图7-6-2中所有标明“”或“”或“”图案的总线接口。 控制线与时钟信号“”连接:用双头实验导线连接图7-6-2中所有标明“”或“”图案的插孔(注:Dais-CMH的时钟信号已作内部连接)。在闪动的“P.”状态下按动【增址】命令键,使LED显

13、示器自左向右第4位显示提示符“L”,表示本装置已进入手动单元实验状态。(若当前处“L”状态,本操作可略)。(一)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地址单元写入数据11为例):注:【单步】键的功能是启动时序电路产生T1T4四拍单周期脉冲(二)读存储器的数据到总线上依次读出第00、01、02、03、04号单元中的内容,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地址单元读出数据11为例):注:【单步】键的功能是启动时序电路产生T1T4四拍单周期脉冲三、实验结果及分析实验

14、所得结果与理论分析结果基本一致。四、思考题1本实验系统中所使用的存储芯片的容量有多大?系统中实际可访问的空间是多大? 答:存储器6116芯片容量2K*8位。实际可访存空间:2K。本实验系统中存储器的读写控制信号如何得到的?它们各自在什么时候有效? 答:在CS=0下,OE=0时进行读操作,WR=0时进行写操作。OE引脚接地下,当CS=0、WR=1时进行读操作,CS=0、WR=0时进行写操作,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、SW-B、LDAR为高电平有效,而WE为读/写(W/R)控制信号,当WE=0时进行读操作,当WE=1时进行写操作。实验三 系统总线和具有基本输入输出功能的总线接口实验一、实验目的1、理解总线的概念及其特性。2、掌握控制总线的功能和应用。二、实验内容由于存储器和输入、输出设备最终是要挂接到外部总线上,所以需要外部总线提供数据信号、地址信号以及控制信号。在该实验平台中,外部总线分为数据总线、地址总线和控制总线,分别为外设提供上述信号

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