計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)

1、精品文庫 成績(jī): 計(jì)算機(jī)原理實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)報(bào)告 計(jì)算機(jī)組成原理 姜香玉 網(wǎng)絡(luò)工程 132055215 2015年12月 太原工業(yè)學(xué)院 計(jì)算機(jī)工程系 歡迎下載 實(shí)驗(yàn)一：運(yùn)算器實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)環(huán)境 PC機(jī)+ Win 2003 + emu8086+ proteus 仿真器 實(shí)驗(yàn)日期 2015 年.10 .實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1.熟悉Proteus仿真系統(tǒng) 2.設(shè)計(jì)并驗(yàn)證4位算數(shù)邏輯單元的功能 3.實(shí)現(xiàn)輸入輸出鎖存 4.實(shí)現(xiàn)8位算數(shù)邏輯單元 二.理論分析或算法分析 實(shí)驗(yàn)原理: 算術(shù)邏輯運(yùn)算單元的核心是由74LS181構(gòu)成，它可以進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)邏輯運(yùn) 算，74LS181的各種工作方式可通過設(shè)置其控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)正確

2、設(shè)置74LS181的各 個(gè)控制信號(hào)，74LS181會(huì)運(yùn)算數(shù)據(jù)鎖存器內(nèi)的數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)鎖存器已經(jīng)把數(shù)據(jù)鎖存, 只要74LS181的控制信號(hào)不變，那么74LS181的輸出數(shù)據(jù)也不會(huì)發(fā)生改變。輸出緩沖 器采用74LS245，當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，74LS245導(dǎo)通，把74LS181的運(yùn)算結(jié)果輸 出到數(shù)據(jù)總線，高電平時(shí)，74LS245的輸出為高阻。 實(shí)驗(yàn)中所用的運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路如圖所示。 其中運(yùn)算器由兩片 74LS181以并/串形式構(gòu)成8位字長(zhǎng)的ALU 。 運(yùn)算器的輸出經(jīng)過一個(gè)三態(tài)門(74LS245)以8芯扁平線方式和數(shù)據(jù)總線相連，運(yùn)算器 的2個(gè)數(shù)據(jù)輸入端分別由二個(gè)鎖存器(74LS273)鎖存，鎖存器的

3、輸入亦以 8芯扁平線方式 與數(shù)據(jù)總線相連，數(shù)據(jù)開關(guān)(INPUT DEVICE)用來給出參與運(yùn)算的數(shù)據(jù), 經(jīng)一三態(tài)門 (74LS245)以8芯扁平線方式和數(shù)據(jù)總線相連，數(shù)據(jù)顯示燈(BUS UNIT) 已和數(shù)據(jù)總線相 連，用來顯示數(shù)據(jù)總線內(nèi)容。 三.實(shí)現(xiàn)方法 （含實(shí)現(xiàn)思路、程序流程圖、實(shí)驗(yàn)電路圖和源程序列表等 實(shí)現(xiàn)電路圖: 1. 設(shè)計(jì)并驗(yàn)證4位算數(shù)邏輯單元的功能 SW1 - 產(chǎn)7/ 血 - 92 I上 T尸的 PT B5 Dll . B4 SW-SPUI . LW. -SVW -SWS- SW-DlT . -E_ BZ17 B31S go 3 B1斗 D5 7 丄 17 U2 oF Q0 01 Q

4、2 5 4 Q5 G Q 丁 : TL；T T0l U3 OE LE 2 亠 TEr. i SW11 - .金: SPM . TEL 2 r* s （二）思考問題：?jiǎn)慰偩€，雙總線和三總線結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上的異同 答：?jiǎn)慰偩€結(jié)構(gòu)：對(duì)這種結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器來說，在同一時(shí)間內(nèi)，只能有一個(gè)操作數(shù)放 在單總線上。為了把兩個(gè)操作數(shù)輸入到 ALU，需要分兩次來做，而且還需要 A，B兩個(gè) 緩沖寄存器。這種結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是操作速度較慢。雖然在這種結(jié)構(gòu)中輸入數(shù)據(jù)和操作 結(jié)果需要三次串行的選通操作，但它并不會(huì)對(duì)每種指令都增加很多執(zhí)行時(shí)間。只有在對(duì) 全都是CPU寄存器中的兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行操作時(shí)，單總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器才會(huì)造成一定的 時(shí)

5、間損失。但是由于它只控制一條總線，故控制電路比較簡(jiǎn)單。 雙總線結(jié)構(gòu)：在這種結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)操作數(shù)同時(shí)加到 ALU進(jìn)行運(yùn)算，只需一次操作 ALU的輸入端因而 控制，而且馬上就可以得到運(yùn)算結(jié)果。兩條總線各自把其數(shù)據(jù)送至 (1 )在ALU的 必須在ALU輸出端設(shè)置緩沖寄存器。為此，操作的控制要分兩步完成: 兩個(gè)輸入端輸入操作數(shù)，形成結(jié)果并送入緩沖寄存器; (2 )把結(jié)果送入目的寄存器。 三總線結(jié)構(gòu)：在三總線結(jié)構(gòu)中，ALU的兩個(gè)輸入端分別由兩條總線供給，而ALU 的輸出則與第三條總線相連。這樣，算術(shù)邏輯操作就可以在一步的控制之內(nèi)完成。 另外, 設(shè)置了一個(gè)總線旁路器。如果一個(gè)操作數(shù)不需要修改，而直接從總線

6、2傳送到總線3， 那么可以通過控制總線旁路器把數(shù)據(jù)傳出；如需要修改，那么就借助于 ALU。 五.結(jié)論 完成了本次實(shí)驗(yàn)要求的設(shè)計(jì)并驗(yàn)證4位算數(shù)邏輯單元、實(shí)現(xiàn)輸入輸出鎖存、實(shí)現(xiàn)8位 算數(shù)邏輯單元的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)會(huì)了如何使用P roteus仿真系統(tǒng)，掌握了運(yùn)算器工作原理, 熟悉了算術(shù)運(yùn)算的運(yùn)算過程以及控制這種運(yùn)算的方法。 實(shí)驗(yàn)二：寄存器實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)環(huán)境 PC機(jī)+ Win 2003 + emu8086+ proteus 仿真器 實(shí)驗(yàn)日期 2015.10 一.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 理解CPU運(yùn)算器中寄存器的作用 2. 設(shè)計(jì)并驗(yàn)證寄存器組（至少四個(gè)寄存器） 3. 實(shí)現(xiàn)更多的寄存器（至少 8個(gè)） 二.理論分析或算法分

7、析 單元電路: 實(shí)驗(yàn)中所用的寄存器數(shù)據(jù)通路如圖所示。由 74LS373組成寄存器組成。寄存器的輸 入接口用一 8芯扁平線連至BUS總線接口，而寄存器的輸出接口用一 8芯扁平線連至BUS LDR0、LDR1、LDR2 總線接口。經(jīng) CBA二進(jìn)制控制開關(guān)譯碼產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸出選通信號(hào), 為數(shù)據(jù)寫入允許信號(hào)，由二進(jìn)制控制開關(guān)模擬，均為高電平有效。 三.實(shí)現(xiàn)方法 （含實(shí)現(xiàn)思路、程序流程圖、實(shí)驗(yàn)電路圖和源程序列表等 實(shí)驗(yàn)電路: 1.設(shè)計(jì)并驗(yàn)證寄存器組 DBia.jr R1 D1 ceo U2 SW1 U1 cSLluE ass-i fi4 ILUC L._ bM 1? LEV-BLUE i-n SW5 - S

8、SPDT 1_ ESSL _ii . 16 Mfi _Li 2.擴(kuò)展成四組（由于空間有限，只能實(shí)現(xiàn)兩組） 営 -TIf *! Dl Dll * Dii* T Dll 1t_ r H： D3 Dl im DE LE In UT b祜 J 11 07 -R9 - W* U4 ii 寸-A - 01 丄 13 D.K T Dll Di3 E B m 13 Diq D13- I 4- DIT DIG IT XE , Di7 42 12 - 1 r 11 T s*ve*n m . ?4LEiqS 帝 .3 DU Dll J G B Ki bit ri. 9 AK3 bl 4 IZ DM DI + If

9、hU 7 *1嚅 * K bH s 19 vrr 5 D l Blwrr. O12J d-5AU7 BBQBBBDU GW7 - .sm-sroi . U3 DC IE TiL3 -TC rMJOZlJ 心 V F. -. HfiWFJT、 2 IDO DID 2 jU-l * k1 D4 a N 4 *12 Dia- 4 Al S DI31 5 xz ja 1J ”4 PI* C iS n DI3- P 尸+ IQ DM Die n JW 4 fefe? taa r.7 BtVQPIT, 四.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 （含執(zhí)行結(jié)果驗(yàn)證、輸出顯示信息、圖形、調(diào)試過程中所遇的問題及處理方法等 、實(shí)現(xiàn)更多的寄

10、 （一）驗(yàn)證了基本要求，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)并驗(yàn)證寄存器組（至少四個(gè)寄存器） 存器（至少8個(gè)）的功能. 運(yùn)行結(jié)果：圖一 SW1 - 0丄 DI? ns * PK T PIO g* U2 MQ DIO 2* 事 FBI Dll e BZ DI7 1 m PI3 s FH Die B* S|iHT bIT 產(chǎn) UMUUUHH“ II 15 ii IZ 1 cc_ AiriA rT*43a*S K : I小 BU-GPDT. IFIT 1 i員 DI3 bD - 呻 pn - A DI* O- lAOPC fti-c DIT UK Jid IgJ U3 - t DM I- r *1 Dll A IZ DIZ

11、DiJ Q DI I fi* Rfl m D齊 r* 1 H tae Die DV * a tOT biT FT JhdriA IZ. T+LEOTJ 汀斫. T3Z*S -a/V2iJ （二）思考問題：隨著寄存器的增多, 電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度是什么比例增大 答：在電路設(shè)計(jì)中，隨著寄存器的增多，電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度是成倍增大的。 精品文庫 實(shí)驗(yàn)環(huán)境ISIS仿真軟件實(shí)驗(yàn)日期2015.11 五.結(jié)論 、實(shí)現(xiàn)更多的寄存器 完成了本次實(shí)驗(yàn)要求的設(shè)計(jì)并驗(yàn)證寄存器組(至少四個(gè)寄存器) 明 (至少8個(gè))的功能的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)會(huì)了如何擴(kuò)展多組寄存器以及寄存器的工作原理 白了 CPU運(yùn)算器中計(jì)算器的作用: (1 )可將

12、寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)執(zhí)行算術(shù)及邏輯運(yùn)算。 (2)存于寄存器內(nèi)的地址可用來指向內(nèi)存的某個(gè)位置，即尋址。 (3)可以用來讀寫數(shù)據(jù)到電腦的周邊設(shè)備。 歡迎下載 實(shí)現(xiàn)方法: 實(shí)驗(yàn)（1） SW-SPPT 瀘 M-SPPT H :/T 實(shí)驗(yàn)三：輸入輸出實(shí)驗(yàn) R1 -Fx-Tr SW3 D9WTC4I SW2 U1 D測(cè)rncH SW1 DsmcH vTEkiJ R3 IDl R2 m U HiEa- HOT 實(shí)驗(yàn)（2） DI U2 ar .；-a Pi -I 曾 gPCT ew-swT 硼 SW16 H ew護(hù)DT SW14 fIM-nDT- 4L$244 J 噸 傳 q： 巧4 連 E 藝 IE 訂 0 Ma

13、踣乂liEWM爲(wèi)死皿呢 聘 SPOT SW12 : ZXz 1L m M w I jiAXfcA 17 17 w W 1 N * IT Ml lA UE Wfl&T si-irDT TF 1 11 1? B L UMHH曲旳 ss 帶 3 Js5 蠱SS O1 J J *百7 HD口DDVUm m&ssw加sfw創(chuàng)左噩 J* 9WrF 1*-PDT 諭2 sw 畀MPDT 3 S 湎DT .耶惻十 1 iw spgT H-SPDT 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 SW15 別“PM : % EWie ew$wr R5 I卑 3W14 fWOTl 訂二 Z ua 3 MlSM q.5：n- 越 a M IJ Al

14、 4出n til 15- ll Vlt Sv 1( 亠 IF SW15 -tw-irdr 4 SWI6 r nv-iFEKT R5 in 1 U n E i- IDfe ir 4 話 61 N ! 16 ? Tb 3 IT ? A w II 第 BO M 閑 -IdjV 上戶 aiitf in s Re .5tc ill LJfi IL 瓷E E9_1AW B-UW ICP J-i 轄 SWM wnaT4 飛 精品文庫 實(shí)驗(yàn)環(huán)境PC機(jī)+ Win7+ Proteus仿真器實(shí)驗(yàn)日期2015.12 實(shí)驗(yàn)四：微程序控制器實(shí)驗(yàn) 一.實(shí)驗(yàn)內(nèi)谷 基本要求： 1.掌握微程序控制器工作原理 2設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)指令的微

15、程序片段 二. 理論分析或算法分析 程序查詢方式是最簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的I/O方式，通常接口中至少有兩個(gè)寄存器，一個(gè)是數(shù) 據(jù)緩沖寄存器，即數(shù)據(jù)端口，用來存放與方式，通常接口中至少有兩個(gè)寄存器，一個(gè)是數(shù) 據(jù)緩沖寄存器，即數(shù)據(jù)端口，用來存放與CPU進(jìn)行傳送的數(shù)據(jù)信息；另一個(gè)是供進(jìn)行傳 o 。當(dāng) 送的數(shù)據(jù)信息；另一個(gè)是供 CPU查詢的設(shè)備狀態(tài)寄存器，這個(gè)寄存器由多個(gè)標(biāo)志位組成， 其中最重要的是“外設(shè)準(zhǔn)備就緒”標(biāo)志（輸入或輸出設(shè)備的準(zhǔn)備就緒標(biāo)志可以不是同一位） 當(dāng)要的是“外設(shè)準(zhǔn)備就緒”標(biāo)志（輸入或輸出設(shè)備的準(zhǔn)備就緒標(biāo)志可以不是同一位） CPU得到這位標(biāo)志后就進(jìn)行判斷，以決定下一步是繼續(xù)循環(huán)等待還是進(jìn)行得到這位

16、標(biāo)志后 就進(jìn)行判斷，以決定下一步是繼續(xù)循環(huán)等待還是進(jìn)行I/O傳送。 三. 實(shí)現(xiàn)方法（含實(shí)現(xiàn)思路、程序流程圖、實(shí)驗(yàn)電路圖和源程序列表等） 實(shí)驗(yàn)電路圖 歡迎下載 or B 1*1 15- b 粧.: TT VSJ 二！_I wuap ir J &w0 j-ii： HTHFrr 石 4 P 辭 精品文庫 將數(shù)據(jù)送入鎖存器： 歡迎下載 nW h. SWl WWIT tig &V2 WWPT 7 * E a 1 LT? Pin ig MJ Hb II- swie JVflPIT Swi3 bA-hT Y檢. use h-un LMB IflBWHWiftMS S A L150 a 亡2、 USB VVR

17、HE wp s-v-s?Dr REJ _hET MS 6ej VMU J3.A j ItM楓 H IWOOI Ti. r 5W5 , 曲 曲. MT? CFlK. VM 事IMJGA. _N河 .73b SErO 沁 uet USA 1*2137 rife娠. fiWHFf 字a屛世 PD PiP F PD. 3I4TE Ti n SW5 . Mstax J k 04 k Dj k 01 k C4 k M k Di k CH b CT IV LEqV LEV LIV LE0V lBIW VfflWieMfD 四.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 （含執(zhí)行結(jié)果驗(yàn)證、輸出顯示信息、圖形、調(diào)試過程中所遇的問題及處理方法

18、等） 過程分析： 在輸入設(shè)備準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)出一個(gè)選通信號(hào)KEY-BUS將數(shù)據(jù)通過總線接 收器74LS245送入總線，然后通過總線把數(shù)據(jù)傳送到鎖存器 74LS373 （圖中的 U2）,同時(shí)將D觸發(fā)器U3:B的Q輸出端置為1 （即燈READ_NEXT），表示接口 中已經(jīng)有數(shù)據(jù)（即準(zhǔn)備就緒）。CPU要從外設(shè)輸入數(shù)據(jù)時(shí)，先執(zhí)行輸入指令讀取 狀態(tài)字，如READ_NEXT=再執(zhí)行輸入指令從鎖存器中讀取數(shù)據(jù)，同時(shí)把DE_C2 置為1，表示可以準(zhǔn)備從外設(shè)接收下一個(gè)數(shù)據(jù)； 如果READ_NEXT=0踏步等待， 直至read next為止。 五.結(jié)論 通過本次實(shí)驗(yàn)，我掌握了程序查詢的基本思想以及工作流程。通過仿

19、真電 路，雖然實(shí)驗(yàn)中遇到問題，但在老師和同學(xué)的幫助下，最終還是實(shí)現(xiàn)了程序查 詢方式的輸入接口和輸出接口的工作流程仿真，完成了本次實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)五：微程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)環(huán)境 PC機(jī)+ Win 2003 + proteus 仿真器 實(shí)驗(yàn)日期 2015.12 一.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 了解微程序執(zhí)行過程 2.設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)指令的微程序執(zhí)行過程 3. 分析取指過程與微地址的關(guān)系 二、理論分析或算法分析 1、微程序的設(shè)計(jì) 理論分析或算法分析 微地址顯示燈顯示的是后續(xù)微地址，而 26位顯示燈顯示的是當(dāng)前微單元的二進(jìn)制控 制位。 微控制代碼輸出鎖存器273(0-2)、175及后續(xù)微地址輸出鎖存器M7M2(74LS74)

20、o CK0、CK1、CK2 CK3為微控制器微代碼鎖存輸出控制位。 T2為后續(xù)微地址輸出鎖存控制位，在模型機(jī)運(yùn)行狀態(tài)有效。 微控制程序存貯器(6116)片選端CS0 CS1、CS2 CS3受控于管理 CPU(89C52)o 微控制程序存貯器(6116)讀、寫端OE WE勻受控于管理 CPU(89C52)。 SE5SE0是指令譯碼的輸入端，通過譯碼器確定相應(yīng)機(jī)器指令的微代碼入口地址。 4片245在CPU管理下產(chǎn)生裝載微代碼程序所需的四路8位數(shù)據(jù)總線及低5位地址線。 管理CPU(89C52)及大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?MACH128I是系統(tǒng)的指揮與控制中心。 這種方式的特點(diǎn)是微程序控制部件中的微地址中的微地址產(chǎn)生線路主要是微地址計(jì) 在微程序執(zhí)行 數(shù)器MPC, MPC的