計(jì)算機(jī)組成原理第二次實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告專(zhuān)業(yè)班級(jí)：姓名：機(jī)器號(hào)：學(xué)號(hào)：E-mail:指導(dǎo)教師：總 成績(jī)：分步成績(jī)：出勤：實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告：實(shí)驗(yàn)三運(yùn)算器及移位實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解運(yùn)算器模塊如何連接以及數(shù)據(jù)通路；2、 通過(guò)實(shí)際設(shè)置控制信號(hào)、給出ALU的輸入端數(shù)據(jù)、觀察運(yùn)算結(jié)果，領(lǐng)會(huì)課堂教學(xué)中關(guān)于 ALU的功能特性；3、 認(rèn)識(shí)一種較新的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) ALU功能的方法一一用CPLD實(shí)現(xiàn)運(yùn)算器。4、 掌握作為運(yùn)算器核心器件的ALU，其輸出連入數(shù)據(jù)總線(xiàn)前常見(jiàn)處理方法一一COP2000實(shí)驗(yàn)儀中使用了三種輸出結(jié)果數(shù)據(jù)的方法一一直通輸出D、左移輸出L、右移輸出R。、實(shí)驗(yàn)原理COP2000模型機(jī)中的8位ALU由一片CPLD（ X

2、C9572）實(shí)現(xiàn)。有8種運(yùn)算類(lèi)型：加、減、與、或、進(jìn)位加、進(jìn)位減、A取反、A輸出運(yùn)算，通過(guò)控制信號(hào)S2、S1、SO來(lái)選擇。運(yùn)算數(shù)據(jù)由累加器 A及寄存器W給出， 運(yùn)算結(jié)果輸出到 D，L，R。具體結(jié)構(gòu)如下圖。數(shù)據(jù)總線(xiàn)R4-R1ALU原理圖D將運(yùn)算器的結(jié)果不移位送總線(xiàn)，右移移位器由3個(gè)8位寄存器組成，能實(shí)現(xiàn)直通、左移、右移。直通門(mén)< ALVT'、AL 口.LU<:;,LUJ <；AL門(mén) 、，ALL< ALt;i,' ALVODOET開(kāi)Lh BUSfi Daui? BUSJ DflUS?DBt'S，、 BfW ' ：AL匸直接輸岀和零標(biāo)志位產(chǎn)生原

3、理圖< alUI:_) j<AUH> 4HCM!L_c-OBCS7k wife ><"5BUn > r 口缸整:' _DBUS： . K DBUIi > K lrtbw >門(mén)R將運(yùn)算器的 結(jié)果右移一位送 總線(xiàn)，左移門(mén)L 將運(yùn)算器的結(jié)果 左移一位送總 線(xiàn)。用控制信號(hào) CN決定運(yùn)算器 是否帶進(jìn)位移 位。4H<?45ALL：左移輸出愿里圖4HCOB< Aun >< ALU6 ?>< ALUJ _> . Attn、-< ALV1 >11 “V1« :1* '；13:

4、：2E牡 ；4HC2J：sCDEHJ57 -DBUS6 CFl：ZC Sb usZ:DBUSjDBL37 -DEL S IALU右移輸出原理圖三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)按照下表連線(xiàn)連接信號(hào)孔接入連接信號(hào)孔接入1J1座J3座5AENK32S0K06WENK43S1K17CyINK54S2K28ALUCKCLOCK注：CylN為運(yùn)算器進(jìn)位輸入(1)將運(yùn)算數(shù)據(jù)輸入 A、W中將XXH寫(xiě)入A寄存器：撥設(shè)置開(kāi)關(guān)K23 K16，使其為A寄存器要輸入的數(shù)據(jù)K23K22K21K20K19K18K17K1600000100置控制信號(hào)，使DBUS數(shù)據(jù)送入A寄存器中K5K4（ WEN）K3 （AEN）K2 （S2）K

5、1 （S1）K0（ S0）(CyIN)110111按住CLOCK脈沖鍵，CLOCK由高變低，這時(shí)寄存器A的黃色指示燈亮，表示選擇寄存器 A。放開(kāi)CLOCK鍵，CLOCK由低變高，產(chǎn)生一個(gè)上升沿，數(shù)據(jù)XXH被寫(xiě)入寄存器 A。將XXH寫(xiě)入 W寄存器撥設(shè)置開(kāi)關(guān)K23 K16，使其為A寄存器要輸入的數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1600000010置控制信號(hào),使DBUS數(shù)據(jù)送入 W寄存器中K5（ CylN）K4（ WEN）K3 （KAEN）K2 （S2）K1 （S1）K0（ S0）101111按住CLOCK脈沖鍵，CLOCK由高變低,這時(shí)寄存器 W的黃色指示燈亮，表示選擇寄存器 W

6、。放開(kāi)CLOCK鍵，CLOCK由低變高，產(chǎn)生一個(gè)上升沿，數(shù)據(jù)XXH被寫(xiě)入寄存器 W。(2)置控制信號(hào)，填寫(xiě)運(yùn)算結(jié)果。K5（CylN）K2（S2）K1（S1）K0（S0）結(jié)果(直通門(mén)D)注釋000006加運(yùn)算000102減運(yùn)算001006或運(yùn)算001100與運(yùn)算010006帶進(jìn)位加運(yùn)算110007帶進(jìn)位加運(yùn)算010102帶進(jìn)位減運(yùn)算110101帶進(jìn)位減運(yùn)算0110FB取反運(yùn)算011104輸出A2、移位實(shí)驗(yàn)按照下表連線(xiàn)連接信號(hào)孔接入1J1座談J3座2AENK03CNK14CylNK25S2K36S1K47S0K58ALUCKCLOCK注：CylN為移位進(jìn)位輸入(1)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入A寄存器K23K22K

7、21K20K19K18K17K1600000010置控制信號(hào)為K0 （AEN）K3 （S2）K4 （S1）K5（ S0）0111注：S21S1S0=111時(shí)，運(yùn)算器輸出為寄存器 A的內(nèi)容。(2)將A中數(shù)據(jù)進(jìn)行三種方式操作，并寫(xiě)出結(jié)果CNCyINLDR0X0402011004020111050281實(shí)驗(yàn)四存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的工作原理；2、 通過(guò)對(duì)6116SRAM芯片的實(shí)驗(yàn)體會(huì)存儲(chǔ)芯片讀寫(xiě)信號(hào)的作用；3、 了解COP2000實(shí)驗(yàn)儀中內(nèi)存模塊地址的兩個(gè)來(lái)源，學(xué)會(huì)給出地址并按地址向相應(yīng)的EM單元中寫(xiě)入數(shù)據(jù)的方法；4、掌握由EM讀出數(shù)據(jù)打入指令寄存器 IR和uPC的方法；二、

8、實(shí)驗(yàn)原理44CUAB攻； AK39AK引< AB；y<CABrsa< AO7A A i A丄JL丄丄AJA1A2A3A4X;!AeArAi朋扣-GEStIfc -nJ Jm-3 DT* *# .7 - n H 3-XDIMAlA2AjAXAJ理AT-Egaw* 曲-TJ B B- BiC DBl£< DBUSl DBl：C DHU55 )CDBLSt(DBUS-:flu 1a 3 4 5 (M WJI< mesa >t.sT<E5F>-. ml ->EM原理圖內(nèi)存中存放指令和數(shù)據(jù) ，當(dāng)內(nèi)存存放指令時(shí)，將指令送指令總線(xiàn)；當(dāng)內(nèi)存存放數(shù)

9、據(jù)時(shí)，將數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)總 線(xiàn)。存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)電路由一片 RAM6116和二片74HC245組成。6116是2K*8bit的SRAM，A0 A10是存儲(chǔ)器的地址線(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)電路中，只使用8條地址線(xiàn)A0 A7，而 A8 A10接地。DO D7是存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)線(xiàn)。E是存儲(chǔ)器的片選信號(hào)，當(dāng)E為低電平時(shí)，存儲(chǔ)器被選中，可以進(jìn) 行讀寫(xiě)操作；當(dāng)E為高電平時(shí)，存儲(chǔ)器未被選中；本實(shí)驗(yàn)中E始終接地。W為寫(xiě)命令，W為低電平時(shí)，是寫(xiě)操 作；G為讀命令，G為低電平時(shí)，是讀操作。RAM的數(shù)據(jù)輸出通過(guò) 74HC245與數(shù)據(jù)總線(xiàn)相連，RAM的地址線(xiàn)與地址總線(xiàn)相連，可選擇由PC或MAR 提供地址。RAM的數(shù)據(jù)輸出直接接到指令總線(xiàn) IBUS

10、上。指令總線(xiàn)的數(shù)據(jù)還可以由 1片74HC245提供，當(dāng) ICOE=0時(shí)，74HC245輸出中斷指令 B8。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按下表連接線(xiàn)連接信號(hào)孔接入孔連接信號(hào)孔接入孔1J2J37EMRDK12IRENK68EMWRK03PCOEK59PCCKCLOCK4MAROEK410MARCKCLOCK5MARENK311EMCKCLOCK6EMENK212IRCKCLOCK1、置PC/MAR輸出地址選擇的控制信號(hào)K5（ PCOE）K4（ MAROE）地址總線(xiàn)紅色地址輸出指示燈01PC輸出地址PC地址輸出指示燈亮10MAR輸出地址MAR地址輸出指示燈亮11地址總線(xiàn)浮空00錯(cuò)誤，PC及MAR同時(shí)輸出2、存儲(chǔ)器E

11、M寫(xiě)實(shí)驗(yàn)（以下存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)均由 MAR提供地址）（1）將地址0寫(xiě)入MAR :將二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23 K16 置為 00000000，即 DBUS7 :0的數(shù)據(jù)輸入為00HK23K22K21K20K19K18K17K1600 0 0000 0設(shè)置控制信號(hào)：K6K5K4K3K2K1K0（IREN）（PCOE）（ MAROE）（MAREN）（EMEN）（EMRD）（ EMWR）11 101 11按CLOCK鍵，將地址0寫(xiě)入MAR向EM0中寫(xiě)入一個(gè)數(shù)據(jù)置數(shù)據(jù)K23K22K21K20K19K18K17K1600 0 0001 0置控制信號(hào)：K6K5K4K3K2K1K0（IREN）（PCOE）（MAROE）（M

12、AREN）（EMEN）（EMRD）（ EMWR）11 0101 0按CLOCK鍵，將數(shù)據(jù)XXH寫(xiě)入EM0（2）將地址1寫(xiě)入MAR :將二進(jìn)制開(kāi)關(guān) K23 K16置為00000001，即 DBUS7 :0的數(shù)據(jù)輸入為01HK23K22K21K20K19K18K17K1600000001設(shè)置控制信號(hào)K6K5K4K3K2K1K0（IREN）（PCOE）（MAROE）（MAREN）（EMEN）（EMRD）（EMWR）1110111按CLOCK鍵，將地址1寫(xiě)入MAR向EM1中寫(xiě)入一個(gè)數(shù)據(jù)置數(shù)據(jù)K23K22K21K20K19K18K17K1600000100置控制信號(hào)K6K5K4K3K2K1K0（IREN

13、）（PCOE）（MAROE）（MAREN）（EMEN）（EMRD）（EMWR）1101010按CLOCK鍵，將數(shù)據(jù)XXH寫(xiě)入EM0可以重復(fù)若干次，向多個(gè)EM單元寫(xiě)入多個(gè)不同的數(shù)據(jù) 。3、存儲(chǔ)器EM讀實(shí)驗(yàn)（1）將地址0寫(xiě)入MAR :將二進(jìn)制開(kāi)關(guān) K23 K16置為00000000，即DBUS7 : 0的數(shù)據(jù)輸入為 00HK23K22K21K20K19K18K17K1600000000置控制信號(hào)：K6K5K4K3K2K1K0(IREN)(PCOE)(MAROE)(MAREN)(EMEN)(EMRD)(EMWR)1110111按CLOCK鍵，將地址0寫(xiě)入MAR讀 EM0:置控制信號(hào)為：K6K5K4K

14、3K2K1K0(IREN)(PCOE)(MAROE)(MAREN )(EMEN)(EMRD)(EMWR)1101001EM0讀岀值是02(2)將地址1寫(xiě)入MAR :將二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23 K16 置為 00000001 ,即 DBUS7 : 0的數(shù)據(jù)輸入為 01HK23K22K21K20K19K18K17K1600000001置控制信號(hào):K6K5K4K3K2K1K0(IREN)(PCOE)(MAROE)(MAREN)(EMEN)(EMRD)(EMWR)1110111按CLOCK鍵，將地址1寫(xiě)入MAR讀 EM1:置控制信號(hào)為：K6K5K4K3K2K1K0（IREN）（PCOE）（MAROE）（MAR

15、EN）（EMEN）（EMRD）（EMWR）1101001EM1讀出值是 4可以重復(fù)若干次，讀出多個(gè)單元中的數(shù)據(jù)4、存儲(chǔ)器打入IR/uPC實(shí)驗(yàn)COP2000中直接用EM中讀出的內(nèi)容作為 uM地址，故需具備EM內(nèi)容打入uPC的功能。（1）將地址0寫(xiě)入MAR將二進(jìn)制開(kāi)關(guān) K23 K16置為00000000，即DBUS7 : 0的數(shù)據(jù)輸入為 00HK23K22K21K20K19K18K17K1600000000置控制信號(hào)K6K5K4K3K2K1K0（IREN）（PCOE）（MAROE）（MAREN）（EMEN）（EMRD）（EMWR）1110111按CLOCK鍵，將地址0寫(xiě)入MAR（2）讀EMO,并寫(xiě)

16、入IR及uPC置控制信號(hào)K6K5K4K3K2K1K0（IREN）（PCOE）（MAROE）（MAREN）（EMEN）（EMRD）（EMWR）0101001EM0讀出值是2按 CLOCK鍵，將 EM0寫(xiě)入 IR及 uPC, IR = _02, uPC =00四、思考題運(yùn)算器1、 運(yùn)算器在加上控制信號(hào)及數(shù)據(jù)（A、W）后，運(yùn)算結(jié)果是否需 CLOCK跳變才能給出？答：不需要，結(jié)果會(huì)直接給出。2、S2、S1、SO控制信號(hào)的作用。答：通過(guò)控制信號(hào)S2、S1、SO來(lái)選擇ALU的運(yùn)算類(lèi)型。具體運(yùn)算選擇如下：S2 S1 SO功能0 0 0 A+W力口0 0 1 A W減010 A|W或011A&W與10

17、0A+W+C進(jìn)位加101A W+C進(jìn)位減1 1 0 A取反1 1 1 A輸出3、在移位實(shí)驗(yàn)中，CN是什么控制信號(hào)？答：CN是判斷移位是否帶進(jìn)位的信號(hào)，CN=0表示不帶進(jìn)位，CN=1表示帶進(jìn)位。4、 移位與輸出門(mén)是否打開(kāi)無(wú)關(guān)，無(wú)論運(yùn)算器結(jié)果如何，移位門(mén)都會(huì)給出移位結(jié)果。但究竟把哪一個(gè)結(jié)果送數(shù) 據(jù)總線(xiàn)由哪些控制信號(hào)決定 ？答：由DOE，LOE, ROE控制信號(hào)決定。5、直通門(mén)D、左移門(mén)L和右移門(mén)R的輸出結(jié)果是否總是同時(shí)給出 ？為什么？答：輸出結(jié)果是同時(shí)給出的，都是由CLOCK上升沿控制。存儲(chǔ)器1、 詳細(xì)了解EM原理圖，說(shuō)明6116的三個(gè)控制端的連接方法的含義；寫(xiě)使能與讀使能的區(qū)別。答：（1）E是存

18、儲(chǔ)器的片選信號(hào)，當(dāng)E為低電平時(shí)，存儲(chǔ)器被選中，可以進(jìn)行讀寫(xiě)操作；當(dāng)E為高電平時(shí)，存 儲(chǔ)器未被選中；本實(shí)驗(yàn)中E始終接地，所以該存儲(chǔ)器一直被選中，可以使用。G為讀命令，G為低電平時(shí)，是讀操作，EMRD信號(hào)作為G的輸入，因此當(dāng)EMRD為低電平時(shí)，存儲(chǔ)器進(jìn) 行讀操作。W為寫(xiě)命令，W為低電平時(shí)，是寫(xiě)操作。EMWR和CK經(jīng)或門(mén)后的輸出作為 W的輸入，因此只有當(dāng)EMWR 為低電平，并且時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí)，在時(shí)鐘脈沖的下降沿，W為低電平，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器。（2）寫(xiě)使能有效時(shí)是將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到存儲(chǔ)器中，而讀使能有效時(shí)是將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器送出到數(shù)據(jù)總線(xiàn)上。2、 觀察EM地址的來(lái)源，EM的地址什么時(shí)候由 PC提供，什么時(shí)候由MAR提供；答：控制信號(hào)不同會(huì)導(dǎo)致 EM地址來(lái)源不同：PCOE為0, MAROE為1時(shí)，EM的地址由PC提供；PCOE為1， MAROE為0時(shí)，EM的地址由 MAR提供。3、 存儲(chǔ)器進(jìn)行讀操作時(shí)，如果將EMRD置為1，能讀出原來(lái)的寫(xiě)入數(shù)據(jù)嗎 ？讀EM單元內(nèi)容需要CLK跳變嗎？ 答：如果將EMRD置為1，不能讀出原來(lái)的寫(xiě)入數(shù)據(jù)，因?yàn)樽x使能為低電平有效。讀EM單元內(nèi)容不需要 CLK 跳變，因?yàn)镋M的G端的信號(hào)是直接由 EMRD提供的。4、 同時(shí)