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1、計(jì)算機(jī)原理實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī):計(jì)算機(jī)原理實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)報(bào)告課 程 : 計(jì)算機(jī)組成原理 姓 名 : 姜香玉 專(zhuān) 業(yè) :   網(wǎng)絡(luò)工程 學(xué) 號(hào) : 132055215 日 期 : 2015年12月 太原工業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系實(shí)驗(yàn)一:運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境PC機(jī)Win 2003emu8086proteus仿真器實(shí)驗(yàn)日期2015年.10一實(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2 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

2、方式可通過(guò)設(shè)置其控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)正確設(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(guò)一個(gè)三態(tài)門(mén)(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

3、(74LS273)鎖存,鎖存器的輸入亦以8芯扁平線方式與數(shù)據(jù)總線相連,數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)(INPUT DEVICE)用來(lái)給出參與運(yùn)算的數(shù)據(jù),經(jīng)一三態(tài)門(mén)(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(lái)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2. 實(shí)現(xiàn)8位算數(shù)邏輯單元四實(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(guò)程中所遇的問(wèn)題及處理方法等)(一)驗(yàn)證了基本要求,實(shí)現(xiàn)了設(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)邏輯單元的功能.運(yùn)行結(jié)果:圖一圖

4、二:(2) 思考問(wèn)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(lái)說(shuō),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(lái)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)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,只需一次操作控制,而且馬上就可以得到運(yùn)算結(jié)果

5、。兩條總線各自把其數(shù)據(jù)送至ALU的輸入端因而必須在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:(1)在ALU的兩個(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2傳送到總線3,那么可以通過(guò)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

6、。學(xué)會(huì)了如何使用proteus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(guò)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 2003emu8086proteus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))2 理論分析或算法分析單元電路: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總線接口。經(jīng)CBA二進(jìn)制控制開(kāi)關(guān)譯碼產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸出選通信號(hào),LDR0、LD

7、R1、LDR2為數(shù)據(jù)寫(xiě)入允許信號(hào),由二進(jìn)制控制開(kāi)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2. 擴(kuò)展成四組(由于空間有限,只能實(shí)現(xiàn)兩組)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(guò)程中所遇的問(wèn)題及處理方法等)(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)、實(shí)現(xiàn)更多的寄存器(至少8個(gè))的功能.運(yùn)行結(jié)果:圖一(二)思考問(wèn)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。五結(jié)論完成了本次實(shí)驗(yàn)要求的設(shè)計(jì)并驗(yàn)證寄存器組(至少四

8、個(gè)寄存器)、實(shí)現(xiàn)更多的寄存器(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.明白了CPU運(yùn)算器中計(jì)算器的作用:(1) 可將寄存器內(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(lái)指向內(nèi)存的某個(gè)位置,即尋址。(3) 可以用來(lái)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)到電腦的周邊設(shè)備。實(shí)驗(yàn)三:輸入輸出實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境ISIS仿真軟件實(shí)驗(yàn)日期2015.11實(shí)現(xiàn)方法:實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)四:微程序控制器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境PC機(jī)Win7proteus仿真器實(shí)驗(yàn)日期2015.12一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本要求: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

9、、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(lái)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(lái)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)。當(dāng)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

10、(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)電路圖將數(shù)據(jù)送入鎖存器:CPU從鎖存器中讀取數(shù)據(jù):準(zhǔn)備讀取下一個(gè)數(shù)據(jù):4 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(guò)程中所遇的問(wèn)題及處理方法等)過(guò)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(guò)總線接收器74LS245送入總線,然后通過(guò)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亮),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=1,再執(zhí)行輸入指令從鎖存器中讀取數(shù)據(jù)

11、,同時(shí)把DE_C2D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;則踏步等待,直至READ_NEXT=1為止。五結(jié)論 通過(guò)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(guò)仿真電路,雖然實(shí)驗(yàn)中遇到問(wèn)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 2003proteus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(guò)程2. 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)指令的微程序執(zhí)行過(guò)程3. 分析取指過(guò)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

12、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)。 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)。 微控制程序存貯器(6116)讀、寫(xiě)端OE、WE均受控于管理CPU(89C52)。 SE5SE0是指令譯碼的輸入端,通過(guò)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)

13、總線及低5位地址線。 管理CPU(89C52)及大規(guī)??删幊踢壿嬈骷﨧ACH128N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)數(shù)器MPC,MPC的初值由微程序首址形成線路根據(jù)指令操作碼編碼形成,在微程序執(zhí)行過(guò)程中該計(jì)數(shù)器增量計(jì)數(shù),產(chǎn)生下一條微指令地址。這使得微指令格式中可以不設(shè)置“下地址場(chǎng)”,縮短了微指令長(zhǎng)度,也使微程序控制部件結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。但微程序必須存放在控存若干連續(xù)單元中。2) 斷定方式微程序控制部件示意圖微指令中設(shè)有“下地址場(chǎng)”,他指出下條微指令的地址,這使一條指令的微程序中的微指令在控存中不一定要連續(xù)存放。在微程序執(zhí)行過(guò)程中。微程序控制部件中的微地址形成電路直接接受微指令下地址場(chǎng)信息來(lái)產(chǎn)生下條微指令地址,微程序的首址也由此微地址形成線路根據(jù)指令操作碼產(chǎn)生3、 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)將全部微程序微指令格式變址的二進(jìn)制代碼表四實(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(guò)程中所遇的問(wèn)題及處理方法等)(一)驗(yàn)證了基本要求,實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)指令的微程序執(zhí)行過(guò)程、分析取指過(guò)程與微地址的關(guān)系的功能.五結(jié)論完成了本次實(shí)驗(yàn)要求的設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)

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