1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上福建農(nóng)林大學(xué)計算機與信息學(xué)院計算機類實驗報告課程名稱：計算機組成原理姓 名：系：計算機專 業(yè)：計算機科學(xué)與技術(shù)年 級：2012級學(xué) 號：指導(dǎo)教師：張旭玲職 稱：講師 2014年 06 月 22日序號實驗項目名稱成績指導(dǎo)教師1算術(shù)邏輯運算單元實驗張旭玲2存儲器和總線實驗張旭玲3微程序控制單元實驗張旭玲4指令部件模塊實驗張旭玲 實驗項目列表福建農(nóng)林大學(xué)計算機與信息學(xué)院信息工程類實驗報告系： 計算機 專業(yè)： 計算機科學(xué)與技術(shù) 年級： 2012級 姓名： 周孫彬 學(xué)號： 實驗課程： 實驗室號：_ 實驗設(shè)備號： 實驗時間： 指導(dǎo)教師簽字： 成績： 實驗一 算術(shù)邏輯運算單元實驗實

2、驗?zāi)康?、掌握簡單運算器的數(shù)據(jù)傳輸方式2、掌握74LS181的功能和應(yīng)用實驗要求 完成不帶進位位算術(shù)、邏輯運算實驗。按照實驗步驟完成實驗項目，了解算術(shù)邏輯運算單元的運行過程。實驗說明1、ALU單元實驗構(gòu)成（如圖2-1-1）1、運算器由2片74LS181構(gòu)成8位字長的ALU單元。2、2片74LS374作為2個數(shù)據(jù)鎖存器（DR1、DR2），8芯插座ALU-IN作為數(shù)據(jù)輸入端，可通過短8芯扁平電纜，把數(shù)據(jù)輸入端連接到數(shù)據(jù)總線上。運算器的數(shù)據(jù)輸出由一片74LS244（輸出緩沖器）來控制，8芯插座ALU-OUT作為數(shù)據(jù)輸出端，可通過短8芯扁平電纜把數(shù)據(jù)輸出端連接到數(shù)據(jù)總線上。圖2-1-1圖2-1-22、

3、ALU單元的工作原理（如圖2-1-2）數(shù)據(jù)輸入鎖存器DR1的EDR1為低電平，并且D1CK有上升沿時，把來自數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)打入鎖存器DR1。同樣使EDR2為低電平、D2CK有上升沿時把數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)打入數(shù)據(jù)鎖存器DR2。算術(shù)邏輯運算單元的核心是由2片74LS181組成，它可以進行2個8位二進制數(shù)的算術(shù)邏輯運算，74LS181的各種工作方式可通過設(shè)置其控制信號來實現(xiàn)（S0、S1、S2、S3、M、CN）。當(dāng)實驗者正確設(shè)置了74LS181的各個控制信號，74LS181會運算數(shù)據(jù)鎖存器DR1、DR2內(nèi)的數(shù)據(jù)。由于DR1、DR2已經(jīng)把數(shù)據(jù)鎖存，只要74LS181的控制信號不變，那么74LS181的輸出

4、數(shù)據(jù)也不會發(fā)生改變。輸出緩沖器采用74LS244，當(dāng)控制信號ALU-O為低電平時，74LS244導(dǎo)通，把74LS181的運算結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)總線；當(dāng)ALU-O為高電平時，74LS244的輸出為高阻。實驗步驟1、不帶進位位邏輯或運算實驗把ALU-IN（8芯的盒型插座）與CPT-B板上的二進制開關(guān)單元中J01插座相連(對應(yīng)二進制開關(guān)H16H23)，把ALU-OUT（8芯的盒型插座）與數(shù)據(jù)總線上的DJ2相連。把D1CK和D2CK用連線連到脈沖單元的PLS1上，把EDR1、EDR2、ALU-O、S0、S1、S2、S3、CN、M接入二進制開關(guān)（請按下表接線）?？刂菩盘柦尤腴_關(guān)位號D1CKPLS1 孔D2C

5、KPLS1 孔EDR1H8 孔EDR2H7 孔ALU-OH6 孔CNH5 孔MH4 孔S3H3 孔S2H2 孔S1H1 孔S0H0 孔按啟停單元中的運行按鈕，使實驗平臺處于運行狀態(tài)。二進制開關(guān)H16H23作為數(shù)據(jù)輸入，置33H（對應(yīng)開關(guān)如下表）。H23H22H21H20H19H18H17H16數(shù)據(jù)總線值D7D6D5D4D3D2D1D08位數(shù)據(jù)0011001133H置各控制信號如下：H8H7H6H5H4H3H2H1H0EDR1EDR2ALU-OCNMS3S2S1S0010111110按脈沖單元中的PLS1脈沖按鍵，在D1CK上產(chǎn)生一個上升沿，把33H打入DR1數(shù)據(jù)鎖存器，通過邏輯筆或示波器來測量

6、確定DR1寄存器（74LS374）的輸出端，檢驗數(shù)據(jù)是否進入DR1中。二進制開關(guān)H16H23作為數(shù)據(jù)輸入，置55H（對應(yīng)開關(guān)如下表）。H23H22H21H20H19H18H17H16數(shù)據(jù)總線值D7D6D5D4D3D2D1D08位數(shù)據(jù)0101010155H置各控制信號如下：H8H7H6H5H4H3H2H1H0EDR1EDR2ALU-OCNMS3S2S1S0100111110按脈沖單元中的PLS1脈沖按鍵，在D2CK上產(chǎn)生一個上升沿的脈沖，把55H打入DR2數(shù)據(jù)鎖存器。經(jīng)過74LS181的計算，把運算結(jié)果（F=A或B）輸出到數(shù)據(jù)總線上，數(shù)據(jù)總線上的LED顯示燈IDB0IDB7應(yīng)該顯示為77H。實驗

7、結(jié)果2、不帶進位位加法運算實驗二進制開關(guān)H16H23作為數(shù)據(jù)輸入，置33H（對應(yīng)開關(guān)如下表）。H23H22H21H20H19H18H17H16數(shù)據(jù)總線值D7D6D5D4D3D2D1D08位數(shù)據(jù)0011001133H置各控制信號如下：H8H7H6H5H4H3H2H1H0EDR1EDR2ALU-OCNMS3S2S1S0010101001按脈沖單元中的PLS1脈沖按鍵，在D1CK上產(chǎn)生一個上升沿，把33H打入DR1數(shù)據(jù)鎖存器，通過邏輯筆或示波器來測量確定DR1寄存器（74LS374）的輸出端，檢驗數(shù)據(jù)是否進入DR1中。二進制開關(guān)H16H23作為數(shù)據(jù)輸入，置55H（對應(yīng)開關(guān)如下表）。H23H22H21

8、H20H19H18H17H16數(shù)據(jù)總線值D7D6D5D4D3D2D1D08位數(shù)據(jù)0101010155H置各控制信號如下：H8H7H6H5H4H3H2H1H0EDR1EDR2ALU-OCNMS3S2S1S0100101001按脈沖單元中的PLS1脈沖按鍵，在D2CK上產(chǎn)生一個上升沿，把55H打入DR2數(shù)據(jù)鎖存器。經(jīng)過74LS181的計算，把運算結(jié)果(F=A加B)輸出到數(shù)據(jù)總線上，數(shù)據(jù)總線上的LED顯示燈IDB0IDB7應(yīng)該顯示為88H。實驗結(jié)果實驗二 存儲器和總線實驗實驗?zāi)康?熟悉存儲器和總線的硬件電路實驗要求按照實驗步驟完成實驗項目，熟悉存儲器的讀、寫操作，理解在總線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?。實驗說明

9、1、存儲器和總線的構(gòu)成總線由1片74LS245、1片74LS244組成，把整個系統(tǒng)分為內(nèi)部總線和外部總線。2片74LS374鎖存當(dāng)前的數(shù)據(jù)、地址總線上的數(shù)據(jù)以供LED顯示。(如圖2-4-1)存儲器采用靜態(tài)1片RAM（6264）。存儲器的控制電路由1片74LS32和74LS08組成。（如圖2-4-2） 圖2-4-1 圖2-4-22、存儲器和總線的原理（1）總線的原理：由于本系統(tǒng)內(nèi)使用8根地址線、8根數(shù)據(jù)線，所以使用1片74LS245作為數(shù)據(jù)總線，另1片74LS244作為地址總線（見圖2-4-3）?？偩€把整個系統(tǒng)分為內(nèi)部數(shù)據(jù)、地址總線和外部數(shù)據(jù)、地址總線，由于數(shù)據(jù)總線需要進行內(nèi)、外部數(shù)據(jù)的交換，所

10、以由BUS信號來控制數(shù)據(jù)的流向，當(dāng)BUS=1時數(shù)據(jù)由內(nèi)到外，當(dāng)BUS=0時，數(shù)據(jù)由外到內(nèi)。圖2-4-3（2）由于本系統(tǒng)內(nèi)使用8根地址線、8位數(shù)據(jù)線，所以6264的A8A12接地，其實際容量為256個字節(jié)（如圖2-4-4）。6264的數(shù)據(jù)、地址總線已經(jīng)接在總線單元的外部總線上。存儲器有3個控制信號：地址總線設(shè)置存儲器地址，RM=0時，把存儲器中的數(shù)據(jù)讀出到總線上；當(dāng)WM=0，并且EMCK有一個上升沿時，把外部總線上的數(shù)據(jù)寫入存儲器中。為了更方便地編輯內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，在實驗平臺處于停機狀態(tài)時，可由監(jiān)控來編輯其中的數(shù)據(jù)。圖2-4-43、控制信號說明信號名稱作 用有效電平BUS總線方向選擇RM6264的

11、讀允許信號低電平有效WM6264的寫允許信號低電平有效EMCK6264的寫入脈沖信號上升沿有效CR監(jiān)控對6264的讀允許信號低電平有效CW監(jiān)控對6264的寫允許信號低電平有效M/C監(jiān)控選擇程序空間或微程序空間實驗步驟1、存儲器的寫操作把內(nèi)部地址總線AJ1（8芯盒形插座）與CPT-B板上的二進制開關(guān)單元中J03插座相連（對應(yīng)二進制開關(guān)H0H7），把內(nèi)部數(shù)據(jù)總線DJ8與CPT-B板上的J02插座相連（對應(yīng)二進制開關(guān)H8H15）。把EMCK連到脈沖單元的PLS1，WC、RC、BUS接入二進制的開關(guān)中。（請按下表接線）。信號定義接入開關(guān)位號EMCKPLS1 孔WMH22 孔RMH21 孔BUSH21

12、孔按啟停單元中的運行按鈕，置實驗平臺為運行狀態(tài)。二進制開關(guān)H0H7作為地址(A0A7)輸入，置55H（對應(yīng)開關(guān)如下表）。H7H6H5H4H3H2H1H0數(shù)據(jù)總線值A(chǔ)7A6A5A4A3A2A1A08位數(shù)據(jù)0101010155H二進制開關(guān)H8H15作為數(shù)據(jù)(D0D7)輸入，置66H(對應(yīng)開關(guān)如下表)。H15H14H13H12H11H10H9H8數(shù)據(jù)總線值D7D6D5D4D3D2D1D08位數(shù)據(jù)0110011066H置各控制信號如下：H22H21WMRM、BUS01按脈沖單元中的PLS1脈沖按鍵，在EMCK上產(chǎn)生一個上升沿，數(shù)據(jù)從內(nèi)部數(shù)據(jù)總線流向外部數(shù)據(jù)總線，將數(shù)據(jù)66H寫入地址為55H的存儲單元。

13、2、讀存儲器的數(shù)據(jù)到總線上在做好實驗1的基礎(chǔ)上，保持電源開啟和線路連接不變，只拔掉內(nèi)部數(shù)據(jù)總線DJ8與CPT-B板上的J02插座 (對應(yīng)二進制開關(guān)H8H15) 的連接。按啟停單元中的運行按鈕，置實驗平臺為運行狀態(tài)。二進制開關(guān)H0H7作為地址（A0A7）輸入，置55H（對應(yīng)開關(guān)如下表）H7H6H5H4H3H2H1H0數(shù)據(jù)總線值A(chǔ)7A6A5A4A3A2A1A08位數(shù)據(jù)0101010155H置各控制信號如下：H22H21WMRM、BUS10按脈沖單元中的PLS1脈沖按鍵，在EMCK上產(chǎn)生一個上升沿，數(shù)據(jù)從外部數(shù)據(jù)總線流向內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，將存儲器55H單元中的內(nèi)容輸出，應(yīng)該為實驗1中的寫入的數(shù)據(jù)66H。

14、此時數(shù)據(jù)總線上的指示燈IDB0IDB7顯示結(jié)果66H。實驗結(jié)果實驗三 微程序控制單元實驗實驗?zāi)康?、熟悉微程序控制器的原理2、掌握微程序編制、寫入并觀察運行狀態(tài)實驗要求 按照實驗步驟完成實驗項目，掌握設(shè)置微地址、微指令輸出的方法實驗說明1、微程序控制單元的構(gòu)成：（如圖2-6-1）8位微地址寄存器由2片74LS161組成；3片6264（3*8位）為微程序存儲器；24位微指令鎖存器由3片74LS374組成。 圖2-6-12、微程序控制單元原理：（如圖2-6-2）由于本系統(tǒng)中指令系統(tǒng)規(guī)模不大、功能較簡單，微指令可以采用全水平、不編碼的方式，每一個微操作控制信號由1位微代碼來表示，24位微代碼至少可表

15、示24個不同的微操作控制信號。如要實現(xiàn)更多復(fù)雜的操作可通過增加一些譯碼電路來實現(xiàn)。增量方式來控制微代碼的運行順序，每一條指令的微程序連續(xù)存放在微指令存儲器連續(xù)的單元中。每一指令的微程序的入口地址是通過對指令操作碼的編碼來形成的。在本系統(tǒng)內(nèi)指令碼最長為8位，那么最多可形成256條指令。在微程序存儲器的0單元存放取指指令，在啟動時微地址寄存器清零，執(zhí)行取指指令。每一段微程序都以取指指令結(jié)束，以取得下一條指令。在本系統(tǒng)內(nèi)，MLD為置微地址的控制信號，MCK為工作脈沖。當(dāng)MLD=0、MCK有上升沿時，把MD0MD7的值作為微程序的地址，打入微地址寄存器。當(dāng)MLD=1、MCK有上升沿時，微地址計數(shù)器自動

16、加1。 圖2-6-23、控制信號說明：信號名稱作 用有效電平MCK微程序工作脈沖上升沿用效MOCK微程序存儲器輸出工作脈沖低電平有效MLD微地址控制信號低電平有效MD0MD7微地址選擇開關(guān)實驗步驟：將MD0MD7、MLD接入二進制的開關(guān)上，將MCK、MOCK分別接入脈沖單元上的PLS1、PLS2上。（請按下表接線）。信號定義接入開關(guān)位號MCKPLS1 孔MOCKPLS2 孔MD0H0 孔MD1H1 孔MD2H2 孔MD3H3 孔MD4H4 孔MD5H5 孔MD6H6 孔MD7H7 孔MLDH23 孔按啟停單元中的停止按鍵，使實驗平臺處于停機狀態(tài)。通過鍵盤把數(shù)據(jù)寫入微程序存儲器中，例如微地址0H

17、中輸入11H、11H、11H三個字節(jié)、在05H中輸入55H、55H、55H三個字節(jié)、在06H中輸入66H、66H、66H。鍵盤監(jiān)控的使用方法請參閱第4章鍵盤監(jiān)控。1、微地址打入操作按啟停單元中的停止按鍵，使實驗平臺處于停機狀態(tài)，此時微地址寄存器被清零。按啟停單元中的運行按鍵，使實驗平臺處于運行狀態(tài)。此時微程序存儲器為讀狀態(tài)，微地址寄存器（74LS161）確定了當(dāng)前微程序存儲器的地址，并且輸出24位微操作（M0M23）。按脈沖單元中的PLS2脈沖按鍵，在MOCK上產(chǎn)生一個上升沿，把當(dāng)前微程序存儲器輸出的微指令打入微指令鎖存器?？稍贑PT-B上的微指令指示燈顯示出當(dāng)前微指令，應(yīng)為11H，11H，1

18、1H。置MLD=0，微代碼的地址MD0MD7（對應(yīng)二進制開關(guān)H0H7）為05H （對應(yīng)開關(guān)如下表）。H7H6H5H4H3H2H1H0H23MD7MD6MD5MD4MD3MD2MD1MD0MLD000001010按脈沖單元中的PLS1脈沖按鍵，在MCK上產(chǎn)生一個上升沿，把MD0MD7打入74LS161，微地址顯示燈MA0MA7將顯示05H，微程序存儲器把05H單元的內(nèi)容輸出。按脈沖單元中的PLS2脈沖按鍵，在MOCK上產(chǎn)生一個上升沿的脈沖，把當(dāng)前微指令打入微指令鎖存器，在CPT-B板上的微指令指示燈應(yīng)顯示55H，55H，55H。注意：微代碼由3片74LS374作為微指令鎖存器，它的OE端已經(jīng)接地

19、，只要MOCK端上有上升沿，即可鎖存并輸出微代碼。實驗結(jié)果2、微地址+1操作置MLD=1。按啟停單元中的運行按鍵，使實驗平臺處于運行狀態(tài)。按脈沖單元中的PLS1脈沖按鍵，在MCK上產(chǎn)生一個上升沿，微地址寄存器自動加1。若原來微地址寄存器的值為05H，那么當(dāng)前的微地址顯示燈MA0MA7將顯示06H，同時微程序存儲器輸出06H單元中的內(nèi)容。按脈沖單元中的PLS2脈沖按鍵，在MOCK上產(chǎn)生一個上升沿，將微程序存儲器的輸出的微指令，打入微指令鎖存器并輸出，在CPT-B板上的微指令指示燈應(yīng)顯示66H，66H，66H。實驗結(jié)果實驗四 指令部件模塊實驗實驗?zāi)康?、掌握指令部件的組成方式。2、熟悉指令寄存器的

20、打入操作，PC計數(shù)器的設(shè)置和加1操作，理解跳轉(zhuǎn)指令的實現(xiàn)過程。實驗要求按照實驗步驟完成實驗項目，掌握數(shù)據(jù)打入指令寄存器IR1、PC計數(shù)器的重置，PC計數(shù)器自動加1和實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)指令的方法。實驗說明1、指令部件模塊實驗的構(gòu)成：1片74LS374作為指令模塊的指令寄存器IR1，另1片74LS374作為地址鎖存器IR2。8芯插座PC-IN作為數(shù)據(jù)輸入端，可通過短8芯扁平電纜把數(shù)據(jù)輸入端連接到數(shù)據(jù)總線上。2片74LS161作為PC計數(shù)器。2片74LS245（同時只有1片輸出）作為當(dāng)前地址的輸出。8芯插座PC-OUT作為地址輸出端，可通過短8芯扁平電纜把地址輸出端連接到地址總線上。1片74LS153來實現(xiàn)多

21、種條件跳轉(zhuǎn)指令（JZ，JC，JMP等跳轉(zhuǎn)指令）。圖2-7-12、指令部件模塊原理：（如圖2-7-2）指令寄存器IR1（74LS374）的EIR1為低電平并且IR1CK有上升沿時，把來自數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)打入IR1，IR1的輸出就作為本系統(tǒng)內(nèi)的8位指令I(lǐng)0I7。在本系統(tǒng)內(nèi)由這8位指令可最多譯碼256條不同的指令，通過編碼可對應(yīng)出這些指令在微程序存儲器中入口地址，并且輸出相應(yīng)的微指令。2片74LS161組成了PC計數(shù)器，它由信號ELP、信號PC-O、脈沖PCCK來控制PC計數(shù)器+1和PC計數(shù)器置數(shù)操作。在停機狀態(tài)下，由控制臺置起始地址，給出打入脈沖并置入74LS161。當(dāng)ELP=0，PCCK有上升沿時

22、可重新置PC值。當(dāng)PCO=0、ELP=1， PCCK是上升沿時把當(dāng)前PC計數(shù)器加1，并且把PC計數(shù)器的值作為地址輸出到地址總線上。置EIR2為低電平，并且IR2CK有上升沿時，數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)打入IR2鎖存器后，置IR2-O=0，PC-O=1時，把IR2的值作為地址輸出到地址總線上。 74LS153是4選1的芯片，可通過JS0、JS1來選擇用JC還是JZ來實現(xiàn)條件跳轉(zhuǎn)的指令。JS1JS0功 能00選擇JZ 當(dāng)通用寄存器為0時跳轉(zhuǎn)01選擇JC 當(dāng)進位寄存器為0時跳轉(zhuǎn)10選擇JN 提供給用戶自定義，JN=0跳轉(zhuǎn)11重新設(shè)置當(dāng)前PC指針，實現(xiàn)JMP指令3、控制信號說明信號名稱作 用有效電平IR1CKI

23、R1的工作脈沖上升沿有效IR2CKIR2的工作脈沖上升沿有效PCCKPC計數(shù)器工作脈沖上升沿有效EIR1選通指令寄存器IR1低電平有效EIR2選通指令寄存器IR2低電平有效IR2-OIR2輸出允許低電平有效PC-OPC計數(shù)器內(nèi)容輸出允許低電平有效ELP74LS161控制信號高電平可重置PC值；低電平時PC值自動加1JS0-JS1選擇開關(guān)見上表JZ條件跳轉(zhuǎn)為零跳轉(zhuǎn)實驗步驟在啟停單元中按“運行”按鈕，使實驗平臺處于運行狀態(tài)。把EIR1，EIR2，PC-O，IR2-O，ELP，JS0，JS1接入二進制撥位開關(guān)中。把IR1CK和IR2CK接入脈沖單元PLS1，PCCK接入PLS2中。用長8位扁平電纜把PC-IN與CPT-B板上的二進制開關(guān)單元中J03相連（對應(yīng)二進制開關(guān)H0H7），PC-OUT用短8位扁平電纜連接地址總線AJ1，其他控制信號請按下表接線。信號定義接入開關(guān)位號IR1CKPLS1 孔IR2CKPLS1 孔PCCKPLS2 孔EIR1H20 孔EIR2H19 孔IR2-0H18 孔PC-OH17 孔ELPH16 孔JS0H15 孔JS1H14 孔JZH13 孔 圖2-7-21、PC計數(shù)器置數(shù)二進制開關(guān)H0H7作為數(shù)據(jù)輸入，置05H（對應(yīng)開關(guān)如下表）。H7