计算机组成原理 实验报告
专业班级: 计算机1105 学 号: 指导教师： 分步成绩： 出勤： 姓 名: E-mail: 总成绩： 实验表现 机机器号: 32 实验报告： 实验三 运算器及移位实验 一、实验目的 1、了解运算器模块如何连接以及数据通路； 2、通过实际设置控制信号、给出ALU的输入端数据、观察运算结果，领会课堂教学中关于ALU的功能特性； 3、认识一种较新的设计实现ALU功能的方法——用CPLD实现运算器。 4、掌握作为运算器核心器件的ALU，其输出连入数据总线前常见处理方法——COP2000实验仪中使用了三种输出结果数据的方法——直通输出D、左移输出L、右移输出R。 二、实验原理 COP2000模型机中的8位ALU由一片CPLD（XC9572）实现。有8种运算类型：加、减、与、或、进位加、进位减、A取反、A输出运算，通过控制信号S2、S1、S0来选择。运算数据由累加器A及寄存器W给出，运算结果输出到D，L，R。具体结构如下图。 数据总线R4-R1AWSPRALU控制线LDR ALU原理图 移位器由3个8位寄存器组成，能实现直通、左移、右移。直通门D将运算器的结果不移位送总线，右移门R将运算器的结果右移一位送总线，左移门L将运算器的结果左移一位送总线。用控制信号CN决定运算器是否带进位移位。
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三、实验内容 1、运算器实验 按照下表连线 连接 1 2 3 4 注：CyIN为运算器进位输入。
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信号孔 J1座 S0 S1 S2 接入 J3座 K0 K1 K2 连接 5 6 7 8 信号孔 AEN WEN CyIN ALUCK 接入 K3 K4 K5 CLOCK （1）将运算数据输入A、W中 将55H写入A寄存器： 拨设置开关K23—K16，使其为A寄存器要输入的数据： K23 0 K22 1 K21 0 K20 1 K19 0 K18 1 K17 0 K16 1 置控制信号，使DBUS数据送入A寄存器中： K5（CyIN） K4（WEN） 0 1 K3（AEN） 0 K2（S2） 0 K1（S1） 0 K0（S0） 0 按住CLOCK脉冲键，CLOCK由高变低，这时寄存器A的黄色指示灯亮，表示选择寄存器A。 放开CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入寄存器A。 将33H写入W寄存器 拨设置开关K23—K16，使其为A寄存器要输入的数据： K23 0 K22 0 K21 1 K20 1 K19 0 K18 0 K17 1 K16 1 置控制信号，使DBUS数据送入W寄存器中： K5（CyIN） 0 K4（WEN） 0 K3（KAEN） K2（S2） 1 0 K1（S1） 0 K0（S0） 0 按住CLOCK脉冲键，CLOCK由高变低，这时寄存器W的黄色指示灯亮，表示选择寄存器W。 放开CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据33H被写入寄存器W。 （2）置控制信号，填写运算结果。 K5（CyIN） K2(S2) X X X X 0 1 0 1 X X 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 K1(S1) 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 K0(S0) 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 结果（直通门D） 88H 22H 77H 11H 88H H 22H 21H 0AAH 55H 注释 加运算 减运算 或运算 与运算 带进位加运算 带进位加运算 带进位减运算 带进位减运算 取反运算 输出A 2、移位实验 按照下表连线 连接 1 2 3 4 5 6 7 8 信号孔 J1座 AEN CN CyIN S2 S1 S0 ALUCK 接入 J3座 K0 K1 K2 K3 K4 K5 CLOCK 注：CyIN为移位进位输入。
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(1) 将数据写入A寄存器 K23 0 K22 0 K21 1 K20 0 K19 1 K18 0 K17 1 K16 0 置控制信号为： K0（AEN） 0 K3（S2） 1 K4（S1） 1 K5（S0） 1 注：S21S1S0=111时，运算器输出为寄存器A的内容。 (2) 将A中数据进行三种方式操作，并写出结果 CN 0 1 1 CyIN L X 0 1 54H 01010100 54H 01010100 55H 01010101 D 2AH 00101010 2AH 00101010 2AH 00101010 R 15H 00010101 15H 00010101 95H 10010101 实验四 存储器实验 一、实验目的 1、掌握静态随机存储器的工作原理； 2、通过对6116SRAM芯片的实验体会存储芯片读写信号的作用； 3、了解COP2000实验仪中内存模块地址的两个来源，学会给出地址并按地址向相应的EM单元中写入数据的方法； 4、掌握由EM读出数据打入指令寄存器IR和uPC的方法； 二、实验原理
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EM原理图 内存中存放指令和数据，当内存存放指令时，将指令送指令总线；当内存存放数据时，将数据送数据总线。存储器实验电路由一片RAM6116和二片74HC245组成。 6116是2K*8bit的SRAM，A0—A10是存储器的地址线，本实验电路中，只使用地址线A0—A7，而A8—A10接地。D0—D7是存储器的数据线。E是存储器的片选信号，当E为低电平时，存储器被选中，可以进行读写操作；当E为高电平时，存储器未被选中；本实验中E始终接地。W为写命令，W为低电平时，是写操作；G为读命令，G为低电平时，是读操作。 RAM的数据输出通过74HC245与数据总线相连，RAM的地址线与地址总线相连，可选择由PC或MAR提供地址。RAM的数据输出直接接到指令总线IBUS上。指令总线的数据还可以由1片74HC245提供，当ICOE=0时，74HC245输出中断指令B8。 三、实验内容 按下表连接线 连接 1 2 3 4 5 6 信号孔 J2 IREN PCOE MAROE MAREN EMEN 接入孔 J3 K6 K5 K4 K3 K2 连接 7 8 9 10 11 12 信号孔 EMRD EMWR PCCK MARCK EMCK IRCK 接入孔 K1 K0 CLOCK CLOCK CLOCK CLOCK 1、 置PC/MAR输出地址选择的控制信号 K5（PCOE） 0 1 1 0 K4（MAROE） 地址总线 1 0 1 0 PC输出地址 MAR输出地址 地址总线浮空 红色地址输出指示灯 PC地址输出指示灯亮 MAR地址输出指示灯亮 错误，PC及MAR同时输出 PC和MAR地址输出指示灯亮 2、存储器EM写实验（以下存储器实验均由MAR提供地址） （1）将地址0写入MAR： 将二进制开关K23—K16置为00000000，即DBUS[7：0]的数据输入为00H K23 0 K22 0 K21 0 K20 0 K19 0 K18 0 K17 0 K16 0 设置控制信号： K6 K5 K4 K3 K2 K1 K0 （IREN） （PCOE） （MAROE） （MAREN） （EMEN） （EMRD） （EMWR） 1 1 1 0 1 1 1 按CLOCK键，将地址0写入MAR 向EM[0]中写入一个数据 置数据 K23 0
K22 1 K21 1 K20 0 K19 1 K18 1 5
K17 0 K16 0 置控制信号： K6 K5 K4 K3 K2 K1 K0 （IREN） （PCOE） （MAROE） （MAREN） （EMEN） （EMRD） （EMWR） 1 1 0 1 0 1 0 按CLOCK键，将数据6CH写入EM[0] （2）将地址1写入MAR： 将二进制开关K23—K16置为00000001，即DBUS[7：0]的数据输入为01H K23 0 K22 0 K21 0 K20 0 K19 0 K18 0 K17 0 K16 1 设置控制信号： K6 K5 K4 K3 K2 K1 K0 （IREN） （PCOE） （MAROE） （MAREN） （EMEN） （EMRD） （EMWR） 1 1 1 0 1 1 1 按CLOCK键，将地址1写入MAR 向EM[1]中写入一个数据 置数据 K23 1 K22 0 K21 0 K20 0 K19 0 K18 1 K17 1 K16 1 置控制信号： K6 K5 K4 K3 K2 K1 K0 （IREN） （PCOE） （MAROE） （MAREN） （EMEN） （EMRD） （EMWR） 1 1 0 1 0 1 0 按CLOCK键，将数据87H写入EM[1] 可以重复若干次，向多个EM单元写入多个不同的数据。 3、存储器EM读实验 （1）将地址0写入MAR： 将二进制开关K23—K16置为00000000，即DBUS[7：0]的数据输入为00H K23 0 K22 0 K21 0 K20 0 K19 0 K18 0 K17 0 K16 0 置控制信号： K6 K5 K4 K3 K2 K1 K0 （IREN） （PCOE） （MAROE） （MAREN） （EMEN） （EMRD） （EMWR） 1 1 1 0 1 1 1 按CLOCK键，将地址0写入MAR 读EM[0]： 置控制信号为： K6 K5 K4 K3 K2 K1 K0 （IREN） （PCOE） （MAROE） （MAREN） （EMEN） （EMRD） （EMWR）
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1 1 0 1 0 0 1 EM[0]读出值是_6CH__ （2）将地址1写入MAR： 将二进制开关K23—K16置为00000001，即DBUS[7：0]的数据输入为01H K23 0 K22 0 K21 0 K20 0 K19 0 K18 0 K17 0 K16 1 置控制信号： K6 K5 K4 K3 K2 K1 K0 （IREN） （PCOE） （MAROE） （MAREN） （EMEN） （EMRD） （EMWR） 1 1 1 0 1 1 1 按CLOCK键，将地址1写入MAR 读EM[1]： 置控制信号为： K6 K5 K4 K3 K2 K1 K0 （IREN） （PCOE） （MAROE） （MAREN） （EMEN） （EMRD） （EMWR） 1 1 0 1 0 0 1 EM[1]读出值是__87H__ 可以重复若干次，读出多个单元中的数据。 4、存储器打入IR/uPC实验 COP2000中直接用EM中读出的内容作为uM地址，故需具备EM内容打入uPC的功能。 （1）将地址0写入MAR 将二进制开关K23—K16置为00000000，即DBUS[7：0]的数据输入为00H K23 0 K22 0 K21 0 K20 0 K19 0 K18 0 K17 0 K16 0 置控制信号： K6 K5 K4 K3 K2 K1 K0 （IREN） （PCOE） （MAROE） （MAREN） （EMEN） （EMRD） （EMWR） 1 1 1 0 1 1 1 按CLOCK键，将地址0写入MAR （2）读EM[0]，并写入IR及uPC 置控制信号： K6 K5 K4 K3 K2 K1 K0 （IREN） （PCOE） （MAROE） （MAREN） （EMEN） （EMRD） （EMWR） 0 1 1 1 1 0 1 EM[0]读出值是 6CH_ 按CLOCK键，将EM[0]写入IR及uPC，IR = ___6CH__，uPC = _6CH_ 四、思考题 运算器 1、运算器在加上控制信号及数据（A、W）后，运算结果是否需CLOCK跳变才能给出？
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不需要，结果会直接给出。 2、S2、S1、S0控制信号的作用。 S2 S1 S0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 功能 A+W 加 A—W 减 A|W 或 A&W 与 A+W+C 带进位加 A—W+C 带进位减 ~A 取反 A 输出 3、在移位实验中，CN是什么控制信号？ 移位是否带进位，CN=0：不带进位CN=1：带进位 4、移位与输出门是否打开无关，无论运算器结果如何，移位门都会给出移位结果。但究竟把哪一个结果送数据总线由哪些控制信号决定? X0，X1，X2。 5、直通门D、左移门L和右移门R的输出结果是否总是同时给出？为什么？ 是，都使用CLOCK上升沿。 存储器 1、详细了解EM原理图，说明6116的三个控制端的连接方法的含义：EMEN存储器与数据总线相连，EMRD：存储器读允许，EMWR存储器写允许。 写使能与读使能的区别：写使能有效时是将数据写入到存储器中，而读使能有效时是将数据送出到数据总线上。 2、观察EM地址的来源，EM的地址什么时候由PC提供，什么时候由MAR提供； 设置的信号不同时，可导致EM地址来源不同。PCOE置为0，MAROE置为1时来选择PC；PCOE置为1，MAROE置为0时来选择MAR。 3、存储器进行读操作时，如果将EMRD置为1，能读出原来的写入数据吗？不能，读使能为低电平有效 读EM单元内容需要CLK跳变吗？不需要，直接给出 4、同时打入IR和uPC的数据可能变成两个不同的数（例：55H—55H，54H），为什么？ 打入的数据后两位被清零。 5、列表总结存储器实验用到控制信号及作用。 控制信号 EMWR EMRD EMEN POCE MAREN MAROE IREN 作 用 存储器写允许 存储器读允许 存储器与数据总线相连 PC输出地址 MAR写允许 MAR输出地址 IR,μIR写允许 有 效 电 平 低 低 低 低 低 低 低 五、实验体会及建议 实验遇到的问题及解决办法：无 实验内容是否合适：（内容多，适中，内容少）：适中 对本次实验的建议，以及以后实验内容安排的建议：无 8
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