计算机组成原理第五版实验报告 - 图文

实验报告1

实验名称 实验地点 运算器组成：实验微程序控制器方式和独立方式 实验日期 成绩 1.熟悉逻辑测试笔的使用方法。 2.熟悉TEC-8 模型计算机的节拍脉冲T1、T2、T3； 3.熟悉双端口通用寄存器组的读写操作； 实验目的 4.熟悉运算器的数据传送通路； 5.验证74LS181 的加、减、与、或功能； 6.按给定的数据，完成几种指定的算术、逻辑运算运算。 7.按照表中提供的功能自行验证其中几种即可。（独立方式） 1.1微程序控制器 实验原理 双端口寄存器组由1 片EPM7064(U40)(图2.2 中用虚线围起来的部分)组成， 内部包含4 个8 位寄存器R0、R1、R2、R3，4 选1 选择器A，4 选1 选择器B 和1 个2-4 译码器。根据信号RD1、RD0 的值，4 选1 选择器A 从4 个寄存器中选择1 个寄存器送往ALU 的A 端口。根据信号RS1、RS0 的值，4 选1 选择器B 从4 个寄存器中选择1 个寄存器送往ALU 的B 端口。2-4 译码器对信号RD1、RD0 进行译码，产生信号LR0、LR2、LR3、LR4，任何时刻这4 个信号中只有一个为1，其它信号为0。LR3~LR0 指示出被写的寄存器。当DRW 信号为1 时，如果LR0 为1， 则在T3 的上升沿，将数据总线DBUS 上的数写入R0 寄存器，余类推。 数据开关SD7~SD0 是8 个双位开关。用手拨动这些开关，能够生成需要的SD7~SD0 的值。数据开关驱动器SWD 是1 片74 LS 244(U50)。在信号SBUS 为1 时，SD7~SD0 通过SWD 送往数据总线DBUS。在本实验中，使用数据开关SD7~SD0 设置寄存器R0、R1、R2 和R3 的值。 ALU 由2 片74LS181(U41 和U42)、1 片74LS74、1 片74 LS 244、1 片74 LS 245 和1 片74LS30 构成。74LS181 完成算术逻辑运算，74 LS 245 和74 LS 30 产生Z 标志，74 LS 74 保存标志C 和标志Z。ALU 对A7~A0 和B7~B0 上的2 个8 位数据进行算术逻辑运算，运算后的数据结果在信号ABUS 为1 时送数据总线DBUS(D7~D0)，运算后的标志结果在T3 的上升沿保存进位标志位C 和结果为0 标志位Z。加法和减法同时影响C 标志和Z 标志，与操作和或操作只影响Z 标志。 应当指出，74LS181 只是许多种能做做算术逻辑运算器件中的一种器件，这里它仅作为一个例子使用。 74LS181 能够进行4 位的算术逻辑运算，2 片74 LS 181 级连在一起能够8 位运算，3 片74LS181 级连在一起能够进行12 位运算，余类推。所谓级联方式，就是将低4位74LS181的进位输出引脚Cn+4＿＿＿＿＿＿与高4位74LS181的进位输入引脚Cn＿＿＿连接。在TEC-8模型计算机中，U42完成低4位运算，U41完成高4位运算，二者级连在一起，完成8位运算。在ABUS为1时，运算得到的数据结果送往数据总线DBUS。数据总线DBUS有4个信号来源：运算器、存储器、数据开关和中断地址寄存器，在每一时刻只允许其中一个信号源送数据总线。 序列号 名 称 数 量 备 注 1 实验设备\\软件\\平台等 TEC-8 实验系统 1 台 2 双踪示波器 1 台 3 直流万用表 1 块 4 逻辑测试笔 1 支 在实验箱上方 实 验 内 容 与 实 验 记 录（拓扑图\\配置图\\流程图\\线路图\\效果图\\代码(段)\\运行结果\\实验步骤等） 实验步骤 1．实验准备 将控制器转换开关拨到微程序位置，将编程开关设置为正常位置，将开关DP拨到向上位置。打开电源。 2．用逻辑测试笔测试节拍脉冲信号T1、T2、T3 ⑴将逻辑测试笔的一端插入TEC-8实验台上的“逻辑测试笔”上面的插孔中，另一端插入“T1”上方的插孔中。 ⑵按复位按钮CLR，使时序信号发生器复位。 ⑶按一次逻辑测试笔框内的Reset按钮，使逻辑测试笔上的脉冲计数器复位，2个黄灯D1、D0均灭。 ⑷按一次启动按钮QD，这时指示灯D1、D0的状态应为01B，指示产生了一个T1脉冲；如果再按一次QD按钮，则指示灯D1、D0的状态应当为10B，表示又产生了一个T1脉冲；继续按QD按钮，可以看到在单周期运行方式下，每按一次QD按钮，就产生一个T1脉冲。 ⑸用同样的方法测试T2、T3。 3．进行加、减、与、或实验 ⑴设置加、减、与、或实验模式 按复位按钮CLR，使TEC-8实验系统复位。指示灯μA5~μA0显示00H。将操作模式开关设置为SWC=1、SWB=0、SWA=1，准备进入加、减、与、或实验。 按一次QD按钮，产生一组节拍脉冲信号T1、T2、T3，进入加、减、与、或实验。 ⑵设置数A 指示灯μA5~μA0显示0BH。在数据开关SD7~SD0上设置数A。在数据总线DBUS指示灯D7~D0上可以看到数据设置的正确不正确，发现错误需及时改正。设置数据正确后，按一次QD按钮，将SD7~SD0上的数据写入R0，进入下一步。 ⑶设置数B 指示灯μA5~μA0显示15H。这时R0已经写入，在指示灯B7~B0上可以观察到R0的值。在数据开关SD7~SD0上设置数B。设置数据正确后，按一次QD按钮，将SD7~SD0上的数据写入R1，进入下一步。 ⑷进行加法运算 指示灯μA5~μA0显示16H。指示灯A7~A0显示被加数A(R0)，指示灯B7~B0显示加数B(R1)，D7~D0指示灯显示运算结果A+B。按一次QD按钮，进入下一步。 ⑸进行减法运算 指示灯μA5~μA0显示17H。这时指示灯C(红色)显示加法运算得到的进位C，指示灯Z(绿色)显示加法运算得到的结果为0信号。指示灯A7~A0显示被减数A(R0)，指示灯B7~B0显示减数B(R1)，指示灯D7~D0显示运算结果A-B。按一次QD按钮，进入下一步。 ⑹进行与运算 指示灯μA5~μA0显示18H。这时指示灯C(红色)显示减法运算得到的进位C，指示灯Z(绿色)显示减法运算得到的结果为0信号。 指示灯A7~A0显示数A(R0)，指示灯B7~B0显示数B(R1)，指示灯D7~D0显示运算结果A and B。按一次QD按钮，进入下一步。 ⑺进行或运算 指示灯μA5~μA0显示19H。这时指示灯Z(绿色)显示与运算得到的结果为0信号。指示灯C保持不变。指示灯A7~A0显示数A(R0)，指示灯B7~B0显示数B(R1)，指示灯D7~D0显示运算结果A or B。 按一次QD按钮，进入下一步。 ⑻结束运算 指示灯μA5~μA0显示00H。这时指示灯Z(绿色)显示或运算得到的结果为0信号。指示灯C保持不变。 按照上述步骤，对要求的7组数据进行运算。 实验结果 实验数据 数A 0F0H 03H 数B 加 数据结果 10H 05H 0H 08H C Z 0 0 0 0 减 数据结果 E0H FEH C Z 1 1 0 0 实验结果 与 数据结果 10H 01H Z 0 0 或 数据结果 F0H 07H Z 0 0 1.2 独立方式 上图标识出了本实验所用的运算器数据通路图。参与运算的数据首先通过试验台操作板上的8个二进制数据开关SD7-SD0来设置，然后输入到双端口通用寄存器堆RF中。 双端口寄存器堆RF由1个ALTERA EPM 7064实现，功能相当于4个八位通用寄存器，用于保存参与运算的数据，运算后的结果也要送到双端口通用寄存器堆RF中保存。双端口寄存器堆模块RF的控制信号中RD1、RD0用于选择送ALU的A端口(左端口)的通用寄存器。RS1、RS0用于选择送ALU的B端口(右端口)的通用寄存器。 按图所示，将运算器模块与实验台操作板上的线路进行连接。由于运算器模块内部的连线已经由印制电路板连接好，故接线任务仅仅是完成数据开关、控制信号模拟开关、与运算模块的外部连线。特别注意：为了建立清楚的整机概念，培养严谨的科研能力，手工连线是绝对有必要的。 2.用开关K15-K0向通用寄存器堆RF内的R3-R0寄存器置数据。然后读出R3-R0的数据，在数据总线DBUS上显示出来。 3.验证ALU的正逻辑算术、逻辑运算功能。 注意：进位信号C是运算器ALU最高进Cn+4的反，既有进位为1，无进位为0。 选择方式 S3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 S2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 M=1逻辑运算 S1 S0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 M=0算术运算 逻辑运算 CN=1【有进位】 F=/A F=A F=/(A+B) F=(A+B) F=(/A)B F=A+/B F=0 F=-1(补码形式) F=/(AB) F=A加A(/B) F=/B F=(A+B)加A/B F=A减B减1 F=A/B F=(AB/)减1 F=/A+B F=A加AB F=A加B F=B F=(A+/B)加AB F=AB F=AB减1 F=1 F=A加A F=A+/B F=(A+B)加A F=A+B F=(A+/B)加A F=A F=A减1

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