计算机组成原理实验报告

计算机组织与体系结构

实 验 报 告

评 语： 教 师： 年 月 日 成 绩

班 级： ________ 学 号： ____________ 姓 名： ______ 实验地点： E-Ⅱ区 311 _ 实验时间： 第三批

实验一 存储器实验

1．FPGA中LPM_ROM定制与读出实验 一．实验目的

1、掌握FPGA中lpm_ROM的设置，作为只读存储器ROM的工作特性和配置方法。 2、用文本编辑器编辑mif文件配置ROM，学习将程序代码以mif格式文件加载于

lpm_ROM中；

3、在初始化存储器编辑窗口编辑mif文件配置ROM； 4、验证FPGA中mega_lpm_ROM的功能。 二．实验原理

ALTERA的FPGA中有许多可调用的LPM (Library Parameterized Modules)参数化的模块库，可构成如lpm_rom、lpm_ram_io、lpm_fifo、lpm_ram_dq的存储器结构。CPU中的重要部件，如RAM、ROM可直接调用他们构成，因此在FPGA中利用嵌入式阵列块EAB可以构成各种结构的存储器，lpm_ROM是其中的一种。lpm_ROM有5组信号：地址信号address[ ]、数据信号q[ ]、时钟信号inclock、outclock、允许信号memenable，其参数都是可以设定的。由于ROM是只读存储器，所以它的数据口是单向的输出端口，ROM中的数据是在对FPGA现场配置时，通过配置文件一起写入存储单元的。图3-1-1中的lpm_ROM有3组信号：inclk——输入时钟脉冲；q[23..0]——lpm_ROM的24位数据输出端；a[5..0]——lpm_ROM的6位读出地址。 实验中主要应掌握以下三方面的内容： ⑴ lpm_ROM的参数设置；

⑵ lpm_ROM中数据的写入，即LPM_FILE初始化文件的编写； ⑶ lpm_ROM的实际应用，在GW48_CP+实验台上的调试方法。 三．实验步骤

（1）用图形编辑，进入mega_lpm元件库，调用lpm_rom元件，设置地址总线宽度address[]

和数据总线宽度q[]，分别为6位和24位,并添加输入输出引脚，如图3-1-1设置和连接。

（2）设置图3-1-1为工程。

（3）在设置lpm_rom数据参数选择项lpm_file的对应窗口中（图3-1-2），用键盘输入

lpm_ROM配置文件的路径（rom_a.mif），然后设置在系统ROM/RAM读写允许，以便能对FPGA中的ROM在系统读写。

(4) 用初始化存储器编辑窗口编辑lpm_ROM配置文件（文件名.mif）。这里预先给出后面

将要用到的微程序文件：rom_a.mif 。rom_a.mif中的数据是微指令码（图3-1-3）。 （5）全程编译。

（6）下载SOF文件至FPGA，改变lpm_ROM的地址a[5..0]，外加读脉冲，通过实验台上

的数码管比较读出的数据是否与初始化数据(rom_a.mif中的数据)一致。

图3-1-1 lpm_ROM的结构图

图3-1-2 设置在系统ROM/RAM读写允许

四、实验结果

通过电路板1，2键的输入和模式键的选择进行操作验证

实验二 运算器实验

1．算术逻辑运算实验 一．实验目的

1. 了解简单运算器的数据传输通路。 2. 验证运算功能发生器的组合功能。

3. 掌握算术逻辑运算加、减、与的工作原理。 4. 验证实验台运算的8位加、减、与、直通功能。 5. 按给定数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。 二．实验内容 1．实验原理

算术逻辑单元ALU的数据通路如图2-1所示。其中运算器ALU181根据74LS181的功能用VHDL硬件描述语言编辑而成，构成8位字长的ALU。参加运算的两个8位数据分别为A[7..0]和B[7..0]，运算模式由S[3..0]的16种组合决定，而S[3..0]的值由4位2进制计数器LPM_COUNTER产生，计数时钟是Sclk（图2-1）；此外，设M=0，选择算术运算，M=1为逻辑运算，CN为低位的进位位；F[7..0]为输出结果，CO为运算后的输出进位位。两个8位数据由总线IN[7..0]分别通过两个电平锁存器74373锁入，ALU功能如表2-1所示。

表2-1 选择端 S3 S2 S1 S0 0 0 0 0 0 0 0 1 F?A?B ALU181的运算功能

高电平作用数据 M=H 逻辑功能 M=L 算术操作 Cn=L（无进位） Cn=H（有进位） F?A加1 F?A F?A F?(A?B)F?A?B 加1 0 0 1 0 F?AB 0 0 1 1 F?A?B F?A?B+1 F?0 F?减1（2的补码） F?0 0 1 0 0 F?AB 0 1 0 1 F?A加AB F?A加AB加1 F?B F?(A?B)加AB F?(A?B)加AB+1 0 1 1 0 F?A?B 0 1 1 1 F?A减B F?A减B减1 F?AB 1 0 0 0 F?A?B F?(A?B)减1 F?A?B 1 0 0 1 F?A?B F?A加AB F?A加AB加1 F?A加B加F?A加B 1 1 0 1 0 F?B F?（A?B）加AB F?(A?B)加AB加1 1 0 1 1 F?AB F?AB F?AB减1 1 1 0 0 F?1 F?A加A* F?A加A加1 1 1 0 1 F?A?B 1 1 1 0 F?（A?B）加A F?（A?B）加A加1 F?A?B 1 1 1 1 F?（A?B）加A F?（A?B）加A加1 F?A F?A F?A减1 注1、* 表示每一位都移至下一更高有效位, “+”是逻辑或，“加”是算术加 注2、在借位减法表达上，表2-1与标准的74181的真值表略有不同。 三．实验步骤 （1）设计ALU元件

在Quartus II 环境下，用文本输入编辑器Text Editor输入ALU181.VHD算术逻辑单元文件，编译VHDL文件，并将ALU181.VHD文件制作成一个可调用的原理图元件。 其中VHDL语言如下： LIBRARY IEEE;

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