计算机组成原理cpu实验报告

计算机组成原理报告

课程设计题目：16位CPU设计

学院: 信息学院 班级：电子A班 学号：1115102015 姓名：方茹

1

目录

1 实验方法 ...................................................................................................................................... 4 2 总体说明 ...................................................................................................................................... 5

2.1指令系统： .............................................................................................. 5

2.1.1指令格式分类（按指令字长和操作数不同）： ...................................

计算机组成与系统结构实验报告

CPU设计与实现

院（系）：

专业班级：组 员：

指导教师：

计算机科学与技术

实验目的:

设计实现CPU部件。

实验仪器：

PC机（安装Altebra 公司的开发软件 QuartusII，Modelsim）两台

TEC-CA计算机组成原理试验箱

实验过程：

一、理论设计 1.1、设计指令集

设计CPU第一步，就是根据需求，确定功能，并且设计出指令集。指令集包括每一条指令的编码方式，操作码以及每一条指令实现的功能。考虑到第一次设计CPU，在指令集设计过程中难免会出现考虑不周全或者指令集设计不科学的问题，我们借鉴了经典的31条MIPS指令集。在对指令集每一条指令进行解读、分析后，我们确定：31条MIPS指令可以满足我们的CPU的基本功能。下面将31条MIPS指令的编码格式、对应的操作类型以表格的形式列举出来：

MIPS 指令集(共31条） 助记符 Bit 31..25..# 26 21 R-tyop rs pe 0000add rs 00 add0000rs u 00 sub 0000rs 00 指令格式 示例 示例含义 操作及其解释 sub0000rs u 00 and 00

计算机组成原理

姓 名：学 号：班 级：指导老师：刘宏申日 期：

实验报告

2013年6月

2.1 寄存器实验

实验要求：利用CPTH 实验仪上的K16..K23 开关做为DBUS 的数据，其它开关做为控制信号，将数据写入寄存器，这些寄存器包括累加器A，工作寄存器W，数据寄存器组R0..R3，地址寄存器MAR，堆栈寄存器ST，输出寄存器OUT。

实验目的：了解模型机中各种寄存器结构、工作原理及其控制方法。 实验1：A，W 寄存器实验 连接线表：

系统清零和手动状态设定：K23-K16开关置零，按[RST]钮，按[TV/ME]键三次，进入\手动状态。

将55H写入A寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据55H

置控制信号为：

按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器A的黄色选择指示灯亮，表明选择A寄存器。放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。

将66H写入W寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据66H

置控制信号为：

按住STEP脉冲

计算机组成原理

姓 名：学 号：班 级：指导老师：刘宏申日 期：

实验报告

2013年6月

2.1 寄存器实验

实验要求：利用CPTH 实验仪上的K16..K23 开关做为DBUS 的数据，其它开关做为控制信号，将数据写入寄存器，这些寄存器包括累加器A，工作寄存器W，数据寄存器组R0..R3，地址寄存器MAR，堆栈寄存器ST，输出寄存器OUT。

实验目的：了解模型机中各种寄存器结构、工作原理及其控制方法。 实验1：A，W 寄存器实验 连接线表：

系统清零和手动状态设定：K23-K16开关置零，按[RST]钮，按[TV/ME]键三次，进入\手动状态。

将55H写入A寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据55H

置控制信号为：

按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器A的黄色选择指示灯亮，表明选择A寄存器。放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。

将66H写入W寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据66H

置控制信号为：

按住STEP脉冲

计 算 机 组 成 原 理

实 验 报 告

成评 语： 绩 教 师： 年 月 日

班 级： 学 号： 姓 名： 地 点： 时 间： - 1 -

实验一 存储器实验

1、 FPGA中LPM_ROM定制与读出实验

实验课件参考：/CMPUT_EXPMT/EXPERIMENTS/EXPMT3 / 实验3-1.PPT

实验示例参考：/CMPUT_EXPMT/Experiments/Expmt3 / DEMO_3_1_rom

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 (L

郑州航空工业管理学院

计算机科学与应用系实验报告

课 程 名： 计算机组成原理 学 号： 141096138 姓 名： 阚丰蕊 指导教师： 范喆 成 绩；

计算机科学与应用系

实验一 运算器实验（一）

1、实验目的

①深入了解AM2901运算器的功能及具体用法。 ②深化运算器部件的组成、设计、控制与使用知识。

③能够熟练掌握对运算器所需控制信号的设置，并使之完成运算。 ④能够独立地成功完成所给指令在运算器中的运算实验。

2、实验要求

①实验前，认真了解AM2901运算器的基本结构，预习所需实验的内容，并

在课前填写实验步骤表格，对于实验数据和实验结果进行预期性的分析，以提高实验效率。

②实验过程中，要按照正确的流程操作，防止损坏设备，分析可能遇到的各

种现象，判断结果是否正确，并记录运算结果。

③实验之后，要认真填写实验报告，包括对对到的各种现象的分析，实验步

骤和实验结果。 3、实验原理

（1）运算器数

计算机科学与技术-计104

- 1 -

计

算

机

组

成

原

理

实 验 报

告 姓 名：

学 号：

班 级：

指 导 老 师： 郑

啸

计算机科学与技术-计104

- 2 - 一、 实验名称：寄存器实验

1.实验要求：利用CPTH 实验仪上的K16..K23 开关做为DBUS 的数据，其它开关做为控制信号，将数据写入寄存器，这些寄存器包括累加器A ，工作寄存器W ，数据寄存器组R0..R3，地址寄存器MAR ，堆栈寄存器ST ，输出寄存器OUT 。

2.实验器材：DJ-CPTH 计算机组成原理实验系统

3. 实验目的：（1）理解自然语言形式命令的人工译码过程。

（2）学习系统部件和数据总线间传送数据的操作。

（3）了解模型机中各种寄存器结构、工作原理及其控制方法。

4.实验步骤：

1）将55H 写入A 寄存器

①K23-K16开关置零，按[RST]钮，按[TV/ME]键三次，进入"Hand......"手动状态。 ②二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据

55H

置控制信号为：

③按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，观察现象；放开STEP 键，CK 由低变高，产生一个上升沿，数据55H 被写入A 寄存器。

2）将66H

实验1 通用寄存器实验

一、实验目的

1. 熟悉通用寄存器的数据通路。 2. 了解通用寄存器的构成和运用。

二、实验要求

掌握通用寄存器R3~R0的读写操作。

三、实验原理

实验中所用的通用寄存器数据通路如下图所示。由四片8位字长的74LS574组成R1 R0（CX）、R3 R2（DX）通用寄存器组。图中X2 X1 X0定义输出选通使能，SI、XP控制位为源选通控制。RWR为寄存器数据写入使能，DI、OP为目的寄存器写选通。DRCK信号为寄存器组打入脉冲，上升沿有效。准双向I/O输入输出端口用于置数操作，经2片74LS245三态门与数据总线相连。

图2-3-3 通用寄存器数据通路

四、实验内容

1. 实验连线 K23~K0置“1”，灭M23~M0控位显示灯。然后按下表要求“搭接”部件控制电路。

连线 1 2 3 4 5 6 7 8 9 信号孔 DRCK X2 X1 X0 XP SI RWR DI OP 接入孔 CLOCK 作用 单元手动实验状态的时钟来源 有效电平 上升沿打入 三八译码 八中选一 低电平有效 低电平有效 K10(M10) 源部件译码输入端X2 K9(M9) K8(M8) K7(M7) 源部件译码输入端X1 源部件译码输

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

上海大学 计算机学院

《计算机组成原理实验实验》报告 3

实验名称：微指令系统实验 一、 实验目的

1. 读出系统已有的微指令，并理解其含义。 2. 设计并实现微指令系统。

评 分 二、 实验原理

存储器中存放的不是程序的指令就是数据。当程序已经在存储器中时，按照程序计数器PC的指示取出一条指令，送到指令寄存器IR进行译码，以便产生相应的控制操作。

μPC7μP C6μPC5μPC4μP C3μPC2μPC1μP C0

6116 RAM ×3 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 C E A9 A10 C E A9 A10 C E c23 c16 c15 c8 c7 C0 程序控制 Vcc手EMRD MAREN OUTEN RRD CN XRD EMEN