计算机组成原理实验报告

计算机组成原理实验报告

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计算机组成原理实验报告1

　　实验一 基本运算器实验

　　一、实验目的

　　1. 了解运算器的组成结构

　　2. 掌握运算器的工作原理

　　3. 深刻理解运算器的控制信号

　　二、实验设备

　　PC机一台、TD-CMA实验系统一套

　　三、实验原理

　　1. (思考题)运算器的组成包括算数逻辑运算单元ALU(Arithmetic and Logic Unit)、浮点运算单元FPU(Floating Point Unit)、通用寄存器组、专用寄存器组。

　　① 算术逻辑运算单元ALU(Arithmetic and Logic Unit)

　　ALU主要完成对二进制数据的定点算术运算(加减乘除)、逻辑运算(与或非异或)以及移位操作。在某些CPU中还有专门用于处理移位操作的移位器。

　　通常ALU由两个输入端和一个输出端。整数单元有时也称为IEU(Integer Execution Unit)。我们通常所说的“CPU是XX位的”就是指ALU所能处理的.数据的位数。

　　② 浮点运算单元FPU(Floating Point Unit)

　　FPU主要负责浮点运算和高精度整数运算。有些FPU还具有向量运算的功能，另外一些则有专门的向量处理单元。

　　③ 通用寄存器组

　　通用寄存器组是一组最快的存储器，用来保存参加运算的操作数和中间结果。

　　④ 专用寄存器

　　专用寄存器通常是一些状态寄存器，不能通过程序改变，由CPU自己控制，表明某种状态。

　　而运算器内部有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，逻辑运算部件由逻辑门构成，而后面又有专门的算术运算部件设计实验。

　　下图为运算器内部原理构造图

　　2. 运算器的控制信号 实验箱中所有单元的T1、T2、T3、T4都连接至控制总线单元的T1、T2、T3、T4，CLR都连接至CON单元的CLR按钮。T4由时序单元的TS4提供(脉冲信号)，其余控制信号均由CON单元的二进制数据开关模拟给出。控制信号中除T4为脉冲信号外，其余均为电平信号，其中ALU_B为低有效，其余为高有效。 下图为ALU和外围电路的连接。图中的小方框代表排针座。

　　在运算器的工作过程中，S3 S2 S1 S0 和CN为控制信号，FC为进位标志，FZ为运算器零标志。运算器的逻辑功能见下表，表中功能栏的FC、FZ表示当前运算会影响到该标志。

　　(思考题)运算器功能的选择：

　　如图在表中，可以通过调整S3 S2 S1 S0和CN的值来改变运算类型，功能如上图所示，不同的S3 S2 S1 S0和CN的值对应不同的运算类型和结果。

　　CON单元的数据开关控制数据的形成。

　　(思考题)运算器的数据通路：

　　以下为数据通路图

　　(思考题)运算器的各组成部件的控制信号的作用:

　　LDA和LDB控制存入数据的位置(具体运行方式如上图所示)

　　SD27到SD20通过开和关两个状态控制输入数据

　　而S3 S2 S1 S0和Cn控制运算的类型(Cn只用于移位运算)

　　四、实验内容

　　(1) 按图1-1-5连接实验电路，并检查无误。图中将用户需要连接的信号用圆圈标明(其它实验相同)。

计算机组成原理实验报告2

　　程序控制器实验

　　一、 实验目的：

　　(1) 理解时序产生器的原理，了解时钟和时序信号的波形。 (2) 掌握微程序控制器的功能、组成知识。 (3) 掌握微指令格式和各字段功能。

　　(4) 掌握微指令的编制、写入、观察微程序的运行

　　二、 实验设备

　　PC机一台，TD—CM3+实验系统一套。

　　三、 实验内容及要求：

　　（一） 实验原理：

　　微程序控制电路与微指令格式 (A) 微程序控制电路

　　微程序控制器的组成见图10，其中控制存储器采用3片2816的EPROM，具有掉电保

　　2

　　护功能，微命令寄存器18位，用两片8D触发器(74273)和一片4D(74175)触发器组成。微地址寄存器6位，用三片正沿触发的双D触发器(7474)组成，它们带有清“0”端和预置端。在不判别测试的情况下，T2时刻打入微地址寄存器的内容即为下一条微指令地址。当T4时刻进行测试判别时，转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过强置端将某一触发器置为“1”状态，完成地址修改。

　　在该实验电路中设有一个编程开关(位于实验板右上方)，它具有三种状态：PROM (编程)、READ(校验)、RUN(运行)。当处于“编程状态”时，实验者可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器2816中。当处于“校验状态”时，可以对写入控制存储器中的二进制代码进行验证，从而可以判断写入的二进制代码是否正确。当处于“运行状态”时，只要给出微程序的入口微地址，则可根据微程序流程图自动执行微程序。图中微地址寄存器输出端增加了一组三态门，目的是隔离触发器的输出，增加抗干扰能力，并用来驱动微地址显示灯。

　　微程序控制器原理图 图10

　　(B) 微指令格式

　　微指令字长共24位，其控制位顺序如图所示。

　　图11 微指令格式

　　A字段 B字段

　　C字段

　　MA5--MA0

　　为6位的后续微地址，A，B，C为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多个微命令。C字段中的P(1)是测试字位。其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行，。图中I7一I2为指令寄存器的第7--2位输出，SE5—SE0为微程序控制器单元微地址锁存器的强置端输出。

　　(C)二进制代码表

　　二进制微代码表

　　将全部微程序按照指令格式变成二进制微代码 可得上表

　　（二） 实验内容

　　1. 按照实验接线图连接好实验线路，并且检查线路，确保无误。 2. 对微控器的读写操作（1）手动读写 （2）联机读写 3.运行微程序（1）本机运行 （2）联机运行

　　这次实验安排了四条机器指令，分别为 ADD（0000 0000）、IN（0010 0000）、OUT（0011 0000）和 HLT（0101 0000），括号中为各指令的二进制代码，指令格式如下：

　　助记符 机器指令 说明 R0

　　HLT 01010000 停机

　　实验中机器指令由 CON 单元的二进制开关手动给出，其余单元的控制信号均由微控制器自动产生，为此可以设计出相应的数据通路图，见图 3-2-8 所示。 几条机器指令对应的参考微程序流程图如图 3-2-9 所示。图中一个矩形方框表示一条微指令，方框中的.内容为该指令执行的微操作，右上角的数字是该条指令的微地址，右下角的数字是该条指令的后续微地址，所有微地址均用 16 进制表示。向下的箭头指出了下一条要执行的指令。P<1>为测试字，根据条件使微程序产生分支。