实验一 运算器组成实验

一、实验目的

1、掌握运算器的组成及工作原理；

2、了解4位函数运算器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术和逻辑操作的具体实现过程；

3、 验证带进位控制的运算器功能。

二、实验设备

1、EL-JY系列计算机组成及系统结构实验系统一套

2、排线若干。

三、工作原理：

算术逻辑单元ALU是运算器的核心。集成电路74LS181是4位运算器，四片74LS181以并／串形式构成16位运算器。它可以对两个16位二进制数进行多种算术或逻辑运算，74LS181 有高电平和低电平两种工作方式，高电平方式采用原码输入输出，低电平方式采用反码输入输出，这里采用高电平方式。

三态门74LS244作为输出缓冲器由ALU-G信号控制，ALU-G 为“0”时，三态门开通，此时其输出等于其输入；ALU-G 为“1”时，三态门关闭，此时其输出呈高阻。

四片74LS273作为两个16数据暂存器，其控制信号分别为LDR1和LDR2，当LDR1和LDR2 为高电平有效时，在T4脉冲的前沿，总线上的数据被送入暂存器保存。  

四、实验内容：

验证74LS181运算器的逻辑运算功能和算术运算功能。

五、实验步骤

1、按照实验指导说明书连接硬件系统；

2、启动实验软件，打开实验课题菜单，选中实验课题打开实验课题参数对话窗口：

1)、在数据总线上输入有效数据，按"Ldr1"，数据送入暂存器1；

2)、在数据总线上输入有效数据，按"Ldr2"，数据送入暂存器2；

3)、在S3...Ar上输入有效数据组合，按"ALU功能选择端"，运算器按规定进行运算，运算结果送入数据缓冲器；

4)、按"ALU_G"，运算结果送入数据总线。

5)、执行完后，按"回放"，可对已执行的过程回看。

6)、回放结束后，按"继续"（继续按钮在点击回放后出现），进行下次数据输入。

六、实验结果

八、收获与体会

实验二 移位运算试验

一、实验目的：

1、掌握移位寄存器的功能及工作原理。

二、实验设备：

1、EL-JY系列计算机组成及系统结构实验系统一套

2、排线若干。

三、工作原理：

功能由S1、S0、M控制，具体功能见表2-2：                      

                                    表2-2 

四、实验内容：

输入数据，利用移位寄存器进行移位操作。

五、实验步骤：

1、按照实验指导说明书连接硬件系统；

2、启动实验软件，打开实验课题菜单，选中实验课题打开实验课题参数对话窗口：

1)、在数据总线上输入有效数据；

2)、在S1S0M299上输入有效数据组合，按"置数"，移位寄存器按规定进行置数，“初始值”框显示置数的值。

3)、在S1S0M299上输入有效数据组合，按"移位"，移位寄存器按规定进行移位，“上一次移位值”框显示每一次移位前的值；“移位结果”框显示每次移位后的值。移位结果送入总线和进位标识。

4)、执行完后，按"回放"，可对已执行的过程回看。

5)、回放结束后，按"继续"（继续按钮在点击回放后出现），进行下次数据输入。

六、收获与体会

实验三 存储器读写

一、实验目的：

1、掌握半导体静态随机存储器RAM的特性和使用方法。

二、实验设备：

1、EL-JY系列计算机组成及系统结构实验系统一套

2、排线若干。

三、工作原理：

实验中的静态存储器由2片6116（2K×8）构成，其数据线D0~D15接到数据总线，地址线A0~A7由地址锁存器74LS273(集成于EP1K10内)给出。黄色地址显示灯A7-A0与地址总线相连，显示地址总线的内容。绿色数据显示灯与数据总线相连，显示数据总线的内容。

因地址寄存器为8位，接入6116的地址A7-A0，而高三位A8-A10接地，所以其实际容量为28＝256字节。6116有三个控制线，/CE（片选）、/R（读）、/W（写）。其写时间与T3脉冲宽度一致。

当LARI为高时，T3的上升沿将数据总线的低八位打入地址寄存器。当WEI为高时，T3的上升沿使6116进入写状态。

四、实验内容：

学习静态RAM的存储方式，往RAM的任意地址里存放数据，然后读出并检查结果是否正确。

五、实验步骤：

1、按照实验指导说明书连接硬件系统；

2、启动实验软件，打开实验课题菜单，选中实验课题打开实验课题参数对话窗口：

写存储器：

1)、在数据总线上输入有效数据，按"LAR"，数据低八位送入地址总线，选中给定的存储单元；

2)、在数据总线上输入有效数据，置"We"为写状态(WE=0)，并按"READ/WRITE"，数据送入存储部件,存储部件框显示当前写入的值。此处Ce0为系统RAM的片选，Ce1为扩展RAM的片选。在本实验中，Ce0Ce1恒为“01”表示只有系统RAM有效。

读存储器：

1)、在数据总线上输入有效数据，按"LAR"，数据低八位送入地址总线，选中给定的存储单元；

2)、置"WeCe"为读状态(WE=1），并按"READ/WRITE"，存储部件将数据送入数据总线，并在存储部件框显示当前读出的值。在本实验中，Ce0Ce1恒为“01”表示只有系统RAM有效。

回放：

1)、执行完后，按"回放"，可对已执行的过程回看。

2)、回放结束后，按"继续"（继续按钮在点击回放后出现），进行下次数据输入。

六、收获与体会

实验四 微程序控制器原理试验

一、实验目的：

1、掌握微程序控制器的组成及工作过程；

2、通过若干条微指令的读写实验，理解微程序控制器的工作原理。

二、实验设备：

1、EL-JY系列计算机组成及系统结构实验系统一套

2、连接线若干。

三、实验原理

1、  写入微指令

在写入状态下，K2须为高电平状态，K3须接至脉冲/T1端，否则无法写入。MS1—MS24为24位写入微代码，uA5—uA0为写入微地址。K1须接低电平使74LS374有效，在脉冲T1时刻，uAJ1的数据被锁存形成微地址，同时写脉冲将24位微代码写入当前微地址中。

2、  读出微指令

   在写入状态下，图4-1（a）中K2须为低电平状态，K3须接至高电平，K1须接低电平使74LS374有效，在脉冲T1时刻，uAJ1的数据被锁存形成微地址uA5—uA0，同时将当前微地址的24位微代码由MS1—MS24输出。

四、实验内容：

往EEPROM里任意写24位微代码，并读出验证其正确性。

五、实验步骤：

1、按照实验指导说明书连接硬件系统；

2、启动实验软件，打开实验课题菜单，选中实验课题打开实验课题参数对话窗口：

微代码写入

1)、在6位微地址输入和24位微代码写入上输入有效数据（B表示二进制，H表示十六进制）；

2)、置"K4...K1"为写状态（K4K3K2K1=0010），并将实验箱上的这4个开关拨至相应的状态（ON为1，OFF为0），然后按"CONTROL"，微代码送入微程序控制存储器，并显示当前读入的数据。

微代码读出

1)、在6位微地址输入上输入有效二进制数据；

2)、置"K4...K1"为读状态（K4K3K2K1=0100），并将实验箱上的这4个开关拨至相应的状态（ON为1，OFF为0），然后按"CONTROL"，读出的微代码以十六进制格式显示在“微代码读出”数据框中。

回放

1)、执行完后，按"回放"，可对已执行的过程回看。

2)、回放结束后，按"继续"（继续按钮在点击回放后出现），进行下次数据输入。

六、收获与体会

实验五 微程序设计试验

一、实验目的：

1、掌握微程序控制器的组成及工作过程；

2、通过用单步方式执行若干条微指令的实验，理解微程序控制器的工作原理。

二、实验设备：

1、EL-JY系列计算机组成及系统结构实验系统一套

2、连接线若干。

三、实验原理

1、写入微指令

原理同实验4同

2、读出微指令

原理同实验4同

3、运行微指令

在运行状态下，K2接低电平，K3接高电平，K1接高电平。使控制存储器2816处于读出状态，74LS374无效因而微地址由微程序内部产生。在脉冲T1时刻，当前地址的微代码由MS1—MS24输出；T2时刻将MS24—MS7打入18位寄存器中，然后译码输出各种控制信号；在同一时刻MS6—MS1被锁存，然后在T3时刻，由指令译码器输出的SA5—SA0将其中某几个触发器的输出端强制置位，从而形成新的微地址uA5—uA0，这就是将要运行的下一条微代码的地址。当下一个脉冲T1来到时，又重新进行上述操作。

四、实验内容： 

    编写几条可以连续运行的微代码，熟悉本实验系统的微代码设计方式。表5－2为几条简单的可以连续运行的二进制微代码表。

五、实验步骤：

1、按照实验指导说明书连接硬件系统；

2、启动实验软件，打开实验课题菜单，选中实验课题打开实验课题参数对话窗口：

微代码写入

1)、在6位微地址输入和24位微代码写入上输入有效数据（B表示二进制，H表示十六进制）；

2)、置"K3...K0"为写状态（K4K3K2K1=0010），并将实验箱上的这4个开关拨至相应的状态（ON为1，OFF为0），然后按"CONTROL"，微代码送入微程序控制存储器。

微代码读出

1)、在6位微地址输入上输入有效二进制数据；

2)、置"K3...K0"为读状态（K4K3K2K1=0100），并将实验箱上的这4个开关拨至相应的状态（ON为1，OFF为0），然后按"CONTROL"，读出的微代码以十六进制格式显示在“微代码读出”数据框中。

微代码单步执行

1)、在“下一个微地址”栏上输入“000000”；

2)、置"K3...K0"为运行状态（K4K3K2K1=0101），并将实验箱上的这4个开关拨至相应的状态（ON为1，OFF为0），拨动实验箱上的开关“CLR”对微地址清0。然后每按一次"CONTROL"，执行一条微代码，同时显示出已执行的微代码、微地址以及下一条微代码的地址。

回放

1)、执行完后，按"回放"，可对已执行的过程回看。

2)、回放结束后，按"继续"（继续按钮在点击回放后出现），进行下次数据输入。

六、收获与体会

实验六总线控制实验

一、实验目的：

1、  了解总线的概念及其特性。

2、  掌握总线的传输控制特性。

二、实验设备：

EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。

三、实验说明

1、  总线的基本概念

总线是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路，是构成计算机系统的骨架。借助总线连接，计算机在系统各部件之间实现传送地址、数据和控制信息的操作。因此，所谓总线就是指能为多个功能部件服务的一组公用信息线。

2、  实验原理说明

  在本实验中，挂接在数据总线上的有输入设备、输出设备、存储器和加法器。为了使它们的输出互不干扰，就需要这些设备都有三态输出控制，且任意两个输出控制信号不能同时有效。

四、实验连线

按实验内容进行连线

五、实验步骤

1、  按照上图所示将所有连线接好。

2、  总线初始化。关闭所有三态门置控制开关ALU_G=1(加法器控制信号)，CA1=1(显示输出)，CA2=1(数据输入)，CE=1(存储器片选)。其它控制信号为LOAD=0，AR=0，LPC=0，C=1，WE=1，A=1，B=1。

3、  将D15—D0拨至“0001001000110100”，置CA2=0，LOAD=1，然后置LOAD=0，将“1234H”打入LT1寄存器。

4、  将D15—D0拨至“0101011001111000”，置AR=1，然后置AR=0，将“5678H”打入LT2寄存器。

5、  将S3S2S1S0MCN拨至“100101”，计算两数之和。

6、  将D7—D0拨至“00000001”，置LPC=1，然后置LPC=0，将“01H”打入地址寄存器。

7、  置CA2=1，ALU-G=0，WE=0，CE=0，将上述计算结果写入当前地址的存储器中。然后置CE=1，WE=1。

8、  置ALU-G=1，CE=0，CA1=0，C=0，将当前地址的存储器中的数输出至数码管，然后置C=1，CE=1，CA1=1。

六、实验结果

    照以上8步操作完成后，输出显示电路LED上显示“68AC”。

 

第二篇：计算机组成原理实验报告四

实 验 报 告

实验四   数据通路组成实验

一、实验目的

1、将运算器模块于存储器模块联机

2、进一步熟悉计算机的数据通路

3、将存储器的两个存储单元的内容通过运算器相加并且将结果送回存储单元。

二、实验设备

1、TDN-CM+计算机组成原理实验系统一套

2、若干导线和排线

三、实验电路

      

四、实验数据

并完成以下运算：

( 01H )+( 02H ) →03H

( 01H )?(02H ) →04H

表4.1

表4.2

五、实验结果分析与体会

这次实验是这学期最后一次实验，也是最为复杂的一次实验，因为是将实验一中运算器的算术运算和实验三中的存储器结合到一起，所以实验内容很多，实验步骤很复杂。然而颜老师在我们是眼前首先对实验的各环节作了详细的说明，对我们可能在会哪些地方出错也做了明确的指导和提示，特别是在T4和T3连接脉冲的连线上给我们做了很详细的说明。虽然我们对实验电路图理解的很是模糊，也基本上看不懂图的含义。但是由于对以前两次实验的原理及步骤了解的都十分到位，而且实验前颜老师又做了特别指点，所以我们对本次实验的步骤大致知道了。

在明确步骤后我和刘佳兵开始了实验，由于是将第一次和第三次的实验图连接到一块，所以很多控制开关上出现了重复，不能有效控制信号。我们根据老师的提示将重复的开关重新定义。具体实验步骤如下：

1、   按照实验一和实验三的电路图连接电路，重新定义了线路WB、CB、LDAR的二进制控制开关（由PC-B控制WB，由LDPC控制CB，由LOAD控制LDAR）。

2、   验证试验三写入存储器的实现。

3、   将数据AAH、55H分别写入到RAM的01H和02H单元中。

（1）   将数据01H作为地址置入AR中；

（2）   重新设置模拟开关位置，把数据AAH置入RAM的01H；

（3）   将数据02H作为地址置入AR中；

（4）   把数据55H置入RAM的02H；

4、   从RAM的01H和02H单元中读出刚刚写入的数据。

（1）   再一次将数据01H作为地址置入AR中；

（2）   把置入在RAM的01H数据的AAH读出；

（3）   将数据02H作为地址置入AR中；

（4）   把置入RAM的02H数据55H读出；

5、   讲读出的数据分别放入寄存器DR1和DR2中。

6、   检查读出了数据和写入的数据是否相同。

7、   实现以下运算

DR₁+ DR₂→DR₂

DR₁?DR₂→DR₁

（1）   将S₃S₂S₁S₀=0011实现加法；

（2）   将S₃S₂S₁S₀=0110实现异或；

8、   将寄存器DR1和DR2中的数据分别写入RAM的03H、04H单元中。

9、   将03H、04H单元中的数据分别读出。

10、 检查读出和写入的数据是否一致。

本次实验虽没有按预期完成，是因为我们在重新定义线路控制开关上花费了很长时间，不能够有效的实现的各控制，请教了周围的几个同学，他们也不懂，后来老师见大家在这个上都有疑问，就向全班讲解了，并举例ALB-B控制开关的重新定义。在的解决的这个问题后我们很顺利的实验电路图连接好了，在连接好后我们做了实验三的内容，验证电路的正确性。后按照各步骤开始了实验。

实验本身其实并不难，只是自己没有了解各部件实现的功能。通过这次实验，自己更清楚的明白了寄存器和算术运算，虽最终的实验结果没能在指定的实验时间内完成，达到通过运算器相加并且将结果送回存储单元的实验结果。但也基本达到了能够将运算器模块于存储器模块联机，而且进一步熟悉计算机的数据通路将存储器的两个存储单元的内容。这也很好的为在以后的学习奠定实践基础。

计算机组成原理实验这学期也到此结束了，由于我们学的比较肤浅，所以我们同学做实验只能追求实验本身得到的那几个数据，并没有去想以其他一些方式来改变电路，实现一样功能，所以就显得缺乏探索精神，一味照搬照抄，不符合实验的初衷要求。然而自己一直都很喜欢组成原理这门课，对着门课也很感兴趣，所以觉得应该有一些不同，不仅要知道“是什么”，还要知道“为什么”，更要努力知道“怎么办”，然而却没能办到。