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）运算器数据通路
TEC-XP教学机的运算器主要采用4片AM2901芯片级联组成；每片AM2901芯片实现4位运算，4片芯片级联成16位的运算器。
AM2901芯片组成包括：1个4位的算术逻辑运算单元ALU、16个4位的通用寄存器、一个4位的乘商寄存器Q和若干个多路选择开关。AM2901的数据通路如图所示：
①算术逻辑运算单元ALU
ALU有两个数据输入端R和S。在RS的各种组合中除去没有意思的和重复的，只有8种有效组合。ALU可完成连个操作数的加、减、与、或、异或等多种操作。ALU的输出结果可保存到通用寄存器、乘商寄存器Q，并且可将其值乘除2之后在保存。ALU根据其运算的结果会产生4个标志位——符号标志位F3、零标志位F=0、溢出标志位OVR和进位标志位Cn+4。
②通用寄存器组
AM2901中的通用寄存器组是由16个寄存器构成，具有双端口读写电路。可以通过A口、B口输入的地址（4位地址）选择寄存器，将其值送入A、B锁存器。其中A口地址指定的寄存器是只读的，B口地址指定的寄存器是可读写的。
A和B锁存器可作为ALU的输入数据，ALU输出的结果值也可以保存到B 口指定的寄存器中，而且在写寄存器时，可以通过通用寄存器组入口的三选一多路开关，选择写入ALU结果值，或其左移（乘2）、右移（除2）之后的结果。
③乘商寄存器
乘商寄存器是Q是为配合ALU的乘除运算二设置的。该寄存器输入端有三选一多路开关，可选择ALU输出结果、或乘商寄存器Q本身的内容作为其输入数据，同时还可以将这两个输入值左移、右移之后在送入Q中。
④最低进位信号Cin
AM2901的基本运算是加法电路，其减法功能的实现是通过对减数求补而完成的。因此，在ALU运算时，应使用SCI控制位设置最低进位信号Cin的状态。（2）AM2901的级联结构
一片4位的AM2901芯片的引脚信号如图所示。其中A3~A0、B3~B0用于输入选中的通用寄存器地址；I8~I0用于运算过程的控制信号；D3~D0用于输入外部数据；Y3~Y0用于输出运算的结果；CP为时钟信号；/OE为选通信号；RAM3、RAM0为运算结果左右移动时的移出位；Q3、Q0为乘商寄存器Q左右移时的移出位；Cy、F=0、Over、F3分别为进位标志位、零标志位、溢出标志位、符号标志位；Cin为外部输入的最低进位。
注：TEC-XP教学机的16位运算器是采用4片AM2901芯片级联而成的，各芯片之间采用串行进位方式，具体连接图在此并未给出。
（3）AM2901时钟信号的作用
在AM2901的每个ALU操作周期内，ALU各部件的执行时间是不同的。在时钟脉冲为高电平时，从寄存器组读出的数据可穿过锁存器直接传送到ALU的数据输入端，在下降沿时，A、B口数据锁存，在时钟脉冲为低电平时，通用寄存器接收运算器的输出结果，上升沿时，Q寄存器接受数据。
（4）实验控制信号开关说明
该实验是在完全脱机的方式下完成的。实验过程中，使用实验箱面板下方标有micro switch 1和micro switch 2的两个红色开关，设置24位的运算控制信号。运算完成后，通过实验箱面板中间位置的发光二极管观察运算结果。实验过程中可能会用到外部输入数据，则可通过实验箱面板右下方的16个黑色数据开关设置。控制信号顺序如下图所示：
Micro switch开关信号顺序图
（5）指令举例
指令1：MVRD R0，OFFFFII
分析：
①该指令是在使用立即数为寄存器赋值的，立即数应从数据总线拨入，经ALU传送至目的寄存器R0，因此，ALU的数据来源应选择D、0，即I2~I0取值
为111.
②该赋值指令中的数据必须经过ALU才可写入通用寄存器，可使用FFFFH+0->R0的操作，因此，ALU的运算类型应该选择算术加；I5~I3取值为000。
③ALU的运算结果应保存至B口地址指定的通用寄存器中，即I8~I6取值为011，同时B口地址输入R0的地址（0000）。
④其余信号：A口地址无用，为任意值；SST取000（标志位保持不变，传送类指令不影响标志位状态）；SSH-00（不移位）；Sci-00（Cin=0）。
4、实验步骤
①首先，将TEC-XP教学机左下方的5个功能开关设置为1**00（单步、16位、脱机）；先按一下“RESET”按键，再按一下“START”按键，进行初始化。
②完成初始化后，根据所给定的指令，按顺序控制运算器执行每条指令，每条指令执行时请记录按START前和按START后两个时刻的状态。
③预习AM2901运算器原理，按步骤完成实验后，填写的实验表格如下：
5、实验结果及总结
通过本次实验，进一步了解了AM2901运算器的基本结构，能够熟练的操作运算器面板上的按键，在实验过程中，也遇到了些问题，比如刚开始没能设置好Micro switch开关中相关信号的位置，还有对于什么时候该按“START”和“RESET”没有弄清楚。不过，通过不断地摸索与调试，最终成功完成了此次实验，感觉收获还是颇多的。
实验二运算器实验（二）
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）运算器数据通路
TEC-XP教学机的运算器主要采用4片AM2901芯片级联组成；每片AM2901芯片实现4位运算，4片芯片级联成16位的运算器。
AM2901芯片组成包括：1个4位的算术逻辑运算单元ALU、16个4位的通用寄存器、一个4位的乘商寄存器Q和若干个多路选择开关。
①算术逻辑运算单元ALU
ALU有两个数据输入端R和S。在RS的各种组合中除去没有意思的和重复的，只有8种有效组合。ALU可完成连个操作数的加、减、与、或、异或等多种操作。ALU的输出结果可保存到通用寄存器、乘商寄存器Q，并且可将其值乘除2之后在保存。ALU根据其运算的结果会产生4个标志位——符号标志位F3、零标志位F=0、溢出标志位OVR和进位标志位Cn+4。
②通用寄存器组
AM2901中的通用寄存器组是由16个寄存器构成，具有双端口读写电路。可以通过A口、B口输入的地址（4位地址）选择寄存器，将其值送入A、B锁存器。其中A口地址指定的寄存器是只读的，B口地址指定的寄存器是可读写的。
A和B锁存器可作为ALU的输入数据，ALU输出的结果值也可以保存到B 口指定的寄存器中，而且在写寄存器时，可以通过通用寄存器组入口的三选一多路开关，选择写入ALU结果值，或其左移（乘2）、右移（除2）之后的结果。
③乘商寄存器
乘商寄存器是Q是为配合ALU的乘除运算二设置的。该寄存器输入端有三选一多路开关，可选择ALU输出结果、或乘商寄存器Q本身的内容作为其输入数据，同时还可以将这两个输入值左移、右移之后在送入Q中。
④最低进位信号Cin
AM2901的基本运算是加法电路，其减法功能的实现是通过对减数求补而完成的。因此，在ALU运算时，应使用SCI控制位设置最低进位信号Cin的状态。
（二）AM2901的级联结构
一片4位的AM2901芯片的引脚信号如运算器实验一图中所示。其中A3~A0、B3~B0用于输入选中的通用寄存器地址；I8~I0用于运算过程的控制信号；D3~D0用于输入外部数据；Y3~Y0用于输出运算的结果；CP为时钟信号；/OE为选通信号；RAM3、RAM0为运算结果左右移动时的移出位；Q3、Q0为乘商寄存器Q 左右移时的移出位；Cy、F=0、Over、F3分别为进位标志位、零标志位、溢出标志位、符号标志位；Cin为外部输入的最低进位。
注：TEC-XP教学机的16位运算器是采用4片AM2901芯片级联而成的，各芯片之间采用串行进位方式，具体连接图在此并未给出。
（三）AM2901时钟信号的作用
在AM2901的每个ALU操作周期内，ALU各部件的执行时间是不同的。在时钟脉冲为高电平时，从寄存器组读出的数据可穿过锁存器直接传送到ALU的数据输入端，在下降沿时，A、B口数据锁存，在时钟脉冲为低电平时，通用寄
存器接收运算器的输出结果，上升沿时，Q寄存器接受数据。
（四）实验控制信号开关说明
该实验是在完全脱机的方式下完成的。实验过程中，使用实验箱面板下方标有micro switch 1和micro switch 2的两个红色开关，设置24位的运算控制信号。运算完成后，通过实验箱面板中间位置的发光二极管观察运算结果。实验过程中可能会用到外部输入数据，则可通过实验箱面板右下方的16个黑色数据开关设置。控制信号顺序如下图所示：
Micro switch开关信号顺序图
（五）指令举例
指令1：ADD R0，R1
分析：
①该指令是加法运算指令，因此，ALU的运算类型应选择算术加：I5~I3取值为000。
②两个操作数都是通用寄存器，故，ALU的数据来源应选择A、B。I2~I0取值为001，且A口地址为0001，B口地址为0000，I8~I6取值为011（将ALU的输出保存至B口指定的寄存器）
③其余信号：SST——001（按照运算结果设置标志位，加法指令正常影响标志位），SSH——00（不移位），Sci——（Cin=0）。
4、实验步骤
①首先，将TEC-XP教学机左下方的5个功能开关设置为1**00（单步、16位、脱机）；先按一下“RESET”按键，再按一下“START”按键，进行初始化。
②完成初始化后，根据所给定的指令，按顺序控制运算器执行每条指令，每条指令执行时请记录按START前和按START后两个时刻的状态。
③预习AM2901运算器原理，按步骤完成实验后，填写的实验表格如下：
5、实验结果及总结
在实验中，需要注意的是操作符的控制及输入输出的控制思想，通过实验要求，对此次运算器做了相关的设计，并成功完成了相关的实验操作，这次实验，使我可以更清楚的了解计算机的数据存储和数据的运算，由于上次实验的经验，在这次实验中，并未遇到问题，很顺利地完成了实验。实验中，需要注意的是，要将教学机左下方的5个功能开关设置为1**00，要注意按‘RESET’和‘START’键，进行初始化。
实验三存储器实验
1、实验目的
①了解计算机中半导体存储器RAM和EPROM和E2PROM的功能和区别。
②掌握存储器字扩展、位扩展的方法。
③理解并掌握半导体存储器芯片的扩展和验证方式。
④能够进一步深入的了解及熟悉所做的实验内容。
2、实验要求
①在开始实验前，应该先复习存储器字扩展、位扩展的方法。
②在实验过程中，应该小心使用TEC-XP教学机，避免造成不必要的损坏。
③能够熟练的完成本次实验内容。
3、实验原理
TEC-XP教学机的存储系统中，2000H~27FFH的2K空间是由6116RAM芯片构成的。随机存储器的读写特性是：在不断电的情况下，CPU可以对该存储器的任何单眼进行随机读写操作，其中内容可以长期保存，但该存储器是易失性存储器，一旦断电，其中的数据均被清空。
本次实验要在监控状态下，分别使用不同的监控命令对该RAM存储芯片的读写特性进行验证。由于是联机测试，需要将TEC-XP的功能开关先置为00110。
在断电后重新启动教学机，使用D命令再次查看所修改单元的内容，实验中每次要改动芯片连接时，应该先断电再进行，在实验完成后，取下扩展芯片等，需要注意的是在实验过程中，不要随意改动其他芯片的位置或连接。
4、实验步骤
①该实验是联机实验，在开始实验前，先进行联机测试，需将TEC-XP教学机的功能开关设置为00110。
②再进行联机操作，在计算机上安装并打开软件大板可编程器件下的
Pece16，选择接口1，按“RESET”和“START”按键，再按回车即可往里面输入命令。
③先将E2PROM的芯片插入扩展插槽位置，需要注意的是芯片插入时，应将带有半圆形缺口的一方朝左插入，一旦插反会导致芯片烧毁。
④然后进行数据地址线连接，读写控制总线连接和片选信号的连接。
⑤进行扩展容量的读写特性的验证
扩展用的E2PROM芯片，其读操作和RAM一样，而其写操作，由于要先擦除信息再写入，因此需要一定的延迟时间，大约为1毫秒。子啊对E2PROM进行写操作时，应加入一段延时子程序的调用，以完成正确的读写。
a.用E修改扩展单元的内容，并用D查看结果
假设扩展连接采用的是默认地址4000H~5FFFH，使用E命令修改该地址范围内的某几个单元，再用D命令查看数据的修改情况。
b.控制程序
实验使用的E2PROM芯片不能直接用A命令输入程序，单字节的指令可能会写进去，双字节指令的低位会出错。因此，可以将程序放到RAM（6116）中，使用程序读写扩展空间5000H~500FH单元。
从2000H单元开始输入主程序：
(2000) MVRD R0,0030
MVRD R2, 0010 R2记录循环次数
MVRD R3,5000 R3的内容为16位内存地址
(2006) STRR [R3],R0 将R0寄存器的内容放到R3给出的内存单元中CALA 2200 调用程序地址为2200的延时子程序
INC R0 R0加1
INC R3 R3加1
DEC R2 R2减1
JRNZ 2006 R2不为0跳转到2006H
RET
c.延时子程序
从2200H单元开始输入延时子程序
(2002)PUSH R3
MVRD R3,0001
(2203) DEC R3
JRNZ2203
POP R3
RET
d.运行程序，查看结果
在命令提示符下输入：G 2000，按回车，运行程序。使用D命令查看5000H~500FH单元中的数据。
5、实验结果及总结
由于本次实验是联机实验，在实验前，需要进行联机测试，还要把教学机的功能开关设置为00110，应该注意的是在每次要改动芯片连接时，应先断电进行，同时在实验过程中，不要随意改动其他芯片的位置或来接。通过本次实验，使我了解到了存储器的字、位扩展的内容，原理，能够使用相关的命令完成实验中的要求。在实验中，虽然也遇到了问题，但同过请教老师和同学，问题最终得到了解决，并成功完成了本次实验。
实验四微程序控制器实验（一）
1、实验目的
①深入理解微程序控制器的功能和组成结构。
②学习教学计算机各指令的指令格式、寻址方式及执行流程。
③学习微程序控制器的设计过程和相关技术。
④能够理解基本指令的执行流程，并在教学机上验证其对应的微指令。
⑤能够设计出几条指令的功能，格式和指令的流程，并在教学计算机上进行测试。
2、实验要求
①在实验前，认真准备，对于该实验的基本原理、微指令格式、以及相关机器指令的微程序等内容预先做好分析和设计。
②在实验过程中，应该认真进行实验操作，仔细思考实验有关内容，把难点内容通过实验理解清楚，争取最好的实验结果。
③实验之后，应该认真思考，写出实验总结，包括实验中遇到的问题和分析、解决方法。
3、实验原理
（一）TEC-XP教学机的控制器基本原理
TEC-XP教学机中包含组合控制逻辑和微程序控制逻辑两种不同结构的控制器。本实验中使用的是微程序控制器，与微程序控制器相关的机器结构如下图所示。控制器中使用程序计数器PC跟踪机器指令的执行，使用PC中的内容访存获取机器指令，得到的机器指令送入控制器中的指令寄存器IR暂存，并由微程序控制器分析执行，执行过程中所有控制信号均由微程序控制器中的微命令寄存器uIR发出。
微程序控制器的工作过程是：对于指令寄存器IR中的机器指令，由地址映射部件产生该指令所对应的微指令程序的入口地址，通过AM2901送给控制存储器。取出的一条微指令送入微指令寄存器，其中的微命令字段用于发出控制信号，控制各部件的执行，下地址字段与条件判定线路的各测试信号一起送给AM2901，由其确定下条指令的地址，继续执行。
（二）地址映射部件
地址映射部件，即微指令地址映射部件，它是由一片E2PROM构成的，一般称为MAPROM。指令寄存器IR将其中的高8位指令操作码送给MAPROM，MAPROM根据操作码与微地址之间的映射关系，给出该指令对应微程序入口的地址。
（三）TEC-XP教学机的微指令格式
TEC-XP教学机的微指令共有48位，由16位的下地址字段和32位的操作控制字段形成，其格式如下图：
（四）控制存储器
控制存储器字长48位，用来存放TEC-XP教学机的所有微指令。硬件实现时，是使用两片EEPROM芯片（53C64）存放16位下地址字段信息，而32位操作控制字段信息存放在MACH器件内。
每次读控制存储器时，从这三个芯片中读出一条微指令。48位的微指令寄存器也分为两段，即16位的下地址信息，和32位的微命令信息。
（五）A、B、C、D组指令的执行流程
4、实验步骤
①设定工作方式
接通TEC-XP教学机的电源，将功能开关设置为11010，即设为单步、手动执行指令、使用微程序控制器，联机操作。
②验证A组基本指令——加法指令ADD R0,R1的微程序
根据如下所示的ADD指令格式，可得到指令ADD R0，R1的机器代码为
00000000 00000001，其中高8位为ADD指令的操作码，接下来的两个4位分别对应R0和R1寄存器。
15 8 7 4 3 0
先按下RESET按键，复位系统，然后通过16位的数据开关SW拨入指令代码，再按下RESET按键，此时指示灯Microp亮，其它灯全灭。
在完成以上设置后，接下来每次按下START按键，控制器就会执行一条微指令，请在实验前看懂以下微指令，在实验中验证每条微指令，并记录每条微指令执行时微地址、微下址指示灯的状态。
加法指令ADD R0,R1的微程序
③验证B组基本指令——传送指令MVRD R0，D的微程序
指令MVRD是将立即数传送到指定寄存器的数据传送类指令，该指令时双字长双操作数的指令。其指令格式如下所示，则指令MVRD R0，D的机器代码的高16位为10001000 00000000，其中高8位为MVRD指令的操作码，接下来的4位对应目的寄存器R0。本次实验，知识验证指令的微程序，至于该指令所传送的数据D可采用存储单元中的随机值。
15 8 7 0
先按下RESET按键，复位系统，然后通过16位的数据开关SW拨入指令代码，再按下RESET按键，此时指示灯Microp亮，其它全灭。
传送指令MVRD R0,D的微程序
5、实验结果及总结
在此次实验中，根据实验要求，每次实验操作后，所记录的每条微指令执行时微地址、微下址等指示灯亮灯的状态与预期的结果相同。
通过本次实验，使我了解到了微程序控制器的相关功能及组成结构，以及教学计算机各类指令格式，寻址方式和操作流程，能够熟练地在教学机上面操作各类指令。
实验五微程序程序控制实验（二）
1、实验目的
①深入理解微程序控制器的功能和组成结构。
②学习教学计算机各指令的指令格式、寻址方式及执行流程。
③学习微程序控制器的设计过程和相关技术。
④能够理解基本指令的执行流程，并在教学机上验证其对应的微指令。
⑤能够设计出几条指令的功能，格式和指令的流程，并在教学计算机上进行测试。
2、实验要求
①在实验前，认真准备，对于该实验的基本原理、微指令格式、以及相关机器指令的微程序等内容预先做好分析和设计。
②在实验过程中，应该认真进行实验操作，仔细思考实验有关内容，把难点内容通过实验理解清楚，争取最好的实验结果。
③实验之后，应该认真思考，写出实验总结，包括实验中遇到的问题和分析、解决方法。
3、实验原理
TEC-XP教学机中包含组合控制逻辑和微程序控制逻辑两种不同结构的控制器。本实验中使用的是微程序控制器。控制器中使用程序计数器PC跟踪机器指令的执行，使用PC中的内容访存获取机器指令，得到的机器指令送入控制器中的指令寄存器IR暂存，并由微程序控制器分析执行，执行过程中所有控制信号均由微程序控制器中的微命令寄存器uIR发出。
微程序控制器的工作过程是：对于指令寄存器IR中的机器指令，由地址映射部件产生该指令所对应的微指令程序的入口地址，通过AM2901送给控制存储器。取出的一条微指令送入微指令寄存器，其中的微命令字段用于发出控制信号，控制各部件的执行，下地址字段与条件判定线路的各测试信号一起送给AM2901，由其确定下条指令的地址，继续执行。
A、B、C、D组指令执行流程：TEC-XP教学机中，按照每条指令的功能和实际的执行步骤，将指令分成了A、B、C、D共4组，每条指令的所属组详见具体的指令描述。
A组中的指令执行时，一般只是完成通用寄存器间的数据运算或传送，在取指后可一步完成。
B组中的指令，一般需要完成一次内存或I/O读、写操作，在取指后可两步完成：第一步把要使用的地址传送到地址寄存器AR中，第二步执行内存或I/O读写操作。
C组中的指令，在取指后可三步完成：其中CALR在用两步读写内存后，第三步执行寄存器间的数据传递；而其它指令在第一步置地址寄存器ARH、ARL，第二步读内存（即取地址操作数）、计算内存地址、置地址寄存器ARH、ARL，第三步读、写内存。
D组中的指令，完成两次读、写内存操作，在取指之后可四步完成。
4、实验步骤
①分析D组基本指令——子程序调用CALA ADR的微程序
指令CALA是将立即数传送到指定寄存器的数据传送类指令，该指令时双字长操作数指令。其指令格式如下图所示，则指令CALA ADR的机器代码的高16位为11001110 00000000，其中高8位为CALA指令操作码，接下来的4位对应目的寄存器R0。本次实验中，只是验证指令的微程序，至于该指令所用到的直接地址可采用存储单元中的随机值。
15 8 7 0
先按下RESET按键，复位系统，然后通过16位的数据开关SW拨入指令代码，再按下RESET按键，此时指示灯Microp亮，其它灯全灭。
在完成以上设置后，接下来每次按下START按键，控制器就会执行一条微
指令，请在实验前看懂以下微指令，在实验中验证每条微指令，并记录每条微指令执行时微地址、微下址指示灯的状态。
子程序调用指令CALA ADD的微程序
②设计扩展指令ADC、STC、LDRA、CALR的位程序
TEC-XP教学机支持动态微程序设计，即允许用户把自己设计的微程序写入控制存储器中，当扩展指令需要执行时，直接从控制存储器中读取对应的微指令执行即可。但写控制存储器时，需要用到硬件描述语言VHDL，故在本次实验中，对于扩展实验直接采用出厂已设计好的扩展指令进行验证。
扩展指令ADC、STC、LDRA、CALR的执行周期相关微命令如下所示，请在实验时以单步方式进行验证。
若干扩展指令的执行周期微程序
③测试扩展指令
扩展指令在使用时与基本指令不同，基本指令可以在监控环境下使用汇编命令A以汇编指令格式输入存储单元中，而扩展指令只能使用存储单元修改命令E 以机器指令的形式写入存储单元中。
a.设置功能开关
测试扩展指令之前，先将TEC-XP的功能开关设置为00010。
b.测试STC、ADC指令
将如下测试程序段输入到主存2000H开始的存储区域中。
A 2000 按回车键
微处理器与接口技术 实验指导
实验一监控程序与汇编语言程序设计实验 一、实验要求 1、实验之前认真预习，明确实验的目的和具体实验内容，设计好主要的待实验的程序，做好实验之前的必要准备。 2、想好实验的操作步骤，明确通过实验到底可以学习哪些知识，想一想怎么样有意识地提高教学实验的真正效果。 3、在教学实验过程中，要爱护教学实验设备，认真记录和仔细分析遇到的现象与问题，找出解决问题的办法，有意识地提高自己创新思维能力。 4、实验之后认真写出实验报告，重点在于预习时准备的内容，实验数据，实验过程、遇到的现象和解决问题的办法，自己的收获体会，对改进教学实验安排的建议等。善于总结和发现问题，写好实验报告是培养实际工作能力非常重要的一个环节，应给以足够的重视。 二、实验目的 【1】学习和了解TEC-XP16教学实验系统监控命令的用法； 【2】学习和了解TEC-XP16教学实验系统的指令系统；
【3】学习简单的TEC-XP16教学实验系统汇编程序设计。 三、实验注意事项 （一）实验箱检查 【1】连接电源线和通讯线前TEC-XP16实验系统的电源开关一定要处于断开状态，否则可能会对TEC-XP16实验系统上的芯片和PC机的串口造成损害。 【2】五位控制开关的功能示意图如下： 【3】几种常用的工作方式【开关拨到上方表示为1，拨到下方为0】 （二）软件操作注意事项 【1】用户在选择串口时，选定的是PC机的串口1或串口2，而不是TEC-XP16实验系统上的串口。即选定的是用户实验时通讯线接的PC机的端口； 【2】如果在运行到第五步时没有出现应该出现的界面，用户需要检查是不是打开了两个软件界面，若是，关掉其中一个再试； 【3】有时若TEC-XP16实验系统不通讯，也可以重新启动软件或是重新启动PC再试； 【4】在打开该应用软件时，其它的同样会用到该串口的应用软件要先关掉。
实验报告 课程名称计算机组成原理部件实验 实验项目实验二运算器组成实验 系别___ _计算机学院 _ ______ 专业___ 计算机科学与技术 ___ 班级/学号___计科1601/55___ 学生姓名 ______罗坤__ ________ 实验日期_（2018年4月12日） 成绩_______________________ 指导教师吴燕
实验二运算器组成实验一．实验目的 （1）掌握算术，逻辑运算单元的工作原理。 （2）熟悉多通用寄存器结构的简单运存器。 （3）进一步熟悉运算器的结构传送通路及控制方法。（4）按给定的各种操作流程完成运算。 二．实验电路
三．试验设备 数据通路板（B板）、控制信号板（A板）各一块。 四．实验数据 R0 ○OH→R0 SW=OH SW-BUS Ys1Ys0=11 LDR0,T4 R1 ○**H→R1 SW=**H SW-BUS Ys1Ys0=11 LDR1,T4 ○(R1)→DR1 YS1YS0=00 R1-BUS LDDR1,T4 ○(DR1)+1→R1 000001 ALU YS1YS0=11 LDR1,T4 YS1YS0=00 R1-BUS R2 ○**H→R2 SW=**H SW-BUS YS1YS0=11 LDR2,T4 ○(R2)→DR2 YS1YS0=00 R2-BUS LDDR2,T4 ○(DR2非)→R2 010110 ALU YS1YS0=11
YS1YS0=00 R2-BUS R1,R0 ○**H→R1 SW=**H SW-BUS Ys1Ys0=11 LDR1,T4 ○(R1)→DR2 YS1YS0=00 R2-BUS LDDR2,T4 ○(DR2) →R0 YS1YS0=00 LDR0,T4 YS1YS0=00 R0-BUS R1,R0 ○**H→R1 SW=**H SW-BUS Ys1Ys0=11 LDR1,T4 ○(R1)→DR1 YS1YS0=00 R1-BUS LDDR1,T4 ○**H→R0 SW=**H SW-BUS Ys1Ys0=11 LDR0,T4 ○(R0)→DR2 YS1YS0=00 R2-BUS LDDR2,T4 ○(DR1)-(DR2)→R0 011001 ALU YS1YS0=11 LDR2,T4 YS1YS0=00
一．这是一个判断某一年是否为润年的程序，运行可执行程序Ifleap.exe后，输入具体的年份，可输出是本年是否为闰年的提示信息。 DATA SEGMENT ;定义数据段 INFON DB 0DH,0AH,'PLEASE INPUT A YEAR: $' ;声明空间存储输入提示信息，其中0d回车，0a换行 Y DB 0DH,0AH,'THIS IS A LEAP YEAR! $' ;声明空间存储是闰年提示信息，同上另起一行输出 N DB 0DH,0AH,'THIS IS NOT A LEAP YEAR! $' ;声明空间存储不是闰年提示信息，同上另起一行输出 W DW 0 ;声明空间存储输入年份解析后生成的年份数字 BUF DB 8 DB ? DB 8 DUP(?) ;声明空间作为缓冲区，总共10个字节，第一个表示准备接受的字DATA ENDS STACK SEGMENT STACK DB 200 DUP(0) STACK ENDS ;定义一个栈，200字节 CODE SEGMENT ASSUME DS:DATA,SS:STACK,CS:CODE START:MOV AX,DATA MOV DS,AX ;指定堆栈 LEA DX,INFON ;在屏幕上显示提示信息 MOV AH,9 INT 21H ;将infon开始的字符串输出到屏幕 LEA DX,BUF ;从键盘输入年份字符串 MOV AH,10 INT 21H MOV CL, [BUF+1] ;获取实际输入长度 LEA DI,BUF+2 ;获取字符串首地址 CALL DATACATE ;调用子程序,将输入字符串传化为年份数字 CALL IFYEARS ;调用子程序，判断是否闰年 JC A1 ;如果进位标记C为1则跳转到a1
计算机组成原理 一、8 位算术逻辑运算 8 位算术逻辑运算实验目的 1、掌握简单运算器的数据传送通路组成原理。 2、验证算术逻辑运算功能发生器74LS181的组合功能。 8 位算术逻辑运算实验内容 1、实验原理 实验中所用的运算器数据通路如图3－1所示。其中运算器由两片74LS181以并/串形成8位字长的ALU构成。运算器的输出经过一个三态门74LS245(U33)到ALUO1插座，实验时用8芯排线和内部数据总线BUSD0～D7插座BUS1～6中的任一个相连，内部数据总线通过LZD0～LZD7显示灯显示；运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器74LS273（U29、U30）锁存，两个锁存器的输入并联后连至插座ALUBUS，实验时通过8芯排线连至外部数据总线EXD0～D7插座EXJ1～EXJ3中的任一个；参与运算的数据来自于8位数据开并KD0～KD7，并经过一三态门74LS245（U51）直接连至外部数据总线EXD0～EXD7，通过数据开关输入的数据由LD0～LD7显示。 图中算术逻辑运算功能发生器74LS181（U31、U32）的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M并行相连后连至SJ2插座，实验时通过6芯排线连至6位功能开关插座UJ2，以手动方式用二进制开关S3、S2、S1、S0、CN、M来模拟74LS181（U31、U32）的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M；其它电平控制信号LDDR1、LDDR2、ALUB`、SWB`以手动方式用二进制开关LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB来模拟，这几个信号有自动和手动两种方式产生，通过跳线器切换，其中ALUB`、SWB`为低电平有效，LDDR1、LDDR2为高电平有效。 另有信号T4为脉冲信号，在手动方式下进行实验时，只需将跳线器J23上T4与手动脉冲发生开关的输出端SD相连，按动手动脉冲开关，即可获得实验所需的单脉冲。 2、实验接线 本实验用到4个主要模块：⑴低8位运算器模块，⑵数据输入并显示模块，⑶数据总线显示模块，⑷功能开关模块（借用微地址输入模块）。
实验三：八位运算器组成实验 一：实验目的： 1：掌握运算器的组成原理、工作原理； 2：了解总线数据传输结构； 3：熟悉简单的运算器的数据通路与控制信号的关系； 4：完成给定数据的算术操作、逻辑操作； 二：实验条件： 1：PC机一台； 2：MAX+PLUSⅡ软件； 三：实验内容（一） 1：所用到的芯片 74181：四位算术逻辑运算单元； 74244：收发器（双向的三态缓冲器） 74273：八位D触发器； 74374：八位D锁存器； 74163：八进制计数器； 7449：七段译码器 2:实验电路图 （1）运算器电路图 （A）数据输入电路由两个十六进制计数器连接成16*16=256进制的计数器，可以实现八位的输入。 （B）运算功能选择电路由一个十六进制计数器组成，可以实现16种不同运算的选择。再加上逻辑运算器上的M位和Cn位的选择，一共可以实现16*3=48种运算功能。内部由一个74163构成。
内部结构： （C）数码管扫描显示电路由一个扫描电路scan和一个七段译码器7449组成，scan 内部是一个二选一的多路复用器。 scan内部结构： （D）运算器电路图
（2）波形仿真图 （A）输入两个数A=05H,B=0AH,O5H DR1,0AH DR2,并通过经由74181在总线上显示。
（B）对两个数进行各种数学运算和逻辑运算。加法运算：输出控制：s4s3s2s1=0001,M=0,CN=0 输出使能：ALU_BUS=0 计算结果：05H+0AH=10H
四：实验内容（二） 给定A,B两个数，设A=05H,B=0AH,完成几种常见的算术运算和逻辑运算画出运算的波形和仿真图 （1）逻辑运算：A and B,A or B,取反/A,A⊙B,A⊕B; /A A⊕B A⊙B A and B A or B 输入控制s3s2s1s0 0000 0110 1001 1011 1110 计算结果FAH 0FH F0H 00H 0FH
实验一基础汇编语言程序设计 一、实验目的： 1、学习和了解TEC-XP16教学实验系统监控命令的用法。 2、学习和了解TEC-XP16教学实验系统的指令系统。 3、学习简单的TEC-XP16教学实验系统汇编程序设计。 二、预习要求： 1、学习TEC-XP16机监控命令的用法。 2、学习TEC-XP16机的指令系统、汇编程序设计及监控程序中子程序调用。 3、学习TEC-XP16机的使用，包括开关、指示灯、按键等。 4、了解实验内容、实验步骤和要求。 三、实验步骤： 在教学计算机硬件系统上建立与调试汇编程序有几种操作办法。 第一种办法，是使用监控程序的A命令，逐行输入并直接汇编单条的汇编语句，之后使用G命令运行这个程序。缺点是不支持汇编伪指令，修改已有程序源代码相对麻烦一些，适用于建立与运行短小的汇编程序。 第二种办法，是使用增强型的监控程序中的W命令建立完整的汇编程序，然后用M命令对建立起来的汇编程序执行汇编操作，接下来用G命令运行这个程序。适用于比较短小的程序。此时可以支持汇编伪指令，修改已经在内存中的汇编程序源代码的操作更方便一些。 第三种办法，是使用交叉汇编程序ASEC，首先在PC机上，用PC机的编辑程序建立完整的汇编程序，然后用ASEC对建立起来的汇编程序执行汇编操作，接下来把汇编操作产生的二进制的机器指令代码文件内容传送到教学机的内存中，就可以运行这个程序了。适用于规模任意大小的程序。
在这里我们只采用第一种方法。 在TEC-XP16机终端上调试汇编程序要经过以下几步： 1、使教学计算机处于正常运行状态（具体步骤见附录联机通讯指南）。 2、使用监控命令输入程序并调试。 ⑴用监控命令A输入汇编程序 >A 或>A 主存地址 如：在命令行提示符状态下输入： A 2000↙；表示该程序从2000H（内存RAM区的起始地址）地址开始 屏幕将显示： 2000： 输入如下形式的程序： 2000: MVRD R0，AAAA ；MVRD 与R0 之间有且只有一个空格，其他指令相同 2002: MVRD R1，5555 2004: ADD R0，R1 2005: AND R0，R1 2006: RET ；程序的最后一个语句，必须为RET 指令 2007:（直接敲回车键，结束A 命令输入程序的操作过程） 若输入有误，系统会给出提示并显示出错地址，用户只需在该地址重新输入正确的指令即可。 ⑵用监控命令U调出输入过的程序并显示在屏幕上 >U 或>U 主存地址
《计算机组成原理-实验一》 实验报告 韶关学院数信学院 2010级信息与计算科学 2012年 9月
实验一：本实验分三部分： 1熟悉Linux常用命令（上） 2 Linux下程序设计基础（中） 3汇编语言与机器指令（下）（暂略） 实验一熟悉Linux常用命令（上） 一,实验要求: 1,熟练Linux下的常用命令. 2,熟练地操作linux. 二,实验内容: 练习使用Linux常用命令; 三,实验环境: windows7的vmware的Redhat。 四,Linux下常用命令实验操作：(以下命令若权限不够，要在命令前加sudo) 1. 写出下面命令每个部分含义，字符C表示命令(Command)、O表示选项(Option)、OA表示选项的参数(Option Argument)、CA表示命令的参数(Command Argument)，如： C OOA O OA C A Answer $ lpr –Pspr –n 3 proposal.ps Command line Linux命令行的语法结构： $ command [[-]option(s)] [option argument(s)] [command argument(s)] 含义： ● $：linux系统提示符，您的linux系统可能是其他的提示符 ● Command ：linux命令的名字 ● [[-]option(s)] ：改变命令行为的一个或多个修饰符，即选项 ● [option argument(s)] ：选项的参数 ● [command argument(s)] ：命令的参数 1) ls -la convert.txt 2) more convert.txt 3) pwd 4) cat file1 file2 file3 5) rm -r temp 6) ping –c 3 https://www.doczj.com/doc/0312956397.html, 7) telnet https://www.doczj.com/doc/0312956397.html, 13 8) cc -o short short.c -lbaked 9) chmod u+rw file1.c 10) uname –n
图16 启停单元布局图 序电路由1片74LS157、2片74LS00、4个LED PLS2、PLS3、PLS4）组成。当LED发光时 图17
图17 时序单元布局图 （二）启停、脉冲单元的原理 1．启停原理：（如图18） 启停电路由1片7474组成，当按下RUN按钮，信号输出RUN=1、STOP=0，表示当前实验机为运行状态。当按下STOP 按钮，信号RUN=0、STOP=1，表示当前实验机为停止状态。当 系统处于停机状态时，微地址、进位寄存器都被清零，并且可 通过监控单元来读写内存和微程序。在停止状态下，当HALT 时有一个高电平，同时HCK有一个上升沿，此时高电平被打入 寄存器中，信号输出RUN=1、STOP=0，使实验机处于运行状态。
图18 启停单元原理图 2．时序电路： 时序电路由监控单元来控制时序输出（PLS1、PLS2、PLS3、PLS4）。实验所用的时序电路（如图19）可产生4个等间隔的时序信号PLS1、PLS2、PLS3、PLS4。为了便于监控程序流程，由监控单元输出PO信号和SIGN脉冲来实现STEP（微单步）、GO （全速）和HALT（暂停）。当实验机处于运行状态，并且是微单步执行，PLS1、PLS2、PLS3、PLS4分别发出一个脉冲，全速执行时PLS1、PLS2、PLS3、PLS4脉冲将周而复始的发送出去。在时序单元中也提供了4个按钮，实验者可手动给出4个独立的脉冲，以便实验者单拍调试模型机。
图19 时序电路图 实验步骤 1．交替按下“运行”和“暂停”，观察运行灯的变化（运行：RUN 亮；暂停：RUN灭）。 2．把HALT信号接入二进制拨动开关，HCK接入脉冲单元的PLS1。按下表接线 接入开关位号 信号定 义 HCK PLS1孔 HALT H13孔 3．按启停单元中的停止按钮，置实验机为停机状态，HALT=1。 4．按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在HCK上产生一个上升
河南农业大学 计算机组成原理实验报告 题目简单机模型实验 学院信息与管理科学学院 专业班级计算机科学与技术2010级1班 学生姓名张子坡（1010101029） 指导教师郭玉峰 撰写日期：二○一二年六月五日
一、实验目的： 1.在掌握各部件的功能基础上，组成一个简单的计算机系统模型机； 2．了解微程序控制器是如何控制模型机运行的，掌握整机动态工作过程； 3定义五条机器指令，编写相应微程序并具体上机调试。 二、实验要求： 1.复习计算机组成的基本原理； 2.预习本实验的相关知识和内容 三、实验设备： EL-JY-II型计算机组成原理试验系统一套，排线若干。 四、模型机结构及工作原理： 模型机结构框图见实验书56页图6-1. 输出设备由底板上上的四个LED数码管及其译码、驱动电路构成，当D-G和W/R均为低电平时将数据结构的数据送入数据管显示注：本系统的数据总线为16位，指令、地址和程序计数器均为8位。当数据总线上的数据打入指令寄存器、地址寄存器和程序寄存器时，只有低8位有效。 在本实验我们学习读、写机器指令和运行机器指令的完整过程。在机器指令的执行过程中，CPU从内存中取出一条机器指令到执行结束为一个指令周期，指令由微指令组成的序列来完成，一条机器指令对应一段微程序。另外，读、写机器指令分别由相应的微程序段来完成。
为了向RAM中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，必须设计三个控制操作微程序。 存储器读操作（MRD）：拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码器输入CA1、CA2为“00”时，按“单步”键，可对RAM连续读操作。 存储器写操作（MWE）：拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码器输入CA1、CA2为“10”时，按“单步”键，可对RAM连续写操作。 启动程序（RUN）：拨动开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码器输入CA1、CA2为“11”时，按“单步”键，即可转入第01号“取指”微指令，启动程序运行。 注：CA1、CA2由控制总线的E4、E5给出。键盘操作方式有监控程序直接对E4、E5赋值，无需接线。开关方式时可将E4、E5接至控制开关CA1、CA2，由开关控制。 五、实验内容、分析及参考代码： 生成的下一条微地址 UA5 UA0 MS5 MS0 微地址
实验报告书 实验名称：计算机组成原理实验 专业班级：113030701 学号：113030701 姓名： 联系电话： 指导老师：张光建 实验时间：2015.4.30-2015.6.25
实验二基本运算器实验 一、实验内容 1、根据原理图连接实验电路
3、比较实验结果与手工运算结果，如有错误，分析原因。 二、实验原理 运算器可以完成算术，逻辑，移位运算，数据来自暂存器A和B，运算方式由S3-S0以及CN来控制。运算器由一片CPLD来实现。ALU的输入和输出通过三态门74LS245连接到CPU内总线上。另外还有指示灯进位标志位FC和零标志位FZ。 运算器原理图： 运算器原理图 暂存器A和暂存器B的数据能在LED灯上实时显示。进位进位标志FC、零标志FZ 和数据总线D7…D0 的显示原理也是如此。 ALU和外围电路连接原理图：
ALU和外围电路连接原理图运算器逻辑功能表：
三、实验步骤 1、按照下图的接线图，连接电路。 2、将时序与操作台单元的开关KK2 置为‘单拍’档,开关KK1、KK3 置为‘运行’档。 3、打开电源开关，如果听到有‘嘀’报警声，说明有总线竞争现象，应立即关闭电源，重新检查接线，直到错误排除。然后按动CON 单元的CLR 按钮，将运算器的A、B 和FC、FZ 清零。 4、用输入开关向暂存器A 置数。 ①拨动CON 单元的SD27…SD20 数据开关，形成二进制数01100101 （或其它数值），数据显示亮为‘1’，灭为‘0’。 ②置LDA=1，LDB=0，连续按动时序单元的ST 按钮，产生一个T4 上沿，则将二进制数01100101 置入暂存器A 中，暂存器A 的值通过ALU 单元的 A7…A0 八位LED 灯显示。 5、用输入开关向暂存器B 置数。 ①拨动CON 单元的SD27…SD20 数据开关，形成二进制数10100111 （或其它数值）。 ②置LDA=0，LDB=1，连续按动时序单元的ST 按钮，产生一个T4 上沿，则将二进制数10100111 置入暂存器B 中，暂存器B 的值通过ALU 单元的 B7…B0 八位LED 灯显示。 6、改变运算器的功能设置，观察运算器的输出。置ALU_B=0 、LDA=0、LDB=0，然后按表2-2-1 置S3、S2、S1、S0 和Cn的数值，并观察数据总线LED 显示灯显示的结果。如置S3、S2、S1、S0 为0010 ，运算器作逻辑与运算，置S3、S2、
实验3 MIPS指令系统和MIPS体系结构 一.实验目的 （1）了解和熟悉指令级模拟器 （2）熟悉掌握MIPSsim模拟器的操作和使用方法 （3）熟悉MIPS指令系统及其特点，加深对MIPS指令操作语义的理解（4）熟悉MIPS体系结构 二. 实验内容和步骤 首先要阅读MIPSsim模拟器的使用方法，然后了解MIPSsim的指令系统。（1）、启动MIPSsim （2）、选择“配置”->“流水方式”选项，使模拟器工作在非流水方式。
（3）、参照使用说明，熟悉MIPSsim模拟器的操作和使用方法。 （4）、选择“文件”->“载入程序”选项，加载样例程序 alltest.asm，然后查看“代码”窗口，查看程序所在的位置。 （5）、查看“寄存器”窗口PC寄存器的值：[PC]= 0x00000000 。
（6）、执行load和store指令，步骤如下： 1)单步执行一条指令（F7）。 2)下一条指令地址为 0x00000004 ，是一条有(有，无)符号载入字节 (字节，半字，字)指令。 3)单步执行一条指令（F7）。 4)查看R1的值，[R1]=-128。
5)下一条指令地址为 0x00000008 ，是一条(有，无)符号载入字(字节，半字，字)指令。 6)单步执行1条指令。 7)查看R1的值，[R1]=128。 8)下一条指令地址为 0x0000000C ，是一条无(有，无)符号载入字(字节，半字，字)指令。 9)单步执行1条指令。
10)查看R1的值，[R1]=128。 11)单步执行1条指令。 12)下一条指令地址为 0x00000014 ，是一条保存字(字节，半字，字)指令。 13）单步执行一条指令。
计算机组成原理实验报告 学院信息与管理科学学院 专业班级计算机科学与技术2010级2班学生姓名毛世均 1010101046 指导教师郭玉峰 撰写日期：二○一二年六月四日
SA4=1 1.根据上边的逻辑表达式，分析58页图6-2的P1测试和P4测试两条指令的微地址转移方向。 P1测试:进行P1测试时，P1为0，其他的都为1, 因此SA4=1， SA3=I7，SA2=I6，SA1=，SA0=I4 微地址011001，下址字段为001000下址字段001000译码后，高两位不变，仍然为00，低四位受到机器指令的高四位I7-I4的影响。 机器指令的高四位为0000时，下一条微指令地址为001000，转到IN 操作。机器指令高四位0010时，下一条微指令地址为001010，转到MOV 操作。机器指令高四位为0001时，下一条微指令地址为001001，转到ADD 操作。机器指令高四位为0011时，下一条微指令地址为001011，转到OUT 操作。机器指令高四位为0100时，下一条微指令地址001100，转到JMP 操作 P4测试:进行P4测试时，P4为0，其他的都为1. 因此SA4=SA3=SA2=1，SA1=CA2，SA0=CA1 微地址000000，下址字段为010000. 010000被译码之后，高四位不变，0100低两位由CA2和CA1控制。CA2和CA1的值是由单片机的键盘填入控制的。 当实验选择CtL2=1时，CA2和CA1被填入0和1，这时低两位被译码电路翻译成01，所以下一条微地址就是010001，然后进入写机器指令的状态。当实验选择CtL2=2时，CA2和CA1被填入1和0，这时低两位被译码电路翻译成10，所以下一条微地址就是010010，然后进入读机器指令的状态。当实验选择CtL2=2时，CA2和CA1被填入1和1，这时低两位被译码电路翻译成 11，所以下一条微地址就是010011，然后进入运行机器指令的状态。 2.分析实验六中五条机器指令的执行过程。
计算机组成原理实验报告-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
计算机组成原理实验报告 ——微程序控制器实验一．实验目的： 1.能看懂教学计算机（TH-union）已经设计好并正常运行的数条基本指令的功能、格式及 执行流程。并可以自己设计几条指令，并理解其功能，格式及执行流程，在教学计算机上实现。 2.深入理解计算机微程序控制器的功能与组成原理 3.深入学习计算机各类典型指令的执行流程 4.对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立具体的总体概念 5.学习微程序控制器的设计过程和相关技术 二．实验原理： 微程序控制器主要由控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成。 其工作原理分为： 1、将程序和数据通过输入设备送入存储器； 2、启动运行后从存储器中取出程序指令送到控制器去识别，分析该指令要求什么事； 3、控制器根据指令的含义发出相应的命令（如加法、减法），将存储单元中存放的操作数据取出送往运算器进行运算，再把运算结果送回存储器指定的单元中； 4、运算任务完成后，就可以根据指令将结果通过输出设备输出 三．微指令格式： 微指令由下地址字段及控制字段组成.TH—UNION教学机的微指令格式如下: 其中高八位为下地址字段.其余各位为控制字段. 1）微地址形成逻辑 TH—UNION 教学机利用器件形成下一条微指令在控制器存储器的地址. 下地址的形成由下地址字段及控制字段中的CI3—SCC控制.当为顺序执行时,下地址字段不起作用.下地址为当前微指令地址加1;当为转移指令(CI3— 0=0011)时,由控制信号SCC提供转移条件,由下地址字段提供转移地址. 2）控制字段
《计算机组成原理》 实验报告 实验一运算器实验
一、实验目的 1．掌握运算器的组成及工作原理； 2．了解4位函数发生器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术操 作和逻辑操作的具体实现过程； 3．验证带进位控制的74LS181的功能。 二、实验环境 EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。 三、实验内容与实验过程及分析（写出详细的实验步骤，并分析实验结果） 实验步骤：开关控制操作方式实验 1、按图1－7接线图接线： 连线时应注意：为了使连线统一，对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。 图1－1 实验一开关实验接线图 2、通过数据输入电路的拨开关开关向两个数据暂存器中置数： 1）拨动清零开关CLR，使其指示灯。再拨动CLR，使其指示灯亮。置ALU-G ＝1：关闭ALU的三态门；再置C-G=0：打开数据输入电路的三态门； 2）向数据暂存器LT1（Ｕ3、U4）中置数：
（1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为要输入的数值； （2）置LDR1＝1：使数据暂存器LT1（Ｕ3、U4）的控制信号有效，置LDR2＝0：使数据暂存器LT2（Ｕ5、U6）的控制信号无效； （3）按一下脉冲源及时序电路的【单脉冲】按钮，给暂存器LT1送时钟，上升沿有效，把数据存在LT1中。 3）向数据暂存器LT2（Ｕ5、U6）中置数： （1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为想要输入的数值； （2）置LDR1＝0：数据暂存器LT1的控制信号无效；置LDR2＝1：使数据暂存器LT2的控制信号有效。 （3）按一下脉冲源及时序电路的“单脉冲”按钮，给暂存器LT2送时钟，上升沿有效，把数据存在LT2中。 （4）置LDR1＝0、LDR2＝0，使数据暂存器LT1、LT2的控制信号无效。 4）检验两个数据暂存器LT1和LT2中的数据是否正确： （1）置C-G=1，关闭数据输入电路的三态门，然后再置ALU-G=0，打开ALU 的三态门； （2）置“S3S2S1S0M”为“F1”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT1中的数，表示往暂存器LT1置数正确； （3）置“S3S2S1S0M”为“15”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT2中的数，表示往暂存器LT2置数正确。 3、验证74LS181的算术和逻辑功能: 按实验步骤2往两个暂存器LT1和LT2分别存十六进制数“1234H”和“5678H”，在给定LT1=1234H、LT2=5678H的情况下，通过改变“S3S2S1S0MCn”的值来改变运算器的功能设置，通过数据总线指示灯显示来读出运算器的输出值F，填入上表中，参考表1－1的功能表，分析输出F值是否正确。分别将“AR”开关拨至“1”和“0”的状态，观察进位指示灯“CY”的变化并分析原因。 实验结果表为：
经济管理学院信息管理与信息系统专业班 __组学号 姓名协作者教师评定_____________ 实验题目_ 微程序控制器实验_________________ 1.实验目的与要求： 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.掌握微程序的编制、写入、观察微程序的运行，学习基 本指令的执行流程。 实验要求：按练习一要求完成测量波形的操作，画出TS1、TS2、TS3、TS4的波形，并测出所有的脉冲Φ的周期。按练习二的要 求输入微指令的二进制代码表，并单步运行五条机器指 令。 2.实验方案： 1.用联机软件的逻辑示波器观测时序信号： 测量Φ、TS1、TS2、TS3、TS4信号的方法： （1）按图接线，接一根即可； （2）把探笔的探头端按颜色分别插到试验仪左上角的CH1、CH2，黑探头插CH1，红探头插CH2，将黑探笔的探头插在Φ接线的上孔，将红探笔的探针夹在TS1两针之间； （3）将实验仪的STOP开关置为RUN、STEP开关置为EXEC，“SWITCH UNIT”中CLR开关置为1状态，按动START按键； （4）启动“组成原理联机软件”，点击“调试”菜单下的“显示逻辑示波器窗口”，点击示波器开关，即可在屏幕上看到波形。使用“步数”或“速度”调整波形，波形调整好后，不要用同步通道来稳定波形，应该单击示波器开关，这样整个波形都停下来；（5）鼠标停留在波形线上，会有时间提示，两者相减可以算出波形周期； （6）测完Φ和TS1后，接着测量TS1和TS2，把黑红探针分别夹在TS1两根针之间和TS2两根针之间，相互比较，可以测量TS1 和TS2之间相位关系。同理通过测量TS2、TS3可以测量出TS2
第六节 CPU组成与机器指令执行实验 一、实验目的 （1）将微程序控制器同执行部件（整个数据通路）联机，组成一台模型计算机； （2）用微程序控制器控制模型机数据通路； （3）通过CPU运行九条机器指令（排除中断指令）组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，牢固建立计算机的整机概念。 二、实验电路 本次实验用到前面四个实验中的所有电路，包括运算器、存储器、通用寄存器堆、程序计数器、指令寄存器、微程序控制器等，将几个模块组合成为一台简单计算机。因此，在基本实验中，这是最复杂的一个实验，也是最能得到收获的一个实验。 在前面的实验中，实验者本身作为“控制器”，完成数据通路的控制。而在本次实验中，数据通路的控制将由微程序控制器来完成。CPU从内存取出一条机器指令到执行指令结束的一个机器指令周期，是由微指令组成的序列来完成的，即一条机器指令对应一个微程序。 三、实验设备 （1）TEC-9计算机组成原理实验系统一台 （2）双踪示波器一台 （3）直流万用表一只 （4）逻辑测试笔一支 四、实验任务 （1）对机器指令系统组成的简单程序进行译码。 （2）按照下面框图，参考前面实验的电路图完成连线，控制器是控制部件，数据通路（包括上面各模块）是执行部件，时序产生器是时序部件。连线包括控制台、时序部分、数据通路和微程序控制器之间的连接。其中，为把操作数传送给通用寄存器组RF，数据通路上的RS1、RS0、RD1、RD0应分别与IR3至IR0连接，WR1、WR0也应接到IR1、IR0上。 开关控制 控制台时序发生器 时序信号 开关控制指示灯信号控制信号时序信号 控制信号 微程序控制器数据通路 指令代码、条件信号
计算机组成原理实验1 运算器（脱机）实验 通过开关、按键控制教学机的运算器执行指定的运算功能，并通过指示灯观察运算结果。实验原理： 为了控制Am2901运算器能够按照我们的意图完成预期的操作功能，就必须向其提供相应的控制信号和数据。 控制信号包括 1、选择送入ALU的两路操作数据R和S的组合关系（实际来源）。 2、选择ALU的八种运算功能中我们所要求的一种。这可通过提供三位功能选择码I5、 I4、I3实现。 3、选择运算结果或有关数据以什么方式送往何处的处理方案，这主要通过通用寄存器 组合和Q寄存器执不执行接收操作或位移操作，以及向芯片输出信息Y提供的是 什么内容。这是通过I8、I7、I6三位结果选择码来控制三组选择门电路实现的。 外部数据包括 1、通过D接收外部送来的数据 2、应正确给出芯片的最低位进位输入信号C n 3、关于左右移位操作过程中的RAM3、RAM0、Q3和Q0的处理。 4、当执行通用寄存器组的读操作时，由外部送入的A地址选中的通用寄存器的内容送 往A端口，由B地址选中的通用寄存器的内容送往B端口，B地址还用作通用寄 存器的写汝控制。 对于芯片的具体线路，需说明如下几点： 1、芯片结果输出信号的有无还受一个/OE（片选）信号的控制。 2、标志位F=0000为集电极开路输出，容易实现“线与”逻辑，此管脚需经过一个电阻 接到+5V。 3、RAM3、RAM0、Q3和Q0均为双向三态逻辑，一定要与外部电路正确连接。 4、通用寄存器组通过A端口、B端口读出内容的输出处均有锁存器线路支持。 5、该芯片还有两个用于芯片间完成高速进位的输出信号/G和/P。 6、Am2901芯片要用一个CLK（CP）时钟信号作为芯片内通用寄存器、锁存器和Q寄 存器的打入信号。 实验步骤如下： （1）选择运算器要完成的一项运算功能，包括数据来源，运算功能，结果保存等；（2）需要时，通过数据开关向运算器提供原始数据； （3）通过24位的微型开关向运算器提供为完成指定运算功能所需要的控制信号； （4）通过查看指示灯或用电表量测，观察运算器的运行结果（包括计算结果和特征标志）。实验准备 12为微型开关的具体控制功能分配如下： A口和B口地址：送给Am2901器件用于选择源与目的操作数的寄存器编号； I8～I0：选择操作数来源、运算操作功能、选择操作数处理结果和运算器输出内容的3组3位控制码； Sci,SSH和SST：用于确定运算器最低位的进位输入、移位信号的入/出和怎样处理Am2901产生的状态标志位的结果。
实验一运算器组成实验 一、实验目的 1．熟悉双端口通用寄存器堆的读写操作。 2．熟悉简单运算器的数据传送通路。 3．验证运算器74LS181的算术逻辑功能。 4．按给定数据，完成指定的算术、逻辑运算。 二、实验电路 S3 S2 S1 S0 M 图3.1 运算器实验电路 图3.1示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实验台操作板上的八个二进制数据开关SW7-SW0来设置，然后输入到双端口通用寄存器堆RF中。 RF(U54)由一个ispLSI1016实现，功能上相当于四个8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RF中保存。双端口寄存器堆模块的控制信号中，RS1、RS0用于选择从B端口（右端口）读出的通用寄存器，RD1、RD0用于选择从A端口（左端口）读出的通用寄存器。而WR1、WR0用于选择写入的通用寄存器。LDRi是写入控制信号，当LDRi＝1时，数据总线DBUS上的数据在T3写入由WR1、WR0指定的通用寄存器。RF的A、
B端口分别与操作数暂存器DR1、DR2相连；另外，RF的B端口通过一个三态门连接到数据总线DBUS上，因而RF中的数据可以直接通过B端口送到DBUS上。
DR1(U47)和DR2(U48)各由1片74LS273构成，用于暂存参与运算的数据。DR1接ALU 的A输入端口，DR2接ALU的B输入端口。ALU(U31、U35)由两片74LS181构成，ALU的输出通过一个三态门（74LS244）发送到数据总线DBUS上。 实验台上的八个发光二极管DBUS7-DBUS0显示灯接在DBUS上，可以显示输入数据或运算结果。另有一个指示灯C显示运算器进位标志信号状态。 图中尾巴上带粗短线标记的信号都是控制信号，其中S3、S2、S1、S0、M、Cn#、LDDR1、LDDR2、ALU_BUS#、SW_BUS#、LDRi、RS1、RS0、RD1、RD0、WR1、WR0都是电位信号，在本次实验中用拨动开关K0—K15来模拟；T2、T3为时序脉冲信号，印制板上已连接到实验台的时序电路。实验中进行单拍操作，每次只产生一组T1、T2、T3、T4时序脉冲，需将实验台上的DP、DB开关进行正确设置。将DP开关置1，DB开关置0，每按一次QD按钮，则顺序产生T1、T2、T3、T4一组单脉冲。 三、实验设备 1.TEC-5计算机组成实验系统1台 2.逻辑测试笔一支（在TEC-5实验台上） 3.双踪示波器一台（公用） 4.万用表一只（公用） 四、实验任务 1.按图3.1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 内部的连线已由印制板连好，故接线任务仅仅是完成数据开关、控制信号模拟开 关、与运算器模块的外部连线。注意：为了建立清楚的整机概念，培养严谨的科 研能力，手工连线是绝对必要的。 2.用开关SW7—SW0向通用寄存器堆RF内的R0—R3寄存器置数。然后读出R0—R3 的内容，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。 令DR1=55H，DR2=0AAH，Cn#=1。在M=0和M=1两种情况下，令S3—S0的值从0000B变到1111B，列表表示出实验结果。实验结果包含进位C，进位C由指示灯显示。 注意：进位C是运算器ALU最高位进位Cn+4#的反，即有进位为1，无进位为0。 五、实验要求 1.做好实验预习，掌握运算器的数据传输通路及其功能特性，并熟悉本实验中所用 的模拟开关的作用和使用方法。 2.写出实验报告，内容是： (1)实验目的。 (2)按实验任务3的要求，列表表示出实验结果。 (3)按实验任务4的要求，在表中填写各控制信号模拟开关值，以及运算结果值。 六、实验步骤和实验结果 （1）实验任务2 的实验步骤和结果如下：（假定令R0=34H，R1=21H，R2=52H，R3=65H）1．置DP=1，DB=0，编程开关拨到正常位置。
成绩：计算机原理实验室实验报告 课程：计算机组成原理 姓名：姜香玉 专业：网络工程 学号：132055215 日期：2015年12月 太原工业学院 计算机工程系
实验一：运算器实验 实验环境PC机＋Win 2003＋emu8086＋proteus仿真器实验日期2015年.10 一．实验内容 1.熟悉proteus仿真系统 2.设计并验证4位算数逻辑单元的功能 3.实现输入输出锁存 4.实现8位算数逻辑单元 二．理论分析或算法分析 实验原理： 算术逻辑运算单元的核心是由74LS181 构成，它可以进行二进制数的算术逻辑运算，74LS181 的各种工作方式可通过设置其控制信号来实现。当正确设置74LS181的各个控制信号，74LS181 会运算数据锁存器内的数据。由于数据锁存器已经把数据锁存，只要74LS181的控制信号不变，那么74LS181 的输出数据也不会发生改变。输出缓冲器采用74LS245，当控制信号为低电平时，74LS245导通，把74LS181 的运算结果输出到数据总线，高电平时，74LS245 的输出为高阻。 实验中所用的运算器数据通路如图所示。 其中运算器由两片74LS181以并/串形式构成8位字长的ALU。 运算器的输出经过一个三态门(74LS245)以8芯扁平线方式和数据总线相连，运算器的2个数据输入端分别由二个锁存器(74LS273)锁存，锁存器的输入亦以8芯扁平线方式与数据总线相连，数据开关(INPUT DEVICE)用来给出参与运算的数据，经一三态门(74LS245)以8芯扁平线方式和数据总线相连，数据显示灯(BUS UNIT)已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。
计算机组成原理 实验报告 学院（系）：软件学院 专业：软件设计 班级：软件设计一班 学号：1415925365 姓名：沈烨 2016年11月24日
实验1 Cache模拟器的实现 一.实验目的 (1)加深对Cache的基本概念、基本组织结构以及基本工作原理的理解。 (2)掌握Cache容量、相联度、块大小对Cache性能的影响。 (3)掌握降低Cache不命中率的各种方法以及这些方法对提高Cache性能的好处。 (4)理解LRU与随机法的基本思想以及它们对Cache性能的影响。 二、实验内容和步骤 1、启动CacheSim。 2、根据课本上的相关知识，进一步熟悉Cache的概念和工作机制。 3、依次输入以下参数：Cache容量、块容量、映射方式、替换策略和写策略。 4、读取cache-traces.zip中的trace文件。 5、运行程序，观察cache的访问次数、读/写次数、平均命中率、读/写命中率。思考：1、Cache的命中率与其容量大小有何关系？ Cache 的容量与块长是影响cache效率的重要因素； Cache 容量越大，其CPU命中率就越高，当然容量过大，增加成本，而且cache 容量达到一定值时，命中率已不因容量的增加而又明显的提高； 2、Cache块大小对不命中率有何影响？ Cache 当块由小到大，在已被访问字的附近，近期也可能访问，增大块长，可将更多有用字存入缓存，提高命中率；但是继续增大块长，命中率可能下降，因为所装入缓存的有用数据反而少于被替换掉的有用数据，由于块长增大，块数减少，装入新的块要覆盖旧块，很可能出现少数块刚装入就被覆盖，故命中率可能下降； 3、替换算法和相联度大小对不命中率有何影响？ 替换算法中:LRU算法的平均命中率比FIFO的高 LRU算法比较好地利用访存局部性原理，替换出近期用得最少的字块，它需要随时记录cache 各个字块使用情况。FIFO不需要记录各个字块的使用情况，比较容易实现开销小，但是没有根据访存的局部性原理，最早调入的信息可能以后还要用到，或经常用到例如循环程序； Cache 容量一定时，随着相联度的不断增加，不命中率渐渐减小，但是当相连度增加到一定程度时，不命中率保持不变；