組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告東北大學(xué)秦皇島分校

1、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué) 號(hào)：2143521姓 名：王勁翔提交日期：2017-1-3成 績：東北大學(xué)秦皇島分校計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院1組 成 原 理 語 言 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告Computer Organization Lab Reports_班級(jí)： _2143521_ 姓名：_ 王勁翔 _ 學(xué)號(hào)：_2143521_ 實(shí)驗(yàn)日期：_2016.10.22_ 學(xué)院： _計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院_ 專業(yè)：_計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) _實(shí)驗(yàn)順序：_1_ 原創(chuàng)：_是_ 實(shí)驗(yàn)名稱：_十六位機(jī)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)_實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)：_ 考評(píng)日期:_ 指導(dǎo)教師： 張旭 _1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?完成算術(shù)、邏輯、移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)，熟悉ALU運(yùn)算控制位的

2、運(yùn)用。_2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境 十六位體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成原理試驗(yàn)箱_3 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)中所用的運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路如圖2-4-1所示。ALU運(yùn)算器由CPLD描述。運(yùn)算器的輸出經(jīng)過2片74LS245三態(tài)門與數(shù)據(jù)總線相連，2個(gè)運(yùn)算寄存器AX、BX的數(shù)據(jù)輸入端分別由4個(gè)74LS574鎖存器鎖存，鎖存器的輸入端與數(shù)據(jù)總線相連，準(zhǔn)雙向I/O輸入輸出端口用來給出參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)，經(jīng)2片74LS245三態(tài)門與數(shù)據(jù)總線相連。圖2-4-1運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路圖中AX、BX的寫控制由O2O0編碼定義，通過按【單拍】鈕完成運(yùn)算源的數(shù)據(jù)打入。_4 實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果分析驗(yàn)證表2.4.2 ALU運(yùn)算器編碼表所列的運(yùn)算功能。在給定AX=6655h、B

3、X=AA77h的情況下，改變運(yùn)算器的功能設(shè)置，觀察運(yùn)算器的輸出，填入下頁表格中，并和理論分析進(jìn)行比較、驗(yàn)證。表2.4.2ALU運(yùn)算器真值表運(yùn)算控制運(yùn)算表達(dá)式K15K13K12K11AXBX運(yùn)算結(jié)果MS2S1S0帶進(jìn)位算術(shù)加A+B+C00006655AA77FUN=( 10CC )帶借位算術(shù)減A-B-C00016655AA77FUN=( BBDE )帶進(jìn)位左移RLC A00106655AA77FUN=( CCAA )帶進(jìn)位右移RRC A00116655AA77FUN=( B32A )算術(shù)加A+B01006655AA77FUN=( 10CC )算術(shù)減A-B01016655AA77FUN=( BBD

4、E )左移RL A01106655AA77FUN=( CCAA )右移RR A01116655AA77FUN=( B32A )取BX值B10006655AA77FUN=( AA77 )AX取反NOT A10016655AA77FUN=( 99AA )AX減1A-110106655AA77FUN=( 6654 )清零010116655AA77FUN=( 0 )邏輯或A OR B11006655AA77FUN=( EE77 )邏輯與A AND B11016655AA77FUN=( 2255 )AX加1A+111106655AA77FUN=( 6656 )取AX值A(chǔ)11116655AA77FUN=(

5、 6655)_5 實(shí)驗(yàn)心得疑問建議 具體了解了計(jì)算機(jī)計(jì)算的具體過程計(jì) 算 機(jī) 組 成 與 結(jié) 構(gòu) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告Computer Organization And Architecture Lab Reports_班級(jí)： _21435_ 姓名：_王勁翔_ 學(xué)號(hào)：_2143521_ 實(shí)驗(yàn)日期：_2016.10.26_學(xué)院： _計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院_ 專業(yè)：_計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)_實(shí)驗(yàn)順序：_2_ 原創(chuàng)：_是_ 實(shí)驗(yàn)名稱：_總線實(shí)驗(yàn)_ 實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)：_ 考評(píng)日期:_ 指導(dǎo)教師： 張旭 4 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉和了解地址總線的組成結(jié)構(gòu)、地址來源及集合原理；掌握程序段與數(shù)據(jù)段的尋址規(guī)則及地址部件的運(yùn)用

6、技巧。2. 熟悉和了解總線的數(shù)據(jù)通路、雙向互遞原理及尋址方式與運(yùn)用規(guī)則；掌握十六位數(shù)據(jù)總線中“字”與“字節(jié)”操作方法及源與目的奇偶效應(yīng)。_5 實(shí)驗(yàn)環(huán)境Dais-CMX16+_6 實(shí)驗(yàn)原理1.地址總線的作用是傳遞地址信息，輸出當(dāng)前數(shù)據(jù)總線上發(fā)送信息的源地址或接收信息的目的地址。如下圖所示本系統(tǒng)設(shè)有PC與AR兩條地址總線，通過PC計(jì)數(shù)器提供主存（程序存儲(chǔ)器）地址，并由地址寄存器AR傳遞主存（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）地址。另外堆棧寄存器SP亦可視為地址寄存器，它的堆頂指向數(shù)據(jù)與程序指針存取地址。圖2-4-6地址總線組成通路11位程序地址如圖2-3-6所示，本系統(tǒng)從提高信息存取效率的角度設(shè)計(jì)主內(nèi)存地址通路，按現(xiàn)代

7、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中最為典型的分段存取理念合成主存及外設(shè)地址總線addr，在指令操作“時(shí)段”（取操作碼與取操作數(shù)），以當(dāng)前程序指針PC為址，遇主存數(shù)據(jù)傳遞“時(shí)段”以當(dāng)前數(shù)據(jù)指針AR為址。addr地址的合成通路見圖2-3-6。其尋址范圍為07FFh。16位數(shù)據(jù)地址如圖2-3-6所示，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)指針由地址鎖存器AR直接提供，當(dāng)LDAR=0時(shí)，在DRCK下降沿把數(shù)據(jù)總線打入AR。其尋址范圍為0FFFFh，可達(dá)64KB。2.系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線作為計(jì)算機(jī)傳遞信息的通道是連接各個(gè)功能部件的紐帶，在計(jì)算機(jī)中起著至關(guān)重要的作用。模型機(jī)的工作過程就是計(jì)算機(jī)各個(gè)功能部件之間的信息，通過數(shù)據(jù)總線不斷有序流動(dòng)的過程。 圖2-4

8、-8 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖字與字節(jié)體系本系統(tǒng)總線寬度為十六位，設(shè)有字長控位“W”，當(dāng)W=0，由源尋址的奇偶性決定當(dāng)前總線寬度，遇源址為偶時(shí)其字長寬度為十六位；當(dāng)源址為奇或W=1時(shí)，字長寬度為八位，形成圖2-4-9所示的奇（八位）與偶（八位）互通的字節(jié)總線。圖2-4-9 奇偶互通字節(jié)總線體系結(jié)構(gòu)圖源奇偶的運(yùn)用圖2-4-9所示，我們按原理計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范，以字節(jié)為基準(zhǔn)把十六位數(shù)據(jù)總線劃分奇與偶倆路八位總線，其中“D15D8”稱為“奇總線”，“D7D0”稱為“偶總線”；在字節(jié)傳遞中由于總線的互通，形成“奇送偶”或“偶送奇”的八位字節(jié)總線，其使能端定義為低電平選通，邏輯表達(dá)式為： G（偶字節(jié)）= !W（字長

9、）# XP（源奇偶） G（奇字節(jié)）= !XP（源奇偶）從上倆式可知，圖2-4-9所示的奇偶總線由字長“W”和源奇偶“XP”動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)以下三狀態(tài)：在W=0時(shí)遇XP=0，由于G（偶字節(jié)）與G（奇字節(jié)）處隔離態(tài)“1”，形成“D15D0”十六位字總線源。在W=1時(shí)遇XP=0，由于G（偶字節(jié)）為“0”，G（奇字節(jié)）“1”，形成“偶送奇的八位字節(jié)總線源。遇XP=1時(shí)，由于G（奇字節(jié)）為“0”，G（偶字節(jié)）為“1”，無條件形成“奇送偶”的八位字節(jié)總線源。目的奇偶的運(yùn)用在目的尋址中亦由字長控位“W”與目的地址的奇偶性動(dòng)態(tài)定義當(dāng)前目的字長。在W=0又遇目的址為偶時(shí)，其目的傳遞為字操作，否則均為字節(jié)傳遞，其邏輯表達(dá)

10、式為： !O（偶字節(jié)）= !OP（目的奇偶） !O（奇字節(jié)）= !W（字長）# OP（目的奇偶）上述倆式表明，由字長“W”和目的址奇偶“OP”動(dòng)態(tài)產(chǎn)生以下三種目的尋址操作在W=0時(shí)遇XP=0，由于O（偶字節(jié)）與O（奇字節(jié)）均為“0”，執(zhí)行以當(dāng)前目的偶址為目標(biāo)的字傳遞。在W=1時(shí)遇XP=0，由于O（偶字節(jié)）=“0”、O（奇字節(jié)）=“1”,執(zhí)行以當(dāng)前目的偶址為目標(biāo)的字節(jié)傳遞。遇OP=1時(shí)，由于O（奇字節(jié)）=“0”、O（偶字節(jié)）=“1”，無條件執(zhí)行以當(dāng)前目的奇址為目標(biāo)的字節(jié)傳遞。數(shù)據(jù)傳遞規(guī)則系統(tǒng)在十六位原理計(jì)算機(jī)的字操作中動(dòng)態(tài)地融入了字節(jié)操作的過程，其源奇偶映射總線寬度，而目的奇偶則制約傳遞長度。系

11、統(tǒng)在十六位原理計(jì)算機(jī)的字節(jié)操作中運(yùn)用總線互聯(lián)機(jī)制，以源址的奇偶性形成“奇遞偶”或“偶遞奇”兩者互通的八位字節(jié)總線。十六位總線傳遞規(guī)則總線規(guī)則功能說明WXPOP000字傳遞（十六位傳遞）100偶送偶（低位送低位）101偶送奇（低位送高位）X10奇送偶（高位送低位）X11奇送奇（高位送高位）說明：上表中“XP”與“OP”僅為原理計(jì)算機(jī)特定的專用寄存器奇偶標(biāo)志，適用于AX、BX、SP及I/O的尋址場合；在存儲(chǔ)器尋址中應(yīng)以地址線“A0”為奇偶；在通用寄存器尋址中應(yīng)從指令格式中所定義的“源與目的”字段動(dòng)態(tài)索取奇偶標(biāo)志。_5 實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果分析（1）1. 程序計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)表2.6.1PC程序計(jì)數(shù)器目標(biāo)編碼目

12、標(biāo)部件定義節(jié)拍功能說明E/MIPT3T3上升沿打入11XPC保持10PC加100PC裝載說明：“”表示上升沿有效圖2-4-7所示的PC框由3片161構(gòu)成按字方式尋址的11位PC計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的輸入端與總線相連構(gòu)成置數(shù)通路，計(jì)數(shù)器的輸出端途經(jīng)三態(tài)門緩沖分離為兩條通路，其一與總線相連構(gòu)成可讀通路，其二與地址寄存器（數(shù)據(jù)）集合構(gòu)成主存EM地址總線。它的清零端由中央外理器單元直控，上電時(shí)PC計(jì)數(shù)器自動(dòng)淸零，實(shí)驗(yàn)中按【復(fù)位】鈕亦可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的手動(dòng)淸零。手控狀態(tài)，本實(shí)驗(yàn)由表2.6.1定義的目的編碼控制PC計(jì)數(shù)器的預(yù)置與加1操作，并以準(zhǔn)雙向I/O部件的S10S0為計(jì)數(shù)器預(yù)置源。當(dāng)IP=0時(shí)按單拍按鈕，遇E/

13、M=0在T3上升沿把S10S0的內(nèi)容裝入PC計(jì)數(shù)器。遇E/M=1在T3上升沿PC計(jì)數(shù)器加1。PC計(jì)數(shù)器的讀出操作由P8頁源編碼表2.2定義。(1) PC程序計(jì)數(shù)器的寫入撥動(dòng)“I/O輸入輸出單元”開關(guān)向程序計(jì)數(shù)器PC置數(shù)。(2) PC程序計(jì)數(shù)器的讀出K23K0置全“1”，滅M23M0指示燈。令K10K7=0000打開PC輸出三態(tài)門，數(shù)據(jù)總線單元顯示PC指針“0100”。(3) PC程序計(jì)數(shù)器裝載與讀出流程置數(shù)I/O=0100h數(shù)據(jù)來源I/O單元程序計(jì)數(shù)器PC=0100hK10K6=10000按【單拍】按鈕K23 K22=00關(guān)閉PC裝載讀PCDBUS=0100K10K6=00000K23 K22

14、=11保持當(dāng)前狀態(tài)，置K22=0，按【單拍】按鈕，在T3上升沿PC加1并送數(shù)據(jù)總線，程序計(jì)數(shù)器和總線單元顯示0101h。繼續(xù)按【單拍】按鈕，觀察PC與總線內(nèi)容的變化。2、地址寄存器實(shí)驗(yàn)圖2-4-7所示的AR框由2片74LS574鎖存器構(gòu)成按字方式尋址的16位數(shù)據(jù)指針，鎖存器的輸入端與總線相連構(gòu)成置數(shù)通路，鎖存器的輸出端途經(jīng)三態(tài)門緩沖分離與PC計(jì)數(shù)器集合組成內(nèi)部存儲(chǔ)器地址總線。它的清零端由中央外理器單元直控,上電時(shí)鎖存器自動(dòng)淸零，實(shí)驗(yàn)中按【返回】鍵亦可實(shí)現(xiàn)鎖存器的手動(dòng)淸零。按設(shè)計(jì)規(guī)范數(shù)據(jù)指針AR的特性定義為字寫入寄存器，運(yùn)用中局限于字寫，字節(jié)寫會(huì)引發(fā)數(shù)據(jù)指針的錯(cuò)誤侵入，因此在數(shù)據(jù)指針AR的操作過

15、程中并非不支持而是不允字節(jié)寫。1）地址寄存器AR打入在手控/在線態(tài)，數(shù)據(jù)指針AR由目的編碼控制位O2O0、OP及單拍按鈕的組合控制實(shí)現(xiàn)AR地址的置數(shù)操作。本實(shí)驗(yàn)以總線上準(zhǔn)雙向I/O部件的S15S0為置數(shù)源。當(dāng)O2O0=110、OP=0時(shí)按單拍鈕，在脈沖下降沿把S15S0的內(nèi)容裝入地址鎖存器AR。操作步驟如下：置數(shù)I/O=1234h數(shù)據(jù)來源I/O單元AR顯示1234K10K6=10000按【單拍】按鈕置數(shù)I/O=5678hAR顯示5678按【單拍】按鈕K19K16=11003、堆棧寄存器實(shí)驗(yàn)圖2-4-7所示的SP框由2片74LS574鎖存器構(gòu)成16位堆棧指針，鎖存器的輸入端與總線相連構(gòu)成存數(shù)通路

16、，鎖存器的輸出端途經(jīng)三態(tài)門隔離與總線相連構(gòu)成取數(shù)通路。它按先進(jìn)后出的原則存放需要保留的數(shù)據(jù)信息與地址信息，在調(diào)用中斷等突發(fā)事件處理中SP指針以間址方式把當(dāng)前程序指針存入SP-2單元，遇返回指令SP又把棧項(xiàng)所指單元的內(nèi)容裝入程序計(jì)數(shù)器，然后SP+2退至原始位置。在手控/在線態(tài)，堆棧指針SP由O2O0 OP及單拍按鈕五信號(hào)組合控制棧指針的置數(shù)操作。本實(shí)驗(yàn)以總線上準(zhǔn)雙向I/O部件的S15S0為置數(shù)源。堆棧指針SP的讀出操作由P8頁表2.2所列的源編碼表定義。1）堆棧指針SP打入通過“I/O單元”S15S0開關(guān)向SP指針置數(shù)。2）堆棧指針SP讀出關(guān)閉SP寫使能，按下流程完成SP讀操作。3）棧指針打入與

17、讀出流程置棧指針I(yè)/O=0060h數(shù)據(jù)來源I/O單元寫棧指針SP=0060K10K6=10000按【單拍】按鈕關(guān)閉SP寫SP送總線DBUS=0060K10K6=10100K19K16=0110K19K16=11110（2）1. 十六位數(shù)據(jù)傳送（字傳遞）設(shè)置數(shù)據(jù)來源為I/O單元（X2 X1 X0=100），總線規(guī)則設(shè)為字傳遞（W XP OP=000），數(shù)據(jù)目標(biāo)為AX（o2 o1 o0=100），撥動(dòng)“I/O輸入輸出單元”十六位數(shù)據(jù)開關(guān)，按【單拍】按鈕，將I/O單元內(nèi)容通過數(shù)據(jù)總線傳遞到AX寄存器，操作步驟如下：置數(shù)I/O=1234h數(shù)據(jù)來源I/O單元打數(shù)據(jù)AX=1234hK10K6=10000按

18、【單拍】按鈕K19K16=10002. 低位到低位（偶送偶）設(shè)置數(shù)據(jù)來源為I/O單元（X2 X1 X0=100），總線規(guī)則設(shè)為偶送偶（W XP OP=100），數(shù)據(jù)目標(biāo)為AX（o2 o1 o0=100），撥動(dòng)“I/O輸入輸出單元”十六位數(shù)據(jù)開關(guān)，按【單拍】按鈕，將I/O單元內(nèi)容通過數(shù)據(jù)總線傳遞到AX寄存器，操作步驟如下：置數(shù)I/O=XX55h數(shù)據(jù)來源I/O單元打數(shù)據(jù)AX=XX55hK10K6=10001按【單拍】按鈕K19K16=10003. 低位到高位（偶送奇）設(shè)置數(shù)據(jù)來源為I/O單元（X2 X1 X0=100），總線規(guī)則設(shè)為偶送奇（W XP OP=101），數(shù)據(jù)目標(biāo)為AX（o2 o1 o0

19、=100），撥動(dòng)“I/O輸入輸出單元”十六位數(shù)據(jù)開關(guān)，按【單拍】按鈕，將I/O單元內(nèi)容通過數(shù)據(jù)總線傳遞到AX寄存器，操作步驟如下：置數(shù)I/O=XXAAh數(shù)據(jù)來源I/O單元打數(shù)據(jù)AX=AAXXhK10K6=10001按【單拍】按鈕K19K16=10014. 高位到低位（奇送偶）設(shè)置數(shù)據(jù)來源為I/O單元（X2 X1 X0=100），總線規(guī)則設(shè)為奇送偶（W XP OP=X10），數(shù)據(jù)目標(biāo)為AX（o2 o1 o0=100），撥動(dòng)“I/O輸入輸出單元”十六位數(shù)據(jù)開關(guān)，按【單拍】按鈕，將I/O單元內(nèi)容通過數(shù)據(jù)總線傳遞到AX寄存器，操作步驟如下：置數(shù)I/O=66XXh數(shù)據(jù)來源I/O單元打數(shù)據(jù)AX=XX66h

20、K10K6=1001X按【單拍】按鈕K19K16=10005. 高位到高位（奇送奇）設(shè)置數(shù)據(jù)來源為I/O單元（X2 X1 X0=100），總線規(guī)則設(shè)為奇送奇（W XP OP=X11），數(shù)據(jù)目標(biāo)為AX（o2 o1 o0=100），撥動(dòng)“I/O輸入輸出單元”十六位數(shù)據(jù)開關(guān)，按【單拍】按鈕，將I/O單元內(nèi)容通過數(shù)據(jù)總線傳遞到AX寄存器，操作步驟如下：置數(shù)I/O=77XXh數(shù)據(jù)來源I/O單元打數(shù)據(jù)AX=77XXhK10K6=1001X按【單拍】按鈕K19K16=10011、描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象部分。（1）PC置數(shù)過程：在手控，在線狀態(tài)下，根據(jù)PC程序計(jì)數(shù)器目標(biāo)編碼對(duì)目標(biāo)部件定義設(shè)置E/M和IP的值，把 I/O

21、置數(shù)。當(dāng)E/M為1，并且IP為1時(shí)，T3上升沿打入后PC中的數(shù)據(jù)保持；當(dāng)E/M為1，IP為0時(shí)，按單拍按鈕，在T3上升沿使得PC數(shù)據(jù)進(jìn)行加1操作；E/M為0，IP為0時(shí)，按單拍按鈕，在T3上升沿使得PC數(shù)據(jù)從S10-S0預(yù)置源加載進(jìn)來。AR置數(shù)過程：以總線I/O部件的S15S0為置數(shù)源。當(dāng)O2O1O0 =110，OP=0時(shí)按單拍按鈕，把S15S0的內(nèi)容裝入地址鎖存器AR。（2）PC是12位。（3）IR散轉(zhuǎn)過程描述。向AX寄存器存入了1234H，先置W,XP,OP=000,循環(huán)左移的結(jié)果本來為2468H。把W從0置為1，AX=1268H；把XP從0置為1，AX=2434H；把OP從0置為1，AX

22、=1234H。得到結(jié)論是W置1后只對(duì)低八位進(jìn)行了循環(huán)左移，XP置1后只對(duì)高八位進(jìn)行了循環(huán)左移，OP置1后結(jié)果不變，即對(duì)移位沒有操作影響。2、自己畫一個(gè)本系統(tǒng)總線圖。按照自己的理解來即可。把一、二次實(shí)驗(yàn)用到的模塊加到總線圖里面。I/ODBUSPCARADDK23K0FUNALUAX BX6 實(shí)驗(yàn)心得疑問建議通過上面的操作，熟悉了各個(gè)運(yùn)算操作的過程計(jì) 算 機(jī) 組 成 與 結(jié) 構(gòu) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告Computer Organization Lab Reports_班級(jí)： _21435_ 姓名：_王勁翔_ 學(xué)號(hào)：_2143521_ 實(shí)驗(yàn)日期：_2016.10.26_學(xué)院： _計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)

23、院_ 專業(yè)：_計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)_實(shí)驗(yàn)順序：_3_ 原創(chuàng)：_是_ 實(shí)驗(yàn)名稱：_存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)_ 實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)：_ 考評(píng)日期:_ 指導(dǎo)教師： 張旭 7 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉和了解存儲(chǔ)器組織與總線組成的數(shù)據(jù)通路。2.熟悉通用寄存器的數(shù)據(jù)通路。3.掌握通用寄存器的構(gòu)成和運(yùn)用。_8 實(shí)驗(yàn)環(huán)境Dais-CMX16+ 達(dá)愛思教儀_9 實(shí)驗(yàn)原理 1.存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)部件，用于存放程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)信息存儲(chǔ)的核心，是計(jì)算機(jī)必不可少的部件之一，計(jì)算機(jī)就是按存放在存儲(chǔ)器中的程序自動(dòng)有序不間斷地進(jìn)行工作。本系統(tǒng)從提高存儲(chǔ)器存儲(chǔ)信息效率的角度設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通路，按現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中最為典型的分段存儲(chǔ)理念把存儲(chǔ)器組織劃分為程序段、數(shù)

24、據(jù)段等，由此派生了數(shù)據(jù)總線（DBus）、指令總線（IBus）、微總線（Bus）等與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范相吻合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)所用的存儲(chǔ)器電路原理如圖2-4-10所示，該存儲(chǔ)器組織由二片6116構(gòu)成具有奇偶概念的十六位信息存儲(chǔ)體系，該存儲(chǔ)體系A(chǔ)ddBus由IP指針和AR指針分時(shí)提供，E/M控位為“1”時(shí)選通IP，反之選通AR。該存儲(chǔ)體系可隨機(jī)定義總線寬度，動(dòng)態(tài)變更總線結(jié)構(gòu)，把我們的教學(xué)實(shí)驗(yàn)提高到能與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范相匹配與接軌的層面。2.實(shí)驗(yàn)中所用的通用寄存器數(shù)據(jù)通路如下圖所示。由四片8位字長的74LS574組成CX（R1 R0）、DX（R3 R2）通用寄存器組。圖中X2 X1 X0定義輸出選通

25、使能，RS1為通用寄存器源編碼，由指令寄存器IR1定義，XP為源奇偶控制位。O2 O1 O0為目的寄存器選擇，Rd1為通用寄存器目的編碼，由指令寄存器IR1定義，OP為目的奇偶控制位。T4信號(hào)為寄存器組寫脈沖，上升沿有效。準(zhǔn)雙向I/O端口用于置數(shù)操作，經(jīng)2片74LS245三態(tài)門與數(shù)據(jù)總線相連。_6 實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果分析程序段與數(shù)據(jù)段源尋址程序段與數(shù)據(jù)段目的尋址源使能源編址注釋目的編址注釋X2X1X0E/MWA0MWRE/MWA0011100程序段字讀0100程序段字寫10程序段偶讀10程序段偶寫X1程序段奇讀X1程序段奇寫000數(shù)據(jù)段字讀000數(shù)據(jù)段字寫10數(shù)據(jù)段偶讀10數(shù)據(jù)段偶寫X1數(shù)據(jù)段奇讀

26、X1數(shù)據(jù)段奇寫注：在【單拍】按鈕下降沿寫入1.數(shù)據(jù)段讀寫操作1) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器字寫W XP OP置數(shù)000 => X2 X1 X0置數(shù)100 => O2 O1 O0 OP置數(shù)1100=> 按 【單拍】按鈕=> O2 O1 O0 OP置數(shù) 1111=> E/M MWR置數(shù) 00 =>MWR置數(shù) 12)數(shù)據(jù)段讀操作（字）W XP OP置數(shù)000 => X2 X1 X0置數(shù)100 => O2 O1 O0 OP置數(shù)1100 => 按 【單拍】按鈕=> O2 O1 O0 OP置數(shù)1111=> X2 X1 X0置數(shù)011=> W XP

27、OP置數(shù)000 =>E/M 置數(shù) 02.存儲(chǔ)器程序段讀寫操作1) 程序段字節(jié)寫操作W XP OP置數(shù)000 => X2 X1 X0置數(shù)100 => E/M IP 置數(shù) 00 => 按 【單拍】按鈕 => E/M IP MWR W置數(shù) 1101 => 按【單拍】按鈕2) 程序段字節(jié)讀操作W XP OP置數(shù)000 => X2 X1 X0置數(shù)100 => E/M IP 置數(shù) 00 => X2 X1 X0置數(shù)011=> W XP OP置數(shù)000 => E/M IP 置數(shù) 11 目標(biāo)使能通用寄存器目標(biāo)編址功能說明K19K17IRK16K6

28、T4o2o0IR1OPW000000CX字寫001CL偶字節(jié)寫(R0)01XCH奇字節(jié)寫(R1)100DX字寫101DL偶字節(jié)寫(R2)11XDH奇字節(jié)寫(R2)3.寄存器組寫操作1) 寄存器組的字寫入W XP OP置數(shù)000 => X2 X1 X0置數(shù)100 => 按【單拍】按鈕 =>IR MWR W 置數(shù)110=> O2 O1 O0 OP置數(shù) 0000=>按【單拍】按鈕W XP OP置數(shù)010 =>X2 X1 X0置數(shù)100 => IR MWR W 置數(shù)000 => 按【單拍】按鈕 =>IR MWR W 置數(shù)110=> O2 O1

29、 O0 OP置數(shù) 0000=>按【單拍】按鈕2) 寄存器組的字節(jié)寫入W XP OP置數(shù)010 => X2 X1 X0置數(shù)100 =>IR MWR W 置數(shù)000 => 按【單拍】按鈕 =>IR MWR W 置數(shù)111=> O2 O1 O0 OP置數(shù) 0000=>按【單拍】按鈕IR MWR W 置數(shù)111 => O2 O1 O0 OP置數(shù) 0001=>按【單拍】按鈕=> O2 O1 O0 置數(shù) 1114.畫出存儲(chǔ)器讀寫時(shí)序圖，同時(shí)描述實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟：1. PC寫操作 置PC地址為0000A. X2.X1.X0=100，I/O置數(shù).如：

30、0000B. WP.XP=00，I/O數(shù)據(jù)傳送至DBUSC. E/M.IP=00，按單拍按鈕，PC地址為0000 將偶字節(jié)數(shù)0011寫入地址單元0000A. X2.X1.X0=100，I/O置數(shù).如：0011B. WP.XP=00，I/O數(shù)據(jù)傳送至DBUSC. E/M.IP=11，使PC地址穩(wěn)定，按單拍按鈕，PC地址寫入數(shù)據(jù)00112. PC讀操作 設(shè)置要讀的PC地址A. X2.X1.X0=100，I/O置數(shù)：0000B. WP.XP=00，I/O數(shù)據(jù)傳送至DBUSC. E/M.IP=00，按單拍按鈕，PC地址置為0000 從PC地址0000中讀取數(shù)據(jù)A. X2.X1.X0=011，表示操作指

31、令MRDB. WP.XP=10，程序段偶讀C. E/M.IP=11，關(guān)閉寫使能，按單拍按鈕，從0000中讀取數(shù)據(jù)00111.AR寫操作 置AR地址為0000 A. X2.X1.X0=100，I/O置數(shù).如：0000 B. WP.XP=00，I/O數(shù)據(jù)傳送至DBUS C.O2O1O0OP=1100，AR為目的源碼，按單拍按鈕，AR地址為0000 將偶字節(jié)數(shù)0011寫入地址單元0000A. X2.X1.X0=100，I/O置數(shù).如：0011B .WP.XP=00，I/O數(shù)據(jù)傳送至DBUSC. O2.O1.O0.OP=1111，關(guān)閉寫選通，按單拍按鈕，AR地址寫入數(shù)據(jù)00112.AR讀操作 設(shè)置要讀

32、的AR地址A. X2.X1.X0=100，I/O置數(shù)：0000B. WP.XP=00，I/O數(shù)據(jù)傳送至DBUSC. O2O1O0OP=1100，AR為目的源碼，按單拍按鈕，AR地址置為0000 從AR地址0000中讀取數(shù)據(jù)A. X2.X1.X0=011，表示操作指令MRDB. WP.XP=10，程序段偶讀C. O2O1O0OP=1111，關(guān)閉寫使能，E/M.MWR=01，按單拍按鈕，從0000中讀取數(shù)據(jù)00112.畫出怎么同時(shí)實(shí)現(xiàn)的位擴(kuò)展和存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展_7 實(shí)驗(yàn)心得疑問建議1.熟悉和了解存儲(chǔ)器組織與總線組成的數(shù)據(jù)通路。2.熟悉通用寄存器的數(shù)據(jù)通路。3.掌握通用寄存器的構(gòu)成和運(yùn)用。計(jì) 算 機(jī)

33、組 成 原 理 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告Computer Organization Lab Reports_班級(jí)： _21435_ 姓名：_王勁翔_ 學(xué)號(hào)：_2143521_ 實(shí)驗(yàn)日期：_2016.11.25_學(xué)院： _計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院_ 專業(yè)：_計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)_實(shí)驗(yàn)順序：_四_ 原創(chuàng)：_是_ 實(shí)驗(yàn)名稱：_ _寄存器實(shí)驗(yàn) _ 實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)：_ 考評(píng)日期:_ 指導(dǎo)教師： 張旭 _一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉通用寄存器的數(shù)據(jù)通路。2. 掌握通用寄存器的構(gòu)成和運(yùn)用。3. 熟悉和了解指令總線的數(shù)據(jù)通路與構(gòu)成途徑。4. 掌握指令部件的“取指”規(guī)則及地址段運(yùn)用技巧。_二、實(shí)驗(yàn)環(huán)境Dais-CMX16+（手動(dòng)/

34、搭接）_三、實(shí)驗(yàn)原理4.1通用寄存器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中所用的通用寄存器數(shù)據(jù)通路如下圖所示。由四片8位字長的74LS574組成CX（R1 R0）、DX（R3 R2）通用寄存器組。圖中X2 X1 X0定義輸出選通使能，SI、XP控制位為源選通選擇。RXW為寄存器數(shù)據(jù)寫入使能，OP、DI為目的寄存器選擇。DRCK信號(hào)為寄存器寫脈沖，下降沿有效。準(zhǔn)雙向I/O輸入輸出端口用于置數(shù)操作，經(jīng)2片74LS245三態(tài)門與數(shù)據(jù)總線相連。圖2-3-3通用寄存器數(shù)據(jù)通路4.3指令總線運(yùn)用實(shí)驗(yàn) 手動(dòng)在線指令總線（IBUS）作為傳遞指令信息的通道是連接指令部件的鈕帶，如圖2-4-11所示，在取指操中指令信息由主存流向指令寄存器I

35、R和指令譯碼器ID，若取操作數(shù)亦可經(jīng)三態(tài)門流向數(shù)據(jù)總線，指令總線（IBUS）也是主存及IR與數(shù)據(jù)總線之間的互遞通路，在主存讀寫周期與數(shù)據(jù)總線雙向交換信息，在通用寄存器或內(nèi)存尋址操作中透過數(shù)據(jù)總線單向傳遞地址信息。_4 實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果分析4.1通用寄存器實(shí)驗(yàn)1、CL的寫入置X2X1X0為100,確定為IOREAD。WXPOP為101，為偶送奇。IO置數(shù)為0000h。IR置0，MWR置0，將0000h寫入寄存器IR。將IO置數(shù)0022h，IR、MWR置為1O2O1O0置數(shù)為000，OP置為1，將22寫入寄存器CL。2、DL的寫入置X2X1X0為100,確定為IOREADWXPOP為100，為偶送偶

36、。IO置數(shù)為0002h。IR置0，MWR置0，將0000h寫入寄存器IR。將IO置數(shù)0044h，IR、MWR置為1O2O1O0置數(shù)為000，OP置為1，將22寫入寄存器DL。3、CL讀置X2X1X0為100,確定為IOREAD，WXPOP為101，為偶送奇。IO置數(shù)為0000h。IR置0，MWR置0，將0000h寫入寄存器IR。IR、MWR置為1，禁止CL寫入，X2X1X0置數(shù)為001WXP置為10，將寄存器CL中值讀入總線。4、DL讀置X2X1X0為100,確定為IOREAD，WXPOP為000，為字傳遞。IO置數(shù)為0002h。IR置0，MWR置0，將0002h寫入寄存器IR。IR、MWR置

37、為1，禁止DL寫入，X2X1X0置數(shù)為001WXP置為10，將寄存器DL中值讀入總線。5、堆棧指針SP的字節(jié)讀寫置X2X1X0為100,確定為IOREAD，WXPOP為100，為偶送偶。IO置數(shù)為0007h。O2O1O0置為011，將0007h寫入寄存器SP。將O2O1O0置為111， O2O1O0置數(shù)為000X2X1X0置為101，WXP置為10，將SP的值送總線。6、指令寄存器IR字打入置X2X1X0為100，確定為IOREAD。WXPOP置為000，確定字傳遞。IO置數(shù)abcdh，置MWR,OP,IR為000，將abcd打入IR指令寄存器。 目的通路當(dāng)RXW=0時(shí)，由DI、OP編碼產(chǎn)生目

38、的寄存器地址，詳見下表。表2.3.5通用寄存器“手動(dòng)搭接”目的編碼目標(biāo)使能通用寄存器目的編址功能說明RXWDIOPWDRCK0000CX字寫0001CL(R0)偶字節(jié)寫001XCH(R1)奇字節(jié)寫0100DX字寫0101DL(R2)偶字節(jié)寫011XDH(R2)奇字節(jié)寫 CX、DX寄存器的寫入通過“I/O輸入輸出單元”向CX、DX分別置數(shù)1122h、3344h，操作步驟如下：置數(shù)I/O=1122h數(shù)據(jù)來源I/O單元寄存器CX(1122h)K10K6=10000按【單拍】按鈕置數(shù)I/O=3344h寄存器DX(3344h)按【單拍】按鈕K18K16=000K18K16=010 源通路當(dāng)X2 X1 X

39、0=0 0 1時(shí)，由SI、XP編碼產(chǎn)生源寄存器，詳見下表。表2.3.6通用寄存器“手動(dòng)搭接”源編碼源使能通用寄存器源編址功能說明X2X1X0SIXPW001000CX字讀001CL(R0)偶字節(jié)讀01XCH(R1)奇字節(jié)讀100DX字讀101DL(R2)偶字節(jié)讀11XDH(R2)奇字節(jié)讀 CX、DX寄存器的讀出關(guān)閉CX、DX寫使能，令RXW=1，按下流程分別讀CX、DX。讀CX數(shù)據(jù)來源REG數(shù)據(jù)總線顯示CX值K19 K18=01K10K6=00100讀DXK19=1數(shù)據(jù)總線顯示DX值4.3指令總線運(yùn)用實(shí)驗(yàn) 手動(dòng)在線1、指令寄存器IR字打入撥動(dòng)“I/O輸入輸出單元”開關(guān)向指令寄存器IR置數(shù)，操作

40、步驟如下：置數(shù)I/O=abcdh數(shù)據(jù)來源I/O單元指令寄存器IR=abcdhK10K6=10000按【單拍】按鈕K21 K16 K2=0002、指令寄存器IR偶字節(jié)打入撥動(dòng)“I/O輸入輸出單元”開關(guān)向指令寄存器IR置數(shù)，操作步驟如下：置數(shù)I/O=XX66h數(shù)據(jù)來源I/O單元指令寄存器IR=XX66hK10K6=10001按【單拍】按鈕K21 K16 K2=0003、指令寄存器IR奇字節(jié)打入撥動(dòng)“I/O輸入輸出單元”開關(guān)向指令寄存器IR置數(shù)，操作步驟如下：置數(shù)I/O=XX77h數(shù)據(jù)來源I/O單元指令寄存器IR=77XXhK10K6=10001按【單拍】按鈕K21 K16 K2=0104、指令寄存

41、器IR取指與散轉(zhuǎn)以PC為地址，向程序存儲(chǔ)器EM存放指令碼，通過內(nèi)部指令總線將指令碼打入指令寄存器，實(shí)現(xiàn)指令碼的散轉(zhuǎn)。置數(shù)I/O=0000h數(shù)據(jù)來源I/O單元程序計(jì)數(shù)器PC=0000hK10K6=10000按【單拍】按鈕K23 K22=00置數(shù)I/O=0020h寫指令20PC按【單拍】按鈕K23K21 K6=1101機(jī)器指令寫入成功后，令K23K0為“1”，滅M23M0控位顯示燈。然后令K2=0，點(diǎn)亮M2控位顯示燈，按【單拍】按鈕執(zhí)行取指微操作，把指令碼20h打入ID指令譯碼器，uPC自動(dòng)轉(zhuǎn)入機(jī)器指令“20h”的微入口地址640h，ID按下流程完成取指微操作。按【單拍】按鈕取指K2=0邏輯左移1

42、位(01000000)加基地址600h下續(xù)微地址uPC=640h關(guān)閉控位M23M0燈滅K23K0=全”1”_8 實(shí)驗(yàn)心得疑問建議通過本次試驗(yàn)，我了解到了寄存器的運(yùn)行原理，知道了它的工作方式。所以這種教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，使學(xué)生們更加容易的掌握知識(shí)，更迅速的把知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中。總而言之，這節(jié)實(shí)驗(yàn)課我學(xué)會(huì)了很多，對(duì)知識(shí)掌握更加額牢固了。計(jì) 算 機(jī) 組 成 原 理 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告Computer Organization Lab Reports_班級(jí)： _21435_ 姓名：_王勁翔_ 學(xué)號(hào)：_2143521_ 實(shí)驗(yàn)日期：_2016.11.25_學(xué)院： _計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院_ 專業(yè)：_ _

43、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)_ 實(shí)驗(yàn)順序：_五_ 原創(chuàng)：_是_ 實(shí)驗(yàn)名稱：_ _微控制器實(shí)驗(yàn)_ 實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)：_ 考評(píng)日期:_ 指導(dǎo)教師： 李佳音 _一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉微控制器的控制原理。2、掌握微控制器的實(shí)現(xiàn)方法。_二、 實(shí)驗(yàn)環(huán)境Dais-CMX16 達(dá)愛思教儀_三、 實(shí)驗(yàn)原理微程序控制的實(shí)質(zhì)是用程序設(shè)計(jì)的思想方法耒組織微操作控制邏輯，用規(guī)整的存儲(chǔ)邏輯代替繁雜的組合邏輯。把各條指令的微操作序列以二進(jìn)制編碼字的形式設(shè)計(jì)成微程序，存放在控制存儲(chǔ)器中，通過讀取并執(zhí)行相應(yīng)的微程序?qū)崿F(xiàn)一條指令的功能。這就是微程序控制的基本概念。1. 微程序控制器的組成結(jié)構(gòu)1）控制存儲(chǔ)器CM如圖2-4-14所示的CM框?yàn)槲⒊绦蚩刂?/p>

44、器，由2片6264和1片6116共三片靜態(tài)存儲(chǔ)器平行組成。它們的地址通路由微程序計(jì)數(shù)器PC供給，其尋址范圍為07FF.控制器設(shè)有段微址，2片6264的數(shù)據(jù)端在段微址的指示下分時(shí)輸出下址與微控制信息，并和6116的數(shù)據(jù)端平行組成24個(gè)途經(jīng)三態(tài)門隔離驅(qū)動(dòng)的微控制位（M23M0）。M23M19M7M0M18M8直控字段目的字段運(yùn)算字段源字段下續(xù)微地址字段識(shí)別字段保留段表2.4.8微指令的重疊結(jié)構(gòu)定義2）微程序計(jì)數(shù)器PC圖2-4-14所示的微地址計(jì)數(shù)器框由3片161構(gòu)成按字方式尋址的uPC計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的輸入端通過微總線（ubus）從指令譯碼器ID、微控制器（CM）的下址段捕捉非因變分量，從運(yùn)算標(biāo)志P

45、SW、中斷請(qǐng)求標(biāo)志INQ等標(biāo)志中捕捉因變分量。計(jì)數(shù)器的輸出端組成12位微地址總線，控制微程序存儲(chǔ)器的尋址。其中ua11為段微址，電路構(gòu)造中與2片6264的地址端“A11”相連，它零狀態(tài)輸出微控制信息，“1”狀態(tài)輸出下續(xù)微地址。它的清零端由中央外理器單元直控，上電時(shí)uPC計(jì)數(shù)器自動(dòng)淸零，實(shí)驗(yàn)中按【返回】鍵亦可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的手動(dòng)淸零。操作控制字段地址控制字段譯碼微命令u10 u0 M23M0M2M1M0CMPCARE/M主存IR IDPSWINQ微地址形成電路uPC微程序計(jì)數(shù)器T3T2T1圖2-4-14微程序控制器原理圖2. 微程序的執(zhí)行過程圖2-4-14 所標(biāo)示的字號(hào)表示微程序控制的全部工作過程。1）啟動(dòng)取指微指令或微程序，根據(jù)程序計(jì)數(shù)器PC所提供的指令地址，從EM主存中取出所要執(zhí)行的機(jī)器指令，送入指令寄存器IR、指令譯碼器ID中，并且完成PC+1，指向機(jī)器指令的下址單元。2）根據(jù)ID譯碼器中的指令碼，把微地址形成電路產(chǎn)生的機(jī)器指令起始微地址打入PC。3）從PC所指定的CM控制存儲(chǔ)器單元分時(shí)輸出微操作控制字段與下續(xù)微地址控制字段。4）微指令的操作