1、成績：計算機原理實驗室實驗報告課 程 ：計算機組成原理姓 名 ：姜香玉專 業 ：網絡工程學 號 ：132055215日 期 ：2015 年 12 月太原工業學院計算機工程系計算機原理實驗室實驗報告實驗一：運算器實驗實驗環境PC機 Win 2003 emu8086 proteus仿真器實驗日期2015 年.10一實驗內容1. 熟悉 proteus 仿真系統2. 設計并驗證 4位算數邏輯單元的功能3.實現輸入輸出鎖存4.實現 8位算數邏輯單元二理論分析或算法分析實驗原理：算術邏輯運算單元的核心是由74LS181 構成，它可以進行二進制數的算術邏輯運算，74LS181 的各種工作方式可通過設置其控制

2、信號來實現。當正確設置74LS181 的各個控制信號，74LS181 會運算數據鎖存器內的數據。由于數據鎖存器已經把數據鎖存，只要74LS181 的控制信號不變，那么74LS181 的輸出數據也不會發生改變。輸出緩沖器采用74LS245 ，當控制信號為低電平時，74LS245 導通，把74LS181 的運算結果輸出到數據總線，高電平時，74LS245 的輸出為高阻。實驗中所用的運算器數據通路如圖所示。其中運算器由兩片 74LS181 以并 /串形式構成 8 位字長的 ALU 。運算器的輸出經過一個三態門(74LS245) 以8 芯扁平線方式和數據總線相連， 運算器的 2 個數據輸入端分別由二個

3、鎖存器(74LS273)鎖存，鎖存器的輸入亦以8 芯扁平線方式與數據總線相連，數據開關(INPUTDEVICE) 用來給出參與運算的數據，經一三態門(74LS245) 以 8 芯扁平線方式和數據總線相連，數據顯示燈(BUS UNIT) 已和數據總線相連，用來顯示數據總線內容。1計算機原理實驗室實驗報告三實現方法（含實現思路、程序流程圖、實驗電路圖和源程序列表等）實現電路圖：1. 設計并驗證 4 位算數邏輯單元的功能2. 實現 8 位算數邏輯單元2計算機原理實驗室實驗報告四實驗結果分析 （含執行結果驗證、 輸出顯示信息、 圖形、調試過程中所遇的問題及處理方法等）（一）驗證了基本要求, 實現了 設

4、計并驗證 4位算數邏輯單元、實現輸入輸出鎖存、實現8位算數邏輯單元的功能 .運行結果：圖一3計算機原理實驗室實驗報告圖二：（二）思考問題：單總線，雙總線和三總線結構在設計上的異同答：單總線結構：對這種結構的運算器來說，在同一時間內，只能有一個操作數放在單總線上。為了把兩個操作數輸入到ALU ，需要分兩次來做，而且還需要A ，B 兩個緩沖寄存器。這種結構的主要缺點是操作速度較慢。雖然在這種結構中輸入數據和操作結果需要三次串行的選通操作，但它并不會對每種指令都增加很多執行時間。只有在對全都是 CPU 寄存器中的兩個操作數進行操作時，單總線結構的運算器才會造成一定的時間損失。但是由于它只控制一條總線

5、，故控制電路比較簡單。雙總線結構：在這種結構中，兩個操作數同時加到ALU進行運算，只需一次操作控制，而且馬上就可以得到運算結果。兩條總線各自把其數據送至ALU 的輸入端因而4計算機原理實驗室實驗報告必須在 ALU 輸出端設置緩沖寄存器。為此，操作的控制要分兩步完成：（ 1 ）在 ALU 的兩個輸入端輸入操作數，形成結果并送入緩沖寄存器；（2 ）把結果送入目的寄存器。三總線結構：在三總線結構中，ALU的兩個輸入端分別由兩條總線供給，而ALU的輸出則與第三條總線相連。這樣，算術邏輯操作就可以在一步的控制之內完成。另外，設置了一個總線旁路器。如果一個操作數不需要修改，而直接從總線2 傳送到總線3 ，

6、那么可以通過控制總線旁路器把數據傳出；如需要修改，那么就借助于ALU 。五結論完成了本次實驗要求的設計并驗證4位算數邏輯單元、實現輸入輸出鎖存、實現8位算數邏輯單元的實驗內容。學會了如何使用proteus 仿真系統，掌握了運算器工作原理，熟悉了算術運算的運算過程以及控制這種運算的方法。5計算機原理實驗室實驗報告實驗二：寄存器實驗實驗環境PC機 Win 2003 emu8086 proteus仿真器實驗日期2015.10一實驗內容1.理解 CPU運算器中寄存器的作用2.設計并驗證寄存器組（至少四個寄存器）3.實現更多的寄存器（至少8個）二理論分析或算法分析單元電路：實驗中所用的寄存器數據通路如圖

7、所示。由74LS373 組成寄存器組成。寄存器的輸入接口用一8 芯扁平線連至BUS 總線接口，而寄存器的輸出接口用一8 芯扁平線連至BUS總線接口。經CBA 二進制控制開關譯碼產生數據輸出選通信號，LDR0 、 LDR1 、 LDR2為數據寫入允許信號，由二進制控制開關模擬，均為高電平有效。6計算機原理實驗室實驗報告三實現方法（含實現思路、程序流程圖、實驗電路圖和源程序列表等）實驗電路：1. 設計并驗證寄存器組2. 擴展成四組（由于空間有限，只能實現兩組）7計算機原理實驗室實驗報告四實驗結果分析（含執行結果驗證、輸出顯示信息、圖形、調試過程中所遇的問題及處理方法等）（一）驗證了基本要求, 實現

8、了設計并驗證寄存器組（至少四個寄存器）、實現更多的寄存器（至少 8個）的功能 .運行結果：圖一（二）思考問題：隨著寄存器的增多，電路設計的復雜度是什么比例增大答：在電路設計中，隨著寄存器的增多，電路設計的復雜程度是成倍增大的。8計算機原理實驗室實驗報告五結論完成了本次實驗要求的設計并驗證寄存器組（至少四個寄存器）、實現更多的寄存器（至少8 個）的功能的實驗內容。學會了如何擴展多組寄存器以及寄存器的工作原理.明白了 CPU 運算器中計算器的作用：（ 1）可將寄存器內的數據執行算術及邏輯運算。（ 2）存于寄存器內的地址可用來指向內存的某個位置，即尋址。（ 3）可以用來讀寫數據到電腦的周邊設備。9計

9、算機原理實驗室實驗報告實驗三：輸入輸出實驗實驗環境ISIS 仿真軟件實驗日期2015.11實現方法：實驗（ 1）10計算機原理實驗室實驗報告實驗（ 2）實驗結果分析11計算機原理實驗室實驗報告實驗四：微程序控制器實驗實驗環境PC機 Win7 proteus仿真器實驗日期2015.12一實驗內容基本要求：1. 掌握微程序控制器工作原理2 設計并實現指令的微程序片段二理論分析或算法分析程序查詢方式是最簡單、經濟的I/O 方式，通常接口中至少有兩個寄存器，一個是數據緩沖寄存器，即數據端口，用來存放與方式，通常接口中至少有兩個寄存器，一個是數據緩沖寄存器，即數據端口，用來存放與CPU 進行傳送的數據信

10、息；另一個是供進行傳送的數據信息；另一個是供CPU 查詢的設備狀態寄存器，這個寄存器由多個標志位組成，其中最重要的是 “外設準備就緒” 標志（輸入或輸出設備的準備就緒標志可以不是同一位）。當要的是“外設準備就緒”標志（輸入或輸出設備的準備就緒標志可以不是同一位）。當CPU 得到這位標志后就進行判斷，以決定下一步是繼續循環等待還是進行得到這位標志后就進行判斷，以決定下一步是繼續循環等待還是進行I/O 傳送。三實現方法 （含實現思路、程序流程圖、實驗電路圖和源程序列表等）實驗電路圖12計算機原理實驗室實驗報告將數據送入鎖存器 :CPU從鎖存器中讀取數據：13計算機原理實驗室實驗報告準備讀取下一個數

11、據：四 實驗結果分析（含執行結果驗證、輸出顯示信息、圖形、調試過程中所遇的問題及處理方法等）過程分析：在輸入設備準備好數據時， 發出一個選通信號 KEY-BUS，將數據通過總線接收器 74LS245 送入總線，然后通過總線把數據傳送到鎖存器 74LS373（圖中的U2），同時將 D觸發器 U3:B 的 Q輸出端置為 1（即燈 READ_NEXT亮），表示接口中已經有數據（即準備就緒） 。CPU要從外設輸入數據時，先執行輸入指令讀取狀態字，如 READ_NEXT=1，再執行輸入指令從鎖存器中讀取數據， 同時把 DE_C2D 置為 1，表示可以準備從外設接收下一個數據； 如果 READ_NEXT=

12、0；則踏步等待，直至 READ_NEXT=1為止。五 結論通過本次實驗，我掌握了程序查詢的基本思想以及工作流程。通過仿真電路，雖然實驗中遇到問題，但在老師和同學的幫助下，最終還是實現了程序查詢方式的輸入接口和輸出接口的工作流程仿真，完成了本次實驗。14計算機原理實驗室實驗報告實驗五：微程序設計實驗實驗環境PC機 Win 2003 proteus仿真器實驗日期2015.12一實驗內容1. 了解微程序執行過程2. 設計并實現指令的微程序執行過程3. 分析取指過程與微地址的關系二、理論分析或算法分析1、微程序的設計理論分析或算法分析 微地址顯示燈顯示的是后續微地址，而26 位顯示燈顯示的是當前微單元

13、的二進制控制位。 微控制代碼輸出鎖存器273(0-2) 、 175 及后續微地址輸出鎖存器M7M2(74LS74)。 CK0、 CK1、 CK2、 CK3為微控制器微代碼鎖存輸出控制位。 T2 為后續微地址輸出鎖存控制位，在模型機運行狀態有效。 微控制程序存貯器(6116) 片選端 CS0、CS1、 CS2、 CS3受控于管理CPU(89C52)。 微控制程序存貯器(6116) 讀、寫端OE、 WE均受控于管理CPU(89C52)。 SE5SE0 是指令譯碼的輸入端，通過譯碼器確定相應機器指令的微代碼入口地址。 4 片 245 在 CPU管理下產生裝載微代碼程序所需的四路8 位數據總線及低5

14、位地址線。 管理 CPU(89C52)及大規模可編程邏輯器件MACH128N是系統的指揮與控制中心。15計算機原理實驗室實驗報告這種方式的特點是微程序控制部件中的微地址中的微地址產生線路主要是微地址計數器 MPC ，MPC 的初值由微程序首址形成線路根據指令操作碼編碼形成，在微程序執行過程中該計數器增量計數， 產生下一條微指令地址。 這使得微指令格式中可以不設置 “下地址場”，縮短了微指令長度，也使微程序控制部件結構較簡單。但微程序必須存放在控存若干連續單元中。2）斷定方式微程序控制部件示意圖微指令中設有“下地址場” ，他指出下條微指令的地址，這使一條指令的微程序中的微指令在控存中不一定要連續存放。在微程序執行過程中。微程序控制部件中的微地址形成電路直接接受微指令下地址場信息來產生下條微指令地址，微程序的首址也由此微地址形成線路根據指令操作碼產生三、實現方法 （含實現思路、程序流程圖、實驗電路圖和源程序列表等）將全部微程序微指令格式變址的二進制代碼表16計算機原理實驗室實驗報告四實驗結果分析 （含執行結果驗證、輸出顯示信息、圖形、調試過程中所遇的問題及處理方法等）（一）驗證了基本要求, 實現了設計并實現指令的微程序執行過程、分析取指過程與微地址的關系的功能.五結論完成了