计算机组成原理实验 Page 1 of 11 计算机组成原理实验 实验一运算器进位控制实验 、实验目的 1、验证带进位控制算术运算功能发生器的功能 2、按指定数据完成几种算术运算。 二、实验原理 实验原理图如图1所示。 数据显示灯 74LS74 ALU.B 74LS245 ALU(181) CN CN+4 ALU (181) DR1(273) DR2(73 三态]245 LDD2 数据开关 图1进位控制实验原理图 实验步骤 1、用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数 向DR1存入01010101,向DR2存入10101010。具体操作步骤图2所示 数据开关 三态门 寄存器DR1 (01100101) (01100101) ALU-B-l LDDRIal SW-B-0 LDDR2-0 T4上升沿 寄存器DR2 数据开关 (10100111) (10100111) LDDRI-l LDDR2-0 T4=上升沿 mhtml:file/:Documents\desktopldocslwww.xiaoKudang.com教育科硏\高等教育.2022/0207
计算机组成原理实验 实验一 运算器进位控制实验 一、实验目的 1、验证带进位控制算术运算功能发生器的功能。 2、按指定数据完成几种算术运算。 二、实验原理 实验原理图如图1所示。 三、实验步骤 1、用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数 向DR1存入01010101，向DR2存入10101010。具体操作步骤图2所示。 图1 进位控制实验原理图 图2 计算机组成原理实验 Page 1 of 11 mhtml:file://E:\Documents\Desktop\docs\www.xiaokudang.com\教育科研\高等教育... 2022/02/07
计算机组成原理实验 Page 2 of 11 2、进位标志清零 S3S2S1S0M的状态置为0000,AR状态置为0,按动微动开关K2。进位标志指示灯CY亮 时表示无进位,进位标志为“0”;指示灯CY灭时表示有进位,进位标志为“1 3、验证带进位运算及进位锁存功能时,使Cn=1,Ar=0,SW-B=1。T4脉冲到来时,将本次 运算的进位结果锁存到进位锁存器中。注意观察进位标志显示灯CY。 实验二移位运算实验 实验目的 验证移位运算控制的组合功能。 实验原理 移位运算实验原理图如图3所示,74LS299功能表如表1所示 表174LS299功能表 299B SO 功能 任意 保持 00000 011001 000 循环右移 带进位循环右移 循环左移 1带进位循环左移 任意 任意 BUS 74LS299 299B Q 图3移位运算实验原理图 mhtml:file/:Documents\desktopldocslwww.xiaoKudang.com教育科硏\高等教育.2022/0207
2、进位标志清零 S3 S2 S1 S0 M的状态置为00000，AR状态置为0，按动微动开关KK2。进位标志指示灯CY亮 时表示无进位，进位标志为“0” ；指示灯CY灭时表示有进位，进位标志为“1”。 3、验证带进位运算及进位锁存功能时，使Cn=1, Ar=0, SW-B=1。T4脉冲到来时，将本次 运算的进位结果锁存到进位锁存器中。注意观察进位标志显示灯CY。 实验二 移位运算实验 一、实验目的 验证移位运算控制的组合功能。 二、实验原理 移位运算实验原理图如图3所示， 74LS299功能表如表1所示 表1 74LS299功能表 图3 移位运算实验原理图 计算机组成原理实验 Page 2 of 11 mhtml:file://E:\Documents\Desktop\docs\www.xiaokudang.com\教育科研\高等教育... 2022/02/07
计算机组成原理实验 Page 3 of 11 、实验步骤 1、移位操作 (1)置数,具体步骤如图4所示。 数据开关 置数 三态门 三态门 (0101011) (0101011) SW-B=0 s0=1 SW-B=1 T4=上升沿 2、移位,参照功能表改变S0S1T4299-B的状态,按动微动开关KK2,观察移 位的结果。 实验三微程序控制器实验 1、掌握时序产生器的组成原理。 2、掌握微过程控制器的组成原理 3、掌握微程序的编制、微代码写入并观察微程序的运行。 、实验原理 实验的原理图如图5所示。 各种控制信号 微填址显示灯 「译码器 微代码显示灯 微指令寄存器 下—地 址謨存器 控钥存储器16〔3片) 强置端 徽地址寄存器 微代码偷入开关 地址偷入端 图5微程序控制器实验原理框图 mhtml:file/:Documents\desktopldocslwww.xiaoKudang.com教育科硏\高等教育.2022/0207
三、实验步骤 1、移位操作： （1）置数，具体步骤如图4所示。 2、移位，参照功能表改变S0 S1 T4 299-B的状态，按动微动开关KK2,观察移 位的结果。 实验三 微程序控制器实验 一、实验目的 1、掌握时序产生器的组成原理。 2、掌握微过程控制器的组成原理 3、掌握微程序的编制、微代码写入并观察微程序的运行。 二、实验原理 实验的原理图如图5所示。 图4 图5 微程序控制器实验原理框图 计算机组成原理实验 Page 3 of 11 mhtml:file://E:\Documents\Desktop\docs\www.xiaokudang.com\教育科研\高等教育... 2022/02/07
计算机组成原理实验 Page 4 of 11 微指令格式:微指令长共24位,其控制位顺序如表2所示。 表2 1512 2423222120191817161411 1310 S3 S2 S1 So Cn VE Ag A8A BC uA5 uA4 uA3 uA2 uA1 uAO 其中UA5-UA0为6位后续微地址,A、B、C是三个译码字段,分别有三个控制位译出多位 如表2所示 表2 A字段 B字段 c字段 15 14 13选择121110选择98 选择 00110 LDRI RS-B P(1) 0 LDDRI 0 LDDR2 0LDIR 0000111 0 0 P(2) RI-B 0 P(3) 299-B P(4 ALU-B 70101010 AR LDAR 三、实验步骤 (1)参考下面的几条机器指令对应的微程序流程图图11所示,将全部微程序按微指令格 式变成二进制代码。 (2)观察微程序控制器的工作原理 ②校验 ③单步运行 ④连续运行 mhtml:file/:Documents\desktopldocslwww.xiaoKudang.com教育科硏\高等教育.2022/0207
微指令格式：微指令长共24位，其控制位顺序如表2所示。 其中UA5-UA0为6位后续微地址，A、B、C是三个译码字段，分别有三个控制位译出多位。 如表2所示 三、实验步骤 （1）参考下面的几条机器指令对应的微程序流程图图11所示，将全部微程序按微指令格 式变成二进制代码。 （2）观察微程序控制器的工作原理 ①编程 ②校验 ③单步运行 ④连续运行 表2 表2 计算机组成原理实验 Page 4 of 11 mhtml:file://E:\Documents\Desktop\docs\www.xiaokudang.com\教育科研\高等教育... 2022/02/07
计算机组成原理实验 Page 5 of 11 运行微程序 PC+ RAM→BUS BUS-IR IN SW→RD PC+ PC+ PC+1 PC+ RAM→BUS RAM→BUS RAM→BUS BUS→AR BUSAR BUS·P RAM→BU R→BU BUS→DF2 BUS→RAM DR1→LED R0→DR1 (DRI)+DR2 01 图7微程序流程图 实验四基本模型机设计与实现 实验目的: 1、在掌握单元电路实验基础上,将各部分组成系统,构成一台基本模型计算机。 2、将预习时编写的五条机器指令的微程序上机调试,通过执行机器指令,掌握各部联 机运行情况,进一步建立整机概念。 八实验的原理图如图8所示。本实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号,实 验原理 现特定指令的功能。即一条机器指令对应与一个微程序。 mhtml:file/:Documents\desktopldocslwww.xiaoKudang.com教育科硏\高等教育.2022/0207
实验四 基本模型机设计与实现 一、 实验目的： 1、在掌握单元电路实验基础上，将各部分组成系统，构成一台基本模型计算机。 2、将预习时编写的五条机器指令的微程序上机调试，通过执行机器指令，掌握各部联 机运行情况，进一步建立整机概念。 二、实验原理 实验的原理图如图8所示。本实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实 现特定指令的功能。即一条机器指令对应与一个微程序。 图7 微程序流程图 计算机组成原理实验 Page 5 of 11 mhtml:file://E:\Documents\Desktop\docs\www.xiaokudang.com\教育科研\高等教育... 2022/02/07
计算机组成原理实验 Page 6 of 11 地址总线 (74LS181) AR(74LSZ7 s器‖ OUTPUT (273) PC(74LS161) 数据总线 RD (74LS374) W/R 回网[器 INPUT IR(74LS273) CPU 图8基本模型机实验原理框图 本实验采用五条机器指令:IN(输入)、ADD(二进制加法)、STA(存数)、OUT(输 出)、JMP(无条件转移)其指令格式如下(前4位为操作码) 助记符机器指令码 00000000 “ INPUT DEVICE”中的开关状态→RO ADd addr 0001 0000 XXXXXXXX R0+[adr]→R0 STA addr 0010 0000 XXXXXXXX RO addr ouT addr 0011 0000 XXXXXXXX [add BUS JMP addr 0100 0000 XXXXXXXX addr 为了向RAM中装入程序和数据,检査写入是否正确,并能启动程序执行,设置了三个控制 台操作微程序。控制台指令用两个开关SWB、SWA的状态来设置如表3所示。 表3SWB、SWA的状态 mhtml:file/:Documents\desktopldocslwww.xiaoKudang.com教育科硏\高等教育.2022/0207
本实验采用五条机器指令：IN（输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、OUT（输 出）、JMP（无条件转移）其指令格式如下（前4位为操作码）： 助记符 机器指令码 说 明 IN 0000 0000 “INPUT DEVICE”中的开关状态 →R0 ADD addr 0001 0000 xxxxxxxx R0 + [ addr ] →R0 STA addr 0010 0000 xxxxxxxx R0→ [ addr ] OUT addr 0011 0000 xxxxxxxx [addr ] →BUS JMP addr 0100 0000 xxxxxxxx addr → PC 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，设置了三个控制 台操作微程序。控制台指令用两个开关SWB、SWA的状态来设置如表3所示。 图8 基本模型机实验原理框图 表3 SWB、SWA的状态 计算机组成原理实验 Page 6 of 11 mhtml:file://E:\Documents\Desktop\docs\www.xiaokudang.com\教育科研\高等教育... 2022/02/07
计算机组成原理实验 Page 7 of 11 SWB SWA 控制台指令 0 读内存(KRD) 写内存(KWE) 启动程序(RP) 与之对应的控制台流程如图9所示 控制台 Pr4 KWE KRD RP C→AR PC→AR PC→AR PC+1 PC+ PC+ RLAM→BU BUS BUS→AR BUS→PC R→BUS BUS→RAM DR1→LED 图9控制台流程图 系统涉及到的微程序流程图与实验3的完全一致。 本实验设计机器指令如下: 地址(二进制)内容(二进制)助记符 说明 00000000 00000000 “ INPUT DEVICE”→RC 00010000 RO+[OAH]→R0 00000010 00001010 00000011 00100000 STALOBHI RO→[OBH] 00000100 00001011 00000101 00110000 OUT LOBHI [OBH]→BUS 00000110 00001011 00000111 01000000 JMP [OOH] 0OH→PC 00001000 00000000 00001001 00 1010 00000001 自定 00001011 求和结果 三、实验步骤 (1)写程序 方法一:手动写入 ①将机器指令对应的微代码正确写入2816中。 ②使用控制台Kw和KRD进行机器指令的装入和检查。 mhtml:file/:Documents\desktopldocslwww.xiaoKudang.com教育科硏\高等教育.2022/0207
与之对应的控制台流程如图9所示。 系统涉及到的微程序流程图与实验3的完全一致。 本实验设计机器指令如下： 地址（二进制）内容（二进制） 助记符 说明 0000 0000 0000 0000 IN “INPUT DEVICE”→R0 0000 0001 0001 0000 ADD[0AH] R0+[0AH]→R0 0000 0010 0000 1010 0000 0011 0010 0000 STA[0BH] R0→[0BH] 0000 0100 0000 1011 0000 0101 0011 0000 OUT[0BH] [0BH]→BUS 0000 0110 0000 1011 0000 0111 0100 0000 JMP[00H] 00H→PC 0000 1000 0000 0000 0000 1001 0000 1010 0000 0001 自定 0000 1011 求和结果 三、实验步骤 （1）写程序 方法一：手动写入 ①将机器指令对应的微代码正确写入2816中。 ②使用控制台KWE和KRD进行机器指令的装入和检查。 图9 控制台流程图 计算机组成原理实验 Page 7 of 11 mhtml:file://E:\Documents\Desktop\docs\www.xiaokudang.com\教育科研\高等教育... 2022/02/07
计算机组成原理实验 Page 8 of 11 方法二:联机读/写程序(略) (2)运行程序 ①单步运行程序 ②连续运行 ③若联机运行程序时,进入 DEBUG调试界面,使CLR1→0→1,微程序的首地址为0OH,按 相应功能键即可联机运行、调试程序。 实验五带移位运算的模型机的设计与实现 实验目的 1、熟悉用微过程控制模型机的数据通路 2、学习设计与调试计算机的基本步骤及方法。 实验原理 原理图如图10所示,实现移位控制运算。实验中新增4条移位运算指令:RL(左环移) RLC带进位左环移);R(右环移);RRC(带进位右环移),其指令格式如下 作码 01010000 01100000 RL 01110000 RLC 10000000 mhtml:file/:Documents\desktopldocslwww.xiaoKudang.com教育科硏\高等教育.2022/0207
方法二：联机读/写程序（略） （2）运行程序 ①单步运行程序 ②连续运行 ③若联机运行程序时，进入DEBUG调试界面，使CLR1→0→1，微程序的首地址为00H，按 相应功能键即可联机运行、调试程序。 实验五 带移位运算的模型机的设计与实现 一、实验目的 1、熟悉用微过程控制模型机的数据通路。 2、学习设计与调试计算机的基本步骤及方法。 二、实验原理 原理图如图10所示,实现移位控制运算。实验中新增4条移位运算指令：RL（左环移）； RLC带进位左环移）；RR（右环移）；RRC（带进位右环移），其指令格式如下： 操作码 RR 01010000 RRC 01100000 RL 01110000 RLC 10000000 计算机组成原理实验 Page 8 of 11 mhtml:file://E:\Documents\Desktop\docs\www.xiaokudang.com\教育科研\高等教育... 2022/02/07
计算机组成原理实验 Page 9 of 11 图10带移位运算模型机实验原理框图 、实验步骤 (1)写程序 方法一:手动写入 ①将机器指令对应的微代码正确写入2816中。 ②使用控制台KwE和KR进行机器指令的装入和检查 方法二:联机读/写程序(略) (2)运行程序 ①单步运行 ②连续运行 ③若联机运行程序时,进入 DEBUG调试界面,使CLR1→0→1,微程序的首地址为00H,按 相应功能键即可联机运行、调试程序。 ④存放机器指令的RAM中的0D单元自定,OE单元存放结果 实验六复杂模型机的设计与实现 、实验目的 综合运用所学计算机原理知识,设计并实现较为完整的计算机。 、实验原理 1、数据格式:模型机规定采用定点补码表示法表示数据,且字长为8位,其格式如表4所 表4定点补码格式 6543210 符号 尾数 2、指令格式与指令系统 模型机的设计有四大类指令,共十六条,访问及转移指令相关的寻址方式定义表5所示。 表5访问及转移指令相关的寻址方式 寻址方式M有效地址E 说明 E=D 直接寻址 E=(D) 间接寻址 E=(RI+D RI变址寻址 E=(PC)+D 相对寻址 本模型机中算术逻辑运算指令7条,访问内存指令和程序控制指令4条,输入输出指令ξ 条,其它指令1条。表6列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能 表6 汇编符号 指令格式 指令功能 CLR rd01100rd0→rd mhtml:file/:Documents\desktopldocslwww.xiaoKudang.com教育科硏\高等教育.2022/0207
三、实验步骤 （1）写程序 方法一：手动写入 ① 将机器指令对应的微代码正确写入2816中。 ② 使用控制台KWE和KRD进行机器指令的装入和检查 方法二：联机读/写程序（略） （2）运行程序 ①单步运行 ②连续运行 ③若联机运行程序时，进入DEBUG调试界面，使CLR1→0→1，微程序的首地址为00H，按 相应功能键即可联机运行、调试程序。 ④存放机器指令的RAM中的0D单元自定，0E单元存放结果。 实验六 复杂模型机的设计与实现 一、实验目的 综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。 二、实验原理 1、数据格式：模型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为8位，其格式如表4所 示。 2、指令格式与指令系统 模型机的设计有四大类指令，共十六条，访问及转移指令相关的寻址方式定义表5所示。 本模型机中算术逻辑运算指令7条，访问内存指令和程序控制指令4条，输入输出指令2 条，其它指令1条。表6列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。 7 6 5 4 3 2 1 0 符号 尾数 寻址方式M 有效地址E 说 明 00 E=D 直接寻址 01 E=(D) 间接寻址 10 E=(RI)+D RI变址寻址 11 E=(PC)+D 相对寻址 汇编符号 指令格式 指令功能 CLR rd 0111 00 rd 0 → rd 图10 带移位运算模型机实验原理框图 表4定点补码格式 表5 访问及转移指令相关的寻址方式 表6 计算机组成原理实验 Page 9 of 11 mhtml:file://E:\Documents\Desktop\docs\www.xiaokudang.com\教育科研\高等教育... 2022/02/07
计算机组成原理实验 Page 10 of 11 Mov rs rd 1000 rs rd Rs→rd AdC rs rd 1 001 rs rdrs+rd+cy→rd SBC rs rd 1010 rs rd rs-rd-cy→rd INc rd 1011 rs rd rs+1→rd and rs rd 1100 rs rd rs&rd→rd COM rd 1101 rs rd 求反 RRc rs rd srd带进位的右环移 RLC rs rd 1111 rs rd 带进位的左环移 00 M 00 rd LDA M.D. rd d 00 M 01 rd STA M.D. rd Rd→E 00 M 10 rd JMP M, D 00 M 11 rd 当CY=1时或Z=1时 BZC M D E in addr, rd 010001rd addr ouT addr, rd 010110rd d→addr HALT 01100000 停机 三、总体设计 本模型机的数据通路如图∏1所示。根据机器指令系统要求,设计微程序流程图及确定微 地址。 mhtml:file/:Documents\desktopldocslwww.xiaoKudang.com教育科硏\高等教育.2022/0207
三、总体设计 本模型机的数据通路如图11所示。根据机器指令系统要求，设计微程序流程图及确定微 地址。 MOV rs,rd 1000 rs rd Rs → rd ADC rs,rd 1001 rs rd rs+rd+cy→rd SBC rs,rd 1010 rs rd rs-rd-cy→rd INC rd 1011 rs rd rs+1→rd AND rs,rd 1100 rs rd rs & rd→rd COM rd 1101 rs rd 求反 RRC rs,rd 1110 rs rd 带进位的右环移 RLC rs,rd 1111 rs rd 带进位的左环移 LDA M,D, rd 00 M 00 rd E → rd D STA M,D, rd 00 M 01 rd Rd → E D JMP M,D 00 M 10 rd E → PC D BZC M,D 00 M 11 rd 当CY=1时或Z=1时 D E → PC IN addr,rd 0100 01 rd addr → rd OUT addr,rd 0101 10 rd rd → addr HALT 0110 00 00 停机 计算机组成原理实验 Page 10 of 11 mhtml:file://E:\Documents\Desktop\docs\www.xiaokudang.com\教育科研\高等教育... 2022/02/07