计算机组成原理第二次上机实验报告

由天下分享时间：2024/6/16 17:43:48 加入收藏我要投稿点赞

青岛理工大学

实验报告

实验课程：计算机组成原理I

实验日期： 2015年 10月23日，交报告日期：2015 年11月2日，成绩：实验地点：现代教育技术中心303

计算机工程学院，计算机科学与技术专业，班级：计算132班

实验指导教师：林孟达批阅教师：林孟达同组姓名学生学号一、实验课题及内容

按照题目要求设计一个通用寄存器组的逻辑，决定外部的端口（名称、有效电平）和内部各元件的连接，画出系统框图和逻辑图，设计仿真数据，用VHDL编程和仿真。

实验内容：

一、主要元件设计

1．16位寄存器

功能要求：同步并行置数，异步复位（清零），三态输出，片选信号，读/写控制。 2．地址译码器

功能要求：3-8译码器。

二、顶层设计

用层次结构设计的方法设计一个通用寄存器组。包括8个16位寄存器，1个地址译码器等元件。

功能要求：每个寄存器能够同步并行置数，异步复位（清零），三态输出。每个都可以（用地址）独立访问。

三、仿真

设计仿真波形数据，要考虑到所有可能的情况。在实验报告中必须清楚说明仿真波

形数据是怎样设计的。四、深入的课题

① 上面设计的通用寄存器组，每次只能访问一个寄存器。如果想同时访问两个寄存器，

应该怎样设计？

② 16位的寄存器每次读/写都是一个16位字，如果需要写入的是8位的字，即将8

位的字写到16位寄存器的高8位或低8位（例如，16位寄存器A由AH和AL两个8位的寄存器组成），读出时，可一次读16位。应该怎样设计？

二、逻辑设计

1、3-8译码器系统框图

A2 A1 S2 S1 3-8译码器 S0 ...... Y7 Y6 A0 Y0 端口说明：a(2-0):输入信号

S(2-0):使能端,s0是高电平有效，s1,s2是低电平有效。 y(0-7):输出端口

s?s0?s1?s2

3-8译码器逻辑函数：y0??a2?a1?a0??s y1??a2?a1?a0??s

y2??a2?a1?a0?s y3??a2?a1?a0??s y4??a2?a1?a0?s y5??a2?a1?a0??s

y6??a2?a1?a0?s y7??a2?a1?a0??s

???2、16位寄存器系统框图 d15 d14 ...... d1 d0 chip cp

reset 16位寄存器

....

q15 q0 q14 q1

端口说明：d(0-15):输入 q(0-15):输出

cp,reset,chip,rw,z:分别是时钟信号，异步清零信号，片选信号，读写控制信号，三态输出。

3、通用寄存器组系统框图 d15 d1 d14 d0

.....a2 a1 a0 cp reset z 通用寄存器组 ...... q1 q15 q14 s2 s1 s0 rw q0 端口说明： d(0-15):数据输入 q(0-15):数据输出 a(0-2):译码器的输入

s(0-2):使能端控制

cp,z,reset,rw:分别是时钟信号，三态输出，异步清零，读写控制

三、仿真设计

1、3-8译码器：

3-8译码器功能表

输入 s0 s1 s2 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 a2 a1 a0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 输出 y7 y6 y5 y4 y3 y2 y1 y0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 从它的功能表可以知道输入的数据是有限的且只有八组，故可以按照功能表对全部数据进行仿真。

2、16位寄存器：

16位寄存器功能表

chip 1 0 0 0 0 cp ? ? reset ? 1 0 z ? ? 1 ? rw ? ? 1 0 ? 工作状态不工作异步清零（复位）读写高阻态 ? 0 0 0 根据功能表来输入各个端口验证各项功能。

（1）验证无工作状态功能：令chip=‘1’,若输出为Z则说明其没有工作。（2）验证异步清零功能：使chip=‘0’且r=‘1’,接着使chip=‘0’，cp处于上升沿，reset=0，

z=1，rw=‘1’。

若仿真结果是16个0则表明异步清零功能有效，且简洁验证了，读功

能是正确的。

（3）验证写入寄存器的功能：使chip=‘0’且cp处于上升沿，reset=‘0’，rw=0。接着读出数据，若读出的数据是这之前写入寄存器的数据则表明写功能正确。（4）验证读功能：使chip=‘0’且cp处于上升沿，reset=‘0’，rw=‘1’。若仿真的结果是

之前写入寄存器的数据，则表明读功能是正确的。

3、十六位寄存器组：

对十六位寄存器组，共有8个寄存器。每一个寄存器都要进行功能验证，一、为了验证译码

器的正确性；二、为了验证每个寄存器的功能是否都正确。(实际上这些寄存器都是由一个模板复制而来，之所以每个都进行验证是为了查看每个组件之间的连接是否正确)。按照十六位寄存器的仿真设计，对每一种片选信号都进行十六位寄存器的仿真。