计算机组成原理实验报告

博主：酱油瓶
发布时间：2022 年 12 月 08 日
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5515字数
分类：学习软件工程

> **南通大学**计算机组成原理实验
>
> 由于网上能搜到的资料实在太少，索性自己参考后重新写一篇文章供同学们参考，实验内容均为本人亲自完成，使用软件Quartus Ⅱ 13.1，系统Windows 11，转载请注明出处。
>
> 目前先将实验设计图和实验中的波形图放上来，所有图都会添加水印，想偷懒的就省省吧，等实验提交后我会将完整实验报告到我的博客上面，供下载参考。

# 实验1 Quartus Ⅱ的使用

## 实验题目

**一、实验目的**

1.掌握Quartus Ⅱ的基本使用方法。

2.了解74138（3：8）译码器、74244、74273的功能。

3.利用Quartus Ⅱ验证74138（3：8）译码器、74244、74273的功能。

**二、实验任务**

1.熟悉Quartus Ⅱ中管理项目、输入原理图以及仿真的设计方法与流程。

2.新建项目，利用原理图编辑方式输入74138、74244和74273，依照其功能表（见附录）分别进行仿真，验证这三种器件的功能。

**三、实验要求**

1.做好实验预习，掌握74138、74244、74273的功能特性。

2.写出实验报告，内容如下：

（1）实验目的；

（2）写出完整的实验步骤；

（3）画出74138、74244和74273的仿真波形，有关输入输出信号要标注清楚。

## 实验步骤

### 74148 电路图与波形图

![image-20221208004251813](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44031:/image-20221208004251813.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

![image-20221208004430725](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44050:/image-20221208004430725.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

### 74244 电路图与波形图

![image-20221208004538668](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44047:/image-20221208004538668.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

![image-20221208004611139](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44048:/image-20221208004611139.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

### 74273 电路图与波形图

![image-20221208004735557](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44051:/image-20221208004735557.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

![image-20221208004819227](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44049:/image-20221208004819227.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

# 实验2 运算器组成实验

## 实验题目

**一、实验目的**

1. 掌握算术逻辑运算单元（ALU）的工作原理。
2. 熟悉简单运算器的数据传送通路。
3. 验证4位运算器（74181）的组合功能。
4. 按给定数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。

**二、实验电路**

附录中的图示出了本实验所用的运算器数据通路图。8位字长的ALU由2片74181构成。2片74273构成两个操作数寄存器DR1和DR2，用来保存参与运算的数据。DR1接ALU的A数据输入端口，DR2接ALU的B数据输入端口，ALU的数据输出通过三态门74244发送到数据总线BUS7-BUS0上。参与运算的数据可通过一个三态门74244输入到数据总线上，并可送到DR1或DR2暂存。

图中尾巴上带粗短线标记的信号都是控制信号。除了T4是脉冲信号外，其他均为电位信号。nC0，nALU-BUS，nSW-BUS均为低电平有效。

**三、实验任务**

1. 按所示实验电路，输入原理图，建立.bdf文件。
2. 建立波形文件，给各输入参数赋正确的初值，完成向DR1和DR2寄存器置数的操作，分析仿真得到的波形，填写下表2-1：

（1）关闭ALU的输出三态门（即令：nALU-BUS=1），开启ALU的输出三态门（即令：nALU-BUS=0）。在输入数据`IN0~IN7`上输入数据，检查总线的数据值与`IN0~IN7`上的数据是否一致。

（2）给DR1存入01010101，给DR2存入10101010。

（3）关闭输入三态门，开启ALU的输出三态门，验证DR1和DR2中的内容是否为第（2）步的内容，在下表2-1中填入控制信号的状态与BUS的内容。
3. 验证附录中所列74181的算术运算和逻辑操作的功能。

修改前面所建的波形文件，验证附录所示的74181的功能表中所列的各项功能，在下表2-2的空括号中填入ALU的输出F（F7~F0）的值。
4. 下表2-3中列出了常用的8种算术运算与逻辑运算，要求按照给定的操作内容，请正确修改前面所建的波形文件，给各控制参数S3 S2 S1 S0和M等赋初值，将仿真得到的实验结果值填入表2-3的结果一栏。假设给定的原始DR1和DR2的数据值分别为66H和0FFH，以后的数据取自前面的运算结果。

**四、实验要求**

1. 做好实验预习，掌握运算器的数据传送通路和ALU的功能特性。
2. 实验完毕，写出实验报告，内容如下：
   1. 实验目的；
   2. 列表比较实验任务3的理论分析值与实验结果值；
   3. 按实验任务4，在表2-3中填写各控制信号的值与实验结果。

## 实验操作

电路图如下

![image-20221208005301797](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44057:/image-20221208005301797.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

由于这个实验过程有亿点复杂，波形图只给出一个运算的参考

$$
DR1-DR2

其中DR1=66H，DR2=00H

![image-20221208005628382](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44052:/image-20221208005628382.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

# 实验3 半导体存储器原理实验

## 实验题目

**一、实验目的**

1. 熟悉静态随机存储器RAM和只读存储器ROM的工作特性和使用方法；
2. 熟悉半导体存储器存储和读出数据的过程；
3. 了解使用半导体存储器电路时的定时要求。

**二、实验电路**

利用Quartus Ⅱ器件库提供的参数化存储单元，设计一个由128X8位的RAM和128X8位的ROM构成的存储器系统。请设计有关逻辑电路，要求仿真通过，并设计波形文件，验证该存储器系统的存储与读出。

**三、实验任务**

1. 设计的实验电路图，在Quartus2.0的编辑环境下，进行原理图的输入和编辑工作，输入编辑完毕后，编译所建立的原理图，要求编译通过，没有错误。
2. 分别给RAM和ROM存储器的5个单元写入数据有关数据。
3. 依次读出刚才写入存储器单元的数据，检查数据的正确性，做好记录。

**四、实验要求**

1. 做好实验预习，了解DRAM存储器的功能特性和使用方法。
2. 写出实验报告，内容是：

实验目的；

1. 实验电路图；
   2. 实验任务（2）和（3）的数据记录表格；
   3. 本次实验的心得体会或建议。

## 实验操作

实验要求了5个单元，我就向RAM和ROM前五个单元随便写了几个数据，波形图是将两者0-5单元的数据读出来

电路图和波形图如下

![image-20221208005935730](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44053:/image-20221208005935730.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

![image-20221208010054162](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44054:/image-20221208010054162.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

# 实验4 数据通路的组成与故障分析实验

## 实验题目

**一、实验目的**

1. 将运算器模块与存储器模块进行连接；
2. 进一步熟悉计算机的数据通路；
3. 炼分析问题与解决问题的能力，学会在出现故障的情况下，独立分析故障现象并排除故障。

**二、实验电路**

设计一实验电路图，把前面进行的运算器实验模块与存储器实验模块两部分电路连接在一起。RAM和ROM的输出都可以送至寄存器R1和R2作为运算器的输入，而运算器的结果可以送入R3暂存，然后送入RAM的指定单元。整个电路总线结构的形式自行设计。

**三、实验任务**

1. 排除实验电路中的故障，正确连线。
2. 给ROM的02H单元和09H单元分别置入初始数据12H和19H，把31H写入RAM的81H单元，并完成以下运算：

（02H）+（81H）→（81H)

（81H）⊕（09H）→（81H）
3. 验证运算结果和存储器单元的内容是否正确。

**四、实验要求**

1. 做好实验前的预习工作，掌握实验电路的数据通路特点和集成电路的功能特性。
2. 写出实验报告，内容为：
   1. 实验目的；
   2. 实验电路图；
   3. 实验数据记录；
   4. 写出本次实验的心得，讨论实验中遇到的问题。

## 实验操作

电路图与波形图如下

运算单元部分

![image-20221208010316248](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44055:/image-20221208010316248.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

存储单元部分

![image-20221208010332666](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44056:/image-20221208010332666.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

波形图就是完成实验要求的操作

![image-20221208010602239](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44059:/image-20221208010602239.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

# 总结

下面是一些我在做实验中遇到的一些问题的总结，应该可以让你少绕一些弯路

1. 使用的QuartusⅡ连接电路时，**一定要注意命名问题！一定要注意命名问题！一定要注意命名问题！**

一条总线上的命名必须一样，否则报错。
2. 当总线连接多个输入/输出时，请使用数组，建议的命名方式如下，写成数组的方式，因为就算你不写成数组，到了波形图里面一样是会显示成数组的。所以我建议直接命名时就**写成数组的形式**

![image-20221208010929566](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44058:/image-20221208010929566.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)
3. 注意每次修改后**请先编译**，再进行波形模拟，否则你模拟的是你上次编译时的电路

大概就先想到这么多，等这学期所有考试都结束了我再来补全这个实验的其他内容

最后说一下，你自己模仿照着画可以，因为我也是照着网上糊的图画然后理解的，但不要直接截图我的内容，请尊重我的劳动成果

最后修改：2022 年 12 月 08 日

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计算机组成原理实验报告

酱油瓶 • 2022 年 12 月 08 日

# 实验1 Quartus Ⅱ的使用

## 实验题目

**一、实验目的**

1.掌握Quartus Ⅱ的基本使用方法。

2.了解74138（3：8）译码器、74244、74273的功能。

3.利用Quartus Ⅱ验证74138（3：8）译码器、74244、74273的功能。

**二、实验任务**

1.熟悉Quartus Ⅱ中管理项目、输入原理图以及仿真的设计方法与流程。

2.新建项目，利用原理图编辑方式输入74138、74244和74273，依照其功能表（见附录）分别进行仿真，验证这三种器件的功能。

**三、实验要求**

1.做好实验预习，掌握74138、74244、74273的功能特性。

2.写出实验报告，内容如下：

（1）实验目的；

（2）写出完整的实验步骤；

（3）画出74138、74244和74273的仿真波形，有关输入输出信号要标注清楚。

## 实验步骤

### 74148 电路图与波形图

![image-20221208004251813](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44031:/image-20221208004251813.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

![image-20221208004430725](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44050:/image-20221208004430725.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

### 74244 电路图与波形图

![image-20221208004538668](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44047:/image-20221208004538668.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

![image-20221208004611139](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44048:/image-20221208004611139.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

### 74273 电路图与波形图

![image-20221208004735557](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44051:/image-20221208004735557.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

![image-20221208004819227](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44049:/image-20221208004819227.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

# 实验2 运算器组成实验

## 实验题目

**一、实验目的**

**二、实验电路**

图中尾巴上带粗短线标记的信号都是控制信号。除了T4是脉冲信号外，其他均为电位信号。nC0，nALU-BUS，nSW-BUS均为低电平有效。

**三、实验任务**

（2）给DR1存入01010101，给DR2存入10101010。

**四、实验要求**

## 实验操作

电路图如下

![image-20221208005301797](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44057:/image-20221208005301797.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

由于这个实验过程有亿点复杂，波形图只给出一个运算的参考

$$
DR1-DR2

其中DR1=66H，DR2=00H

![image-20221208005628382](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44052:/image-20221208005628382.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

# 实验3 半导体存储器原理实验

## 实验题目

**一、实验目的**

**二、实验电路**

**三、实验任务**

**四、实验要求**

1. 做好实验预习，了解DRAM存储器的功能特性和使用方法。
2. 写出实验报告，内容是：

实验目的；

1. 实验电路图；
   2. 实验任务（2）和（3）的数据记录表格；
   3. 本次实验的心得体会或建议。

## 实验操作

实验要求了5个单元，我就向RAM和ROM前五个单元随便写了几个数据，波形图是将两者0-5单元的数据读出来

电路图和波形图如下

![image-20221208005935730](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44053:/image-20221208005935730.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

![image-20221208010054162](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44054:/image-20221208010054162.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

# 实验4 数据通路的组成与故障分析实验

## 实验题目

**一、实验目的**

**二、实验电路**

**三、实验任务**

1. 排除实验电路中的故障，正确连线。
2. 给ROM的02H单元和09H单元分别置入初始数据12H和19H，把31H写入RAM的81H单元，并完成以下运算：

（02H）+（81H）→（81H)

（81H）⊕（09H）→（81H）
3. 验证运算结果和存储器单元的内容是否正确。

**四、实验要求**

## 实验操作

电路图与波形图如下

运算单元部分

![image-20221208010316248](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44055:/image-20221208010316248.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

存储单元部分

![image-20221208010332666](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44056:/image-20221208010332666.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

波形图就是完成实验要求的操作

![image-20221208010602239](http://storage.live.com/items/FECD80CE4F909A96!44059:/image-20221208010602239.png?authkey=AE0NwcUGOWs6Vvw)

# 总结

下面是一些我在做实验中遇到的一些问题的总结，应该可以让你少绕一些弯路

1. 使用的QuartusⅡ连接电路时，**一定要注意命名问题！一定要注意命名问题！一定要注意命名问题！**

大概就先想到这么多，等这学期所有考试都结束了我再来补全这个实验的其他内容

最后说一下，你自己模仿照着画可以，因为我也是照着网上糊的图画然后理解的，但不要直接截图我的内容，请尊重我的劳动成果

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