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计算机组成原理实验报告计算机组成原理实验报告
计算机组织与体系结构
实 验 报 告
评 语:
成
绩
教 师:
年 月 日
班 级: ________
学 号: ____________
姓 名: ______
实验地点: E-Ⅱ区 311 _
实验时间: 第三批
实验一 存储器实验
1.FPGA中LPM_ROM定制与读出实验
一.实验目的
1、掌握FPGA中lpm_ROM的设置,作为只读存储器ROM的工作特性和配置方法。
2、用文本编辑器编辑mif文件配置ROM,学习将程序代码以mif格式文件加载于lpm_ROM中;
3、在初始化存储器编辑窗口编辑mif文件配置ROM;
4、验证FPGA中mega_lpm_ROM的功能。
二.实验原理
ALTERA的FPGA中有许多可调用的LPM (Library Parameterized Modules)参数化的模块库,可构成如lpm_rom、lpm_ram_io、lpm_fifo、lpm_ram_dq的存储器结构。CPU中的重要部件,如RAM、ROM可直接调用他们构成,因此在FPGA中利用嵌入式阵列块EAB可以构成各种结构的存储器,lpm_ROM是其中的一种。lpm_ROM有5组信号:地址信号address[ ]、数据信号q[ ]、时钟信号inclock、outclock、允许信号memenable,其参数都是可以设定的。由于ROM是只读存储器,所以它的数据口是单向的输出端口,ROM中的数据是在对FPGA现场配置时,通过配置文件一起写入存储单元的。图3-1-1中的lpm_ROM有3组信号:inclk——输入时钟脉冲;q[23..0]——lpm_ROM的24位数据输出端;a[5..0]——lpm_ROM的6位读出地址。
实验中主要应掌握以下三方面的内容:
⑴ lpm_ROM的参数设置;
⑵ lpm_ROM中数据的写入,即LPM_FILE初始化文件的编写;
⑶ lpm_ROM的实际应用,在GW48_CP+实验台上的调试方法。
三.实验步骤
(1)用图形编辑,进入mega_lpm元件库,调用lpm_rom元件,设置地址总线宽度address[]和数据总线宽度q[],分别为6位和24位,并添加输入输出引脚,如图3-1-1设置和连接。
(2)设置图3-1-1为工程。
(3)在设置lpm_rom数据参数选择项lpm_file的对应窗口中(图3-1-2),用键盘输入lpm_ROM配置文件的路径(rom_a.mif),然后设置在系统ROM/RAM读写允许,以便能对FPGA中的ROM在系统读写。
(4) 用初始化存储器编辑窗口编辑lpm_ROM配置文件(文件名.mif)。这里预先给出后面将要用到的微程序文件:rom_a.mif 。rom_a.mif中的数据是微指令码(图3-1-3)。
(5)全程编译。
(6)下载SOF文件至FPGA,改变lpm_ROM的地址a[5..0],外加读脉冲,通过实验台上的数码管比较读出的数据是否与初始化数据(rom_a.mif中的数据)一致。
图3-1-1 lpm_ROM的结构图
图3-1-2 设置在系统ROM/RAM读写允许
四、实验结果
通过电路板1,2键的输入和模式键的选择进行操作验证
实验二 运算器实验
1.算术逻辑运算实验
一.实验目的
了解简单运算器的数据传输通路。
验证运算功能发生器的组合功能。
掌握算术逻辑运算加、减、与的工作原理。
验证实验台运算的8位加、减、与、直通功能。
按给定数据,完成几种指定的算术和逻辑运算。
二.实验内容
1.实验原理
算术逻辑单元ALU的数据通路如图2-1所示。其中运算器ALU181根据74LS181的功能用VHDL硬件描述语言编辑而成,构成8位字长的ALU。参加运算的两个8位数据分别为A[7..0]和B[7..0],运算模式由S[3..0]的16种组合决定,而S[3..0]的值由4位2进制计数器LPM_COUNTER产生,计数时钟是Sclk(图2-1);此外,设M=0,选择算术运算,M=1为逻辑运算,CN为低位的进位位;F[7..0]为输出结果,CO为运算后的输出进位位。两个8位数据由总线IN[7..0]分别通过两个电平锁存器74373锁入,ALU功能如表2-1所示。
表2-1 ALU181的运算功能
选择端
高电平作用数据
S3 S2 S1 S0
M=H
M=L 算术操作
逻辑功能
Cn=L(无进位)
Cn=H(有进位)
0 0 0 0
0 0 0 1
加1
0 0 1 0
+1
0 0 1 1
减1(2的补码)
0 1 0 0
加1
0 1 0 1
加
加+1
0 1 1 0
0 1
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