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1、青島理工大學實 驗 報 告實驗課程： 計算機組成原理I 實驗日期： 2015年 10月23日， 交報告日期：2015 年11月2日，成績：實驗地點：現代教育技術中心303計算機工程 學院，計算機科學與技術 專業， 班級：計算132班實驗指導教師：林孟達 批閱教師：林孟達同組學生姓名學號一、 實驗課題及內容 按照題目要求設計一個通用寄存器組的邏輯，決定外部的端口(名稱、有效電平)和內部各元件的連接，畫出系統框圖和邏輯圖，設計仿真數據，用VHDL編程和仿真。實驗內容：一、主要元件設計 1．16位寄存器 功能要求：同步并行置數，異步復位(清零)，三態輸出，片選信號，讀/寫控制。 2．地址譯碼器 功能要求：3-8譯碼器。二、頂層設計 用層次結構設計的方法設計一個通用寄存器組。包括8個16位寄存器，1個地址譯碼器等元件。 功能要求：每個寄存器能夠同步并行置數，異步復位(清零)，三態輸出。每個都可以。

2、(用地址)獨立訪問。 三、仿真 設計仿真波形數據，要考慮到所有可能的情況。在實驗報告中必須清楚說明仿真波形數據是怎樣設計的。 四、深入的課題 ① 上面設計的通用寄存器組，每次只能訪問一個寄存器。如果想同時訪問兩個寄存器，應該怎樣設計？ ② 16位的寄存器每次讀/寫都是一個16位字，如果需要寫入的是8位的字，即將8位的字寫到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兩個8位的寄存器組成)，讀出時，可一次讀16位。應該怎樣設計？二、 邏輯設計 1、3-8譯碼器系統框圖A0A1A2 3-8譯碼器S2S1S0 ......Y0Y6Y7端口說明：a(2-0):輸入信號 S(2-0):使能端,s0是高電平有效，s1,s2是低電平有效。 y(0-7):輸出端口3-8譯碼器邏輯函數： 2、16位寄存器系統框圖d14d15d0d1......16位寄存器chipcpresetzrw...。

3、.q0q1q14q15端口說明：d(0-15):輸入 q(0-15):輸出 cp,reset,chip,rw,z:分別是時鐘信號，異步清零信號，片選信號，讀寫控制信 號，三態輸出。3、 通用寄存器組系統框圖d0d1d14d15......s2a2s1a1s0a0rwcp 通用寄存器組resetz......q0q1q14q15端口說明： d(0-15):數據輸入 q(0-15):數據輸出 a(0-2):譯碼器的輸入 s(0-2):使能端控制 cp,z,reset,rw:分別是時鐘信號，三態輸出，異步清零，讀寫控制三、仿真設計1、3-8譯碼器：3-8譯碼器功能表輸入輸出s0 s1 s2 a2 a1 a0 y7 y6 y5 y4 y3 y2 y1 y01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1。

4、 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 0 11 1 1 1 1 0 1 11 1 1 1 0 1 1 11 1 1 0 1 1 1 11 1 0 1 1 1 1 11 0 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 1從它的功能表可以知道輸入的數據是有限的且只有八組，故可以按照功能表對全部數據進行仿真。2、 16位寄存器：16位寄存器功能表chipcpresetzrw工作狀態1不工作01異步清零(復位)0011讀000寫000高阻態根據功能表來輸入各個端口驗證各項功能。(1)驗證無工作狀態功能：令chip=‘1’,若輸出為Z則說明其沒有工作。(2)驗證異步清零功能：使chip=‘0’且r=‘1’,接著使chip=‘0’，cp處于上升沿，reset=0，z=1，rw=‘1’。 若仿真結果是16個0則表明異步清零功能有效，且簡潔驗證了，讀。

5、功能是正確的。(3)驗證寫入寄存器的功能：使chip=‘0’且cp處于上升沿，reset=‘0’，rw=0。接著讀出數據，若讀出的數據是這之前寫入寄存器的數據則表明寫功能正確。(4)驗證讀功能：使chip=‘0’且cp處于上升沿，reset=‘0’，rw=‘1’。若仿真的結果是之前寫入寄存器的數據，則表明讀功能是正確的。3、十六位寄存器組：對十六位寄存器組，共有8個寄存器。每一個寄存器都要進行功能驗證，一、為了驗證譯碼器的正確性；二、為了驗證每個寄存器的功能是否都正確。(實際上這些寄存器都是由一個模板復制而來，之所以每個都進行驗證是為了查看每個組件之間的連接是否正確)。按照十六位寄存器的仿真設計，對每一種片選信號都進行十六位寄存器的仿真。四、實驗步驟及工具實驗步驟：1、邏輯設計 2、根據邏輯原理設計數據并得出理論結果 3、用VHDL語言編寫程序 4、啟動Quartus系統 5、建立一個工程。

6、 6、建立一個VHDL文件，輸入源程序并檢查錯誤 7、編譯并修改語法錯誤 8、建立一個波形文件 9、功能仿真和時序仿真，修改邏輯錯誤，記錄仿真波形工具：1、PC機 2、Quartus Ⅱ系統五、結果分析討論1、3-8譯碼器功能仿真結果：結果討論：從仿真圖可以看出對于每種輸入，都可以得到和功能表一致的結果。故3-8譯碼器設計是正確的。2、十六位寄存器仿真結果：結果討論：從仿真圖可以看出對于精心選擇的數據，都輸出了正確的結果。因此可以斷定該十六位寄存器的設計是正確的。3、十六位寄存器組的仿真結果：各片寄存器的仿真圖：第一片：第二片：第三片：第四片：第五片：第六片：第七片：第八片：經過功能仿真，無論片選信號選擇哪個寄存器時，由仿真圖可知都能輸出正確的結果，所以可以推斷出該通用寄存器組的設計基本是正確的。六、VHDL程序--底層設計library ieee;--3-8譯碼器use ieee.std。

7、_logic_1164.all;entity Decoder isport(a:in std_logic_vector(2 downto 0); y:out std_logic_vector(7 downto 0); s:in std_logic_vector(2 downto 0)); end Decoder;architecture behave of Decoder isbeginprocess(s,a)beginif s="100" then if a="000" then y<=""; elsif a="001" then y<=""; elsif a="010" then y<=""; elsif a="011" then y<=""; elsif a="100" then y<=""; elsif a="101" then y<=""; e。

8、lsif a="110" then y<=""; elsif a="111" then y<=""; end if;else y<="";end if;end process;end behave;library ieee;--16位寄存器use ieee.std_logic_1164.all;entity Sregister isport(cp,chip,rw,z,reset:in std_logic; d:in std_logic_vector(15 downto 0); q:out std_logic_vector(15 downto 0)); end Sregister;architecture behave1 of Sregister issignal sign:std_logic_vector(15 downto 0);beginprocess(cp,chip。

9、,rw,z,reset)begin if chip='0' then if reset='1' then sign'0'); elsif rising_edge(cp)then if rw='1'then q<=sign; else sign<=d; end if; if z='0' then q'Z'); end if; end if; else q'Z'); end if; end process; end behave1; --頂層設計 library ieee;--通用寄存器 use ieee.std_logic_1164.all; entity Usual_register is port(d:in std_logic_vector(15 downto 0); q:out std_logic_vector(15 downto 0); z,reset,cp,rw:in 。

10、std_logic; a:in std_logic_vector(2 downto 0); s:in std_logic_vector(2 downto 0)); end Usual_register; architecture behave3 of Usual_register is signal Y:std_logic_vector(7 downto 0); component Sregister port(cp,reset,chip,z,rw:in std_logic; d:in std_logic_vector(15 downto 0); q:out std_logic_vector(15 downto 0)); end component; component Decoder port(a:in std_logic_vector(2 downto 0); y:out std_lo。

11、gic_vector(7 downto 0); s:in std_logic_vector(2 downto 0)); end component; begin D0:Decoder port map (a=>a,y=>y,s=>s); G0:Sregister port map (cp=>cp,z=>z,reset=>reset,rw=>rw,q=>q,d=>d,chip=>Y(0)); G1:Sregister port map (cp=>cp,z=>z,reset=>reset,rw=>rw,q=>q,d=>d,chip=>Y(1)); G2:Sregister port map (cp=>cp,z=>z,reset=>reset,rw=>rw,q=>q。

12、,d=>d,chip=>Y(2)); G3:Sregister port map (cp=>cp,z=>z,reset=>reset,rw=>rw,q=>q,d=>d,chip=>Y(3)); G4:Sregister port map (cp=>cp,z=>z,reset=>reset,rw=>rw,q=>q,d=>d,chip=>Y(4)); G5:Sregister port map (cp=>cp,z=>z,reset=>reset,rw=>rw,q=>q,d=>d,chip=>Y(5)); G6:Sregister port map (cp=>cp,z=>z,reset=>reset,rw=>rw,q=>q,d=>d,chip=>Y(6)); G7:Sregister port map (cp=>cp,z=>z,reset=>reset,rw=>rw,q=>q,d=>d,chip=>Y(7)); end behave3;。

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總結

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