华中科技大学计算机组成原理——存储系统实验

所有资源都已打包资源下载链接 || 盗梦空间一、实验目的1理解存储系统位扩展、字扩展的基本原理能利用相关原理解决实验中汉字字库的存储扩展问题2理解主存地址进行编址基本概念和存储位扩展基本思想并能利用相关原理构建同时支持字节、半字、字访问的存储子系统3了解MIPS寄存文件基本概念进一步熟悉多路选择器、译码器、解复用器等Logisim组件的使用并利用相关组件设计实现MIPS寄存器文件4掌握cache实现的3个关键技术数据查找、地址映射、代替算法熟练掌握译码器、多路选择器、寄存器的使用能根据不同映射策略用数字逻辑电路实现对应的cache模块。二、实验内容1字库电路实验现有ROM组件4片4K32位ROM7片16K32位ROM用4片4K*32位的ROM 替换其中一片16K*32位器件即进行字扩展需要构建GB2312汉字编码的16K*16点阵汉字字库。实验结果如下实验电路如下2MIPS RAM设计实验主存通常按字节进行编制主存既可以按字节访问也可以按16位半字访问还可以按32位的字进行访问。根据访问存储单元的大小主存地址可以分为字节地址、半字地址和字地址。00表示字访问01表示1字节访问(即单字节访问)10表示2字节访问(即半字访问)。在实验中字32bit单字节8bit半字为16bit。地址在字访问时忽略最低两位半字访问时忽略最低位倒数第二位为片选字节访问时第二位进行片选。为了避免存储单元中的数据被覆盖需要根据Mode和低二位决定4个存储器哪一个需要去存储。实验电路图如下测试效果图如下引脚的功能如下3MIPS寄存器文件实验寄存器文件寄存器堆是CPU中通用寄存器的集合。以MIPS寄存器文件为例MIPS指令支持32个通用寄存器32个通用寄存器均包含在寄存器文件中其中每个寄存器的内容可以通过对应寄存器编号进行访问类似于一个具有多地址端口和多个数据端口的高速存储器。利用多路选择器、译码器等组件设计实现一个MIPS寄存器文件内容包含32个32位寄存器。实现电路如下电路测试结果如下具体引脚与功能如下:4Cache硬件设计实验本试验采用直接相联映射。假设cache块大小为4W共8行字节地址为16位分为tag、index、offset三个部分因为块大小为4W故offset为2位cache共8行故index为3为tag则为11位。行索引index字段部分经过行索引译码器生成若干行索引译码信号由行索引译码信号选择对应的cache行控制对应行的有效位valid、标记位tag、数据块输出所有行数据输出均采用三态门控制输出至系统数据总线。行译码信号L0-L7连接至对应的三态门控制端只有行译码信号有效的行才会进行输出同一时刻只有一行输出。当选中行有效位为1且标记位与字节地址中的tag相同时数据命中。命中信号hit控制最终的字选择多路选择器的使能端决定具体输出选中行中哪一个字从而实现数据的查找和访问。数据未命中时Miss信号为1当Miss信号和BlkReady信号同时为1时结合行索引译码信号对cache中相应行的valid信号、tag、data进行修改然后取出正确数据。实验效果如下引脚功能如下实现电路如下三、实验工具Logisim仿真实验软件四、遇到的问题及解决方法1.在连接完字库电路后字库测试时发现结果有一定偏差经过与同学讨论得知是未将参考字库存储器中的数据转移至设计电路寄存器中的原因在将参考字库存储器中的数据复制至设计电路存储器中的过程也遇到了难题不知道如何正确对应数据在进一步查询资料学习后问题才得以解决。2.对各实验原理欠缺全面了解。在实验设计之前我重新学习了相关实验的理论知识搞清楚各实验背后的原理然后才尝试进行试验的设计。结合教材上提示的电路原理图以及网上的相关资料最后在理解实验背后理论知识原理的基础上完成了电路的设计工作。3.对于一些元器件的作用不太清楚。由于暂时还没有学习数电对一些元器件的功能没有清楚的认识很多时候无法正确地选择元器件。在查阅大量资料后才解决此问题。五、心得体会总体来说本次试验比上次好。但还是不知道从何处入手去解决问题在翻阅课本和查阅大量资料后才知道怎么去做。在后面的实验中要提前将实验原理理解这样做实验的时候会轻松很多。当然在试验过程中也遇到了很多的问题或是通过查阅相关资料或是和同学探讨或是向老师咨询最后都顺利解决了问题。