计组实验报告最终打印版1

【计算机组织与体系结构实验——FPGA中的存储器与运算器】 实验报告的主题围绕着FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）中的存储器配置和运算器验证。实验主要分为两部分：存储器实验和运算器实验。 **一、存储器实验——LPM_ROM配置与验证** 1. **实验目的**： - 掌握如何在FPGA中配置LPM_ROM（Library Parameterized Modules）即只读存储器。 - 使用文本编辑器创建MIF（Memory Initialization Format）文件来配置ROM，并将其加载到ROM中。 - 验证FPGA中MegaLPM_ROM的功能。 2. **实验原理**： - ALTERA的FPGA内含多种LPM，可以构建不同类型的存储器结构，如lpmrom、lpmramio等。LPM_ROM有五个关键信号：地址信号、数据信号、时钟信号、输出时钟和使能信号。ROM的数据在FPGA配置时通过配置文件一次性写入，且只能读取。 3. **实验步骤**： - 在Quartus II环境中调用lpmrom元件，设定地址和数据总线的宽度。 - 设置ROM的读写权限，指定MIF文件路径。 - 编辑MIF文件，输入微指令码。 - 编译并下载SOF文件到FPGA，通过读取不同地址来验证数据一致性。 - 使用Quartus II的在系统存储模块读写工具进行在系统操作。 **二、运算器实验——ALU功能验证** 1. **实验目的**： - 理解运算器的数据传输路径。 - 验证运算功能发生器的组合逻辑功能。 - 掌握算术逻辑运算（加、减、与）的工作原理。 2. **实验原理**： - ALU181基于74LS181的功能，使用VHDL硬件描述语言实现，具有8位运算能力。运算模式由4位计数器S[3..0]的16种组合决定，可以选择算术或逻辑运算，并产生进位位。 3. **实验步骤**： - 设定输入数据A[7..0]和B[7..0]，通过计数器Sclk控制运算模式。 - 观察和分析运算结果和进位位输出。 **实验结果分析**： 实验中，LPM_ROM的仿真电路图和波形图证明了ROM的正确配置和读取。通过Quartus II工具，能够直接查看和修改FPGA中的ROM数据，并确认其与实验台上数码管显示的一致性。在运算器实验中，通过不同模式的运算验证了ALU的正确性和灵活性，实现了预期的算术和逻辑运算功能。 通过这些实验，学生不仅掌握了FPGA中存储器的配置方法和运算器的逻辑设计，还锻炼了硬件描述语言的应用能力以及数字系统的设计和验证技巧。这些实践技能对于理解和掌握计算机组织与体系结构至关重要，为后续的硬件设计和系统集成打下了坚实的基础。