计算机组成原理第一次试验报告材料

实用文档衆比A哮计算机组成原理 实验报告专业班级姓名机机器号：学号E-mail分步成绩实验表现实验报告总成绩实验一寄存器及数据输出实验一、实验目的1、 掌握寄存器器件的工作原理，了解COP2000模型机所用主要寄存器的位置、作用、数据通路及控 制信号；2、掌握寄存器组的工作原理；3、 了解计算机中多个寄存器不能同时向内部数据总线送出数据的事实一一COP2000实验仪选择某个寄 存器（允许其向DBUS上输出数据）的方法。二、实验原理（一）寄存器COP200用 74HC574来构成寄存器，74HC574勺功能如下：.ocCCLKII6S*5 D7Cp?P4 卫 CD2pi BJU I J _ D1 D0C1D1Q2D-QJD3Q4D4QSD5Q6D6Q7D7Q8D8Q19K I?16121，在CLK的上升沿将输入端的数据打入到 8个触发器中。2,当OC=1时触发器的输出被关闭，当 OC=0时触发器输出数据OCD7：0X；66HRpXXX55HQ7：0zzX55HCLK74HC574工作波形图1、累加器A、暂存器W实验-FU11 JA2、地址寄存器MAfittlMARFNCK*L0DBU97一瓯-縮寄存器A原理图11 1 1)CLK*19r 1IF17$IE6L*?1*Ai a4120BUS5DHL E 丄. tibiAi dblSdMAR堆栈寄存器ST、输出寄存器OUT实验4HC32UBUS?】応LMi IJBUS5 ；厂,(DBLS5 J .DBLS2 RD LSIn2oc卜CLAgf寿19:F虞4r-Jioc15? 1L-1(a13i”IIAA6AJKlAJ2AlAOW4W32 AHLM7;AfiUSJ ； AAU&4 ； ABU&3 ； ABUS J ABUSLABIJ5C寄存器MAR原理图5丁KJE门躲1 DBLS5 ；.5DHUS4- D8US3 : DBL/SJ _ CtUMgl J.DBUW 3Q Q爼第HDcxfKocrr-i仇于CXJTl寄存器OUT原理图（二）寄存器组IQsr丸旳旳eQpa-U7C.I.DnjJQcfQS刃;c!陀MT科弋贝门ZJclg谆1.CUIQ# 0 Q 0Q Q寄存器组R原理图74HC139含有两个独立的24译码器，其引脚与内部逻辑、功能表见实验指导书。（三）数据输出实验COP2000实验仪中有7个寄存器可以向DBUS输出数据，但在某一特定时刻只能有一个寄存器输 出数据。由X0、XI、X2控制信号决定那一个寄存器向数据总线输出数据，而这三个控制信号为 74HC138译码器的三个选择输入端。74HC138用于选片。X0X!X2-IHC138FNorLA.O1.S! OEI3*.OhD_OLR(H：Loc数据输出选择器原理图X2 X1 X0输出寄存器0 0 0IN-OE 外部中断0 0 1IA-OE 中断向量0 1 0ST-OE 堆栈寄存器0 1 1PC-OE PC寄存器1 0 0D-OE直通门1 0 1R-OE 右移门1 1 0L-OE左移门1 1 1没有输出三、实验内容1、A W的写入按下表连线连接信号孔接入孔1J1座J3座2AENK03WENK14ALUCKCLOCK(1)将数据写入A寄存器用手动开关K23 K16进行DBUS7 : 0的数据输入K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号:K0（AEN）K1 （ WEN）01给CLOCK跳变信号：按住CLOCK脉冲键，注意哪个寄存器的黄色指示灯亮起，就是你所选的要写入的寄存器。放开 CLOCK键，一个上升沿即产生，观察寄存器写入的值。55 (2)将数据写入W寄存器 置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号:K0（AEN）K1 （ WEN）10给CLOCK跳变信号，观察寄存器写入的值。552、R?的写入与读出 按下表连接线连接信号孔；接入孔1J1座J3座2RRDK113RWRK104SBK15SAK06RCKCLOCK(1) R ?的写入 写入R0:置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号：K11（ RRD）K10（ RWR）K1 （ SB）K0 （SA）1000给出CLOCK脉冲上升沿。写入R1 :置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号：K11（ RRD）K10（ RWR）K1 （ SB）K0 （SA）1001给出CLOCK脉冲上升沿。写入R2:置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号：K11（ RRD）K10（ RWR）K1 （ SB）K0 （SA）1010给出CLOCK脉冲上升沿。写入R3:置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号：K11（ RRD）K10（ RWR）K1 （ SB）K0 （SA）1011给出CLOCK脉冲上升沿。(2) R ?的读出自己设置RRD、RWR、SB及SA信号，观察R ?的红色指示灯及液晶显示内容。读R0:置控制信号：K11 （RRD）K10（ RWR）K1 （ SB）K0 （SA）0100液晶显示为：55K11（ RRD）K10（ RWR）K1 （ SB）KO （SA）0110读R1 :置控制信号:液晶显示为：55K11（ RRD）K10（ RWR）K1 （ SB）KO （SA）0101读R2 :置控制信号:液晶显示为：55 读R3:置控制信号:K11（ RRD）K10（ RWR）K1 （ SB）K0 （SA）0111液晶显示为：553、MAR、ST、OUT寄存器实验 按下表连接线连接信号孔接入孔1J2座J3座2MAROEK143MARENK154STENK125OUTENK136MARCKCLOCK(1) MAR的写入 置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号:K14（ MAROE）K15（ MAREN）K12（STEN）K13（ OUTEN）1011给出CLOCK脉冲上升沿。ST的写入置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号:K14（ MAROE）K15（ MAREN）K12（STEN）K13（ OUTEN）1101给出CLOCK脉冲上升沿。OUT 置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号:K14（ MAROE）K15（ MAREN）K12（STEN）K13（ OUTEN）1/0110给出CLOCK脉冲上升沿。4、数据输出实验 按下表连线连接信号孔接入孔1J1座J3座2X0K03X1K14X2K2置下表的控制信号，写出指示灯的状态:X2 X1 X0指示灯液晶显示（数据总线值）0 0 0IN灯亮输入门（K23 K16）0 0 1IA灯亮中断向量（由拨动开关给出）0 1 0ST灯亮堆栈寄存器0 1 1PC灯亮PC寄存器1 0 0D灯亮D直通门1 0 1R灯亮R右移门1 1 0L灯亮L左移门1 1 1无没有输出实验二 计数器实验一、实验目的1、掌握程序计数器 PC和微程序计数器 尸C的工作原理；2、掌握COP2000中需要对PC进行置数的条件；二、实验原理（一）微程序计数器jjPCCOP2000实验仪中，微程序计数器 uPC由2片74HC161组成的。指令总线IBUS7 : 0的高六位 被接到 尸C预置输入的高六位， pPC预置的低两位被置为 0。两片161的连接为同步连接。低片 161 的CEP、CET已置为有效，而其进位输出端 TC接至高片161的CEP、CET。:LBUS2FTET胡X.XCK rPFNRTmcs4貰IBUS5丁IBUM lEUsmc./FOPIQ1P2Q2严bTCCEF CET CLKPF LfK141312、11i_PC4 ilECS iPCtf Kf L EP CET n CLKPELiR.疔C原理图当RES=0时，mPC被清0;当IREN=0时，在CK的上升沿，预置数据被打入疔C。指令总线（IBUS ）上的数据可来自一片74HC245。当IREN=1时，在 CK的上升沿， 尸C加1。（二）程序计数器 PC程序计数器PC由2片74HC161组成，能完成加1和预置数功能。程序计数器的输出由 74HC245 保存，74HC245与74HC161的输出相连，74HC245 （2）的输出连接地址总线， 74HC245 （1）的输出 接到数据总线（当 LDPC=0时）。.DBUS6 ? PC-L CK LDPC 匚蔦Tj 口an話；Y AfiLX： K ABUSJ 弋ABUS5 _ -AfiUMr.AM- 1 谊M3 除 B日日目BBb日程序计数器原理图当指令正常执行时，程序计数器完成加1操作；当执行转移指令时， 74HC161用预置数功能，从数据总线接收要跳转的地址。当RES=0寸，PC计数器被清0。当PC+1=1时，在CK的上升沿，PC计数器加一；当LDPC=0寸，在CK的上升沿，预置数据被打入 PC计数器；当PCOE=0寸，PC值送地址总线。在COP2000中，计数允许控制端 PC+1由PCOE取反产生。PC跳转控制电路原理：在 COP2000中，虚拟一片74HC151器件（做在控制芯片 CPLD95108中） 来决定PC是否被预置。74HC151为八选一数据选择器，其真值表及工作原理如下图所示。IK2皿ELI*I UK：PC预置控制原理图当ELP=1时，LDPC=1，不允许 PC被预置；当 ELP=0 , IR3=0 , IR2=0 时，且 Cy=1 时，LDPC=非 Cy，当 PC 被预置; 当 ELP=0 , IR3=0 , IR2=1 时，且 Z=1 时，LDPC=非 Z,当 PC 被预置；当 ELP=0 , IR3=1 , IR2=X 时，LDPC=0 , PC 被预置。三、实验内容（一） PC实验1、PC加一实验连接线表连接信号孔接入孔作用有效电平1J2座J3座将 K23 K16 接入 DBUS7 : 02JRCK0C标志输入3JRZK1Z标志输入4PCOEK2PC输出到地址总线低电平有效5JIR2K3预置选择6JIR3K4预置选择7ELPK5预置允许低电平有效8PCCKCLOCKPC工作脉冲上升沿打入置控制信号为:K2 ( PCOE)K5 ( ELP)00按一次CLOCK脉冲键，CLOCK产生一个上升沿，数据 PC被加一。2、PC预置实验二进制开关K23 K16置入数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号为:ELP (K5)IR3 (K4)IR2 (K3)JRZ (K1)JRC (K0)LDPCPC预置指 示灯状态1XXXX10000X101000X0100011X010010X1001XXX01每置控制信号后，按一下 CLOCK键，观察PC的变化。注意：X表示为任意值（二） pPC实验按下表所示连线连接信号孔接入孔作用有效电平1J2座J3座将 K23 K16 接入 DBUS 702IRENK0预置卩PC低电平有效3EMENK1EM存储器工作使能低电平有效4EMWRK2EM存储器写能低电平有效5EMRDK3EM存储器读能低电平有效6IRCKCLOCKPC工作脉冲上升沿打入1、尸C加一实验设置控制信号为：K3(EMRD)K2(EMWR)K1(EMEN)K0(IREN)1111按一次CLOCK 一次，CLOCK产生一个上升沿，pPC的输出数据被加一。2、尸C预置数据实验用二进制开关K23K16将数据送到数据总线（DBUS ）,置数据？HK23K22K21K20K19K18K17K1601010101设置控制信号为:K3(EMRD)K2(EMWR)K1(EMEN)K0(IREN)X000按住CLOCK键，CLOCK由高变低，这时尸C的黄色预置指示灯亮， 表明 尸C被预置数。放开CLOCK 键，CLOCK产生下降沿，数据?H被写入 疔C寄存器。四、思考题寄存器1、 AEN、WEN同时为高电平或同时为低电平时，给出CLOCK上升沿，会有什么结果？并解释之K0=K1=0时，同时写入数据 55; K0=K1=1时，寄存器数据不发生变化。因为A W寄存器的使能端都是低有效。2、寄存器组的数据读出与 CLOCK脉冲是否有关系？由此说明寄存器的数据打入与读出在控制上的差 别。无关。寄存器数据打入与脉冲有关，获得一个脉冲，打入一个当前数据，而其读出与脉冲无关，因为0C始终接地。3、总结寄存器部分实验有多少个控制信号，并写出其作用。AEN :选通 A; WEN :选通 W; ALUCK : ALU 工作脉冲；RRD :寄存器组读使能； RWR :寄存 器组写使能；SA:寄存器选择 A ; SB:寄存器选择 B ; RCK :寄存器组工作脉冲； MAROE : MAR地 址输出使能；MAREN : MAR写使能；STEN : ST寄存器写使能；OUTEN : OUT寄存器写使能；CK : 寄存器工作脉冲。计数器1、请叙述程序计数器 PC、微程序计数器 尸C工作原理，两者在预置条件上有何区别？程序计数器PC工作原理如下：程序计数器是包含当前正在执行的指令的地址，当某个指令被获 取，程序计数器的存储地址加一，指向顺序中的下一个指令。在程序开始执行前，必须将它的起始 地址，即第一条指令所在的内存单元地址送入程序计数器。当执行指令时，处理器将自动修改PC的内容，即每执行一条指令PC增加一个量，这个量等于指令所含的字节数，以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址。由于大多数指令都是按顺序来执行的，所以修改的过程通常只是简单的对PC加1,但是，当遇到转移指令如 JMP指令时，后继指令的地址必须从指令寄存器中的地 址字段取得。在这种情况下，下一条从内存取出的指令将由转移指令来规定，而不像通常一样按顺 序来取得。微程序计数器 尸C工作原理如下：一般情况下，由 尸C+1来指向下条微指令在控存中的地址，只有遇到转移类微指令才会改变mPC的内容以实现微程序的转移。这种结构的优点是微指令的字长有效缩短，从而可减少控制存储器的容量。两者在预置条件上的区别如下：对于uPC,当RES=0时，疔C被清0;当IREN=0时，在CK 的上升沿，预置数据被打入 尸C。当IREN=1时，在CK的上升沿，尸C加1。对于PC,当ELP=1 时，LDPC=1，不允许 PC 被预置；当 ELP=0，IR3=0，IR2=0 时，且 Cy=1 时，LDPC=非 Cy，当PC 被预置；当 ELP=0，IR3=0，IR2=1 时，且 Z=1 时，LDPC=非 Z，当 PC 被预置；当 ELP=0，IR3=1， IR2=X 时，LDPC=0，PC 被预置。2、 在程序计数器 PC中ELP控制信号的作用；设置什么控制信号可实现PC计数操作？ELP 低电平有效，ELP=1时PC不预置，ELP=0时PC预置。3、 对微程序计数器 疔C进行预置操作时，如果置入数据12H ,尸C模块中的数码管还显示 12吗？观 察结果并解释之。 不是，因为后两位接地，只显示 10H。五、实验体会及建议实验遇到的问题及解决办法；某些控制信号置高电平或低电平时实验结果相同，导致实验操作混乱。解决：清楚实验基本工作原理， 分情况讨论。实验内容是否合适：（内容多，适中，内容少）；适中。对本次实验的建议，以及以后实验内容安排的建议等。无。