東北大學(xué)計算機組成原理實驗報告材料

1、衆(zhòng)比A哮計算機組成原理實驗報告專業(yè)班級姓名機機器號：學(xué)號E-mail分步成績實驗表現(xiàn)實驗報告總成績實驗一寄存器及數(shù)據(jù)輸出實驗一、實驗?zāi)康?、 掌握寄存器器件的工作原理，了解COP2000模型機所用主要寄存器的位置、作用、數(shù)據(jù)通路及控制信號；2、掌握寄存器組的工作原理；3、 了解計算機中多個寄存器不能同時向內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送出數(shù)據(jù)的事實一一COP2000實驗儀選擇某個寄 存器（允許其向DBUS上輸出數(shù)據(jù)）的方法。二、實驗原理（一）寄存器COP2000用74HC574來構(gòu)成寄存器，74HC574的功能如下：74HWA0C3FCLK b CLK1,在CLK的上升沿將輸入端的數(shù)據(jù)打入到 8個觸發(fā)器中。2，

2、當OC=1時觸發(fā)器的輸出被關(guān)閉，當 OC=0時觸發(fā)器輸出數(shù)據(jù)OCD7:0MH則R?：oxx X PhQ7:0ZZX5 陽CLK74HC574工作波形圖1、累加器A、暫存器W實驗-FU11 JAA6AJKJAJ2AlAO寄存器A原理圖*1 孔11 1 1)CLK*19廠1IF17$Iti6L*?1*i a4120BUS51M3LEJ2. tibiAi dblSdw.iWji2W32、地址寄存器MAR、堆棧寄存器 ST、輸出寄存器 OUT實驗MARFNCK4HC32UBUS?n2oc卜CLAgf壽19:F虞4r-Jioc15? 1L-1(a13i”II】応LMiABUSL ABIJ5C IJBUS

3、5 ； 廠,(DBLS5 J .DBLS2 RD LSI AHLM7;AfiUSJ ； AAU&4 ； ABU&3 ； ABUS J寄存器MAR原理圖MOESTEMQ Q?QQP Q QI T- L- 1百卜壬 曲S男誥S盅npi -h oiiEus .爼第HDcxfKocrr-i仇于CXJTl寄存器OUT原理圖（二）寄存器組IQsr丸旳旳eQpa-U7C.I.DnjJQcfQS刃;c!陀MT科弋貝門ZJclg諄1.CUIQ# 0 Q 0Q Q寄存器組R原理圖74HC139含有兩個獨立的24譯碼器，其引腳與內(nèi)部邏輯、功能表見實驗指導(dǎo)書。（三）數(shù)據(jù)輸出實驗COP2000實驗儀中有7個寄存器可以向

4、 DBUS輸出數(shù)據(jù)，但在某一特定時刻只能有一個寄存器輸 出數(shù)據(jù)。由X0、XI、X2控制信號決定那一個寄存器向數(shù)據(jù)總線輸出數(shù)據(jù)，而這三個控制信號為 74HC138譯碼器的三個選擇輸入端。74HC138用于選片。X0X!X2-IHC138FNorLA.O1.S! OEI3*.OhD_OLR(H：Loc數(shù)據(jù)輸出選擇器原理圖X2 X1 X0輸出寄存器0 0 0IN-OE 外部中斷0 0 1IA-OE 中斷向量0 1 0ST-OE堆棧寄存器0 1 1PC-OE PC寄存器1 0 0D-OE 直通門1 0 1R-OE 右移門1 1 0L-OE 左移門1 1 1沒有輸出三、實驗內(nèi)容1、A、W的寫入按下表連線

5、連接信號孔接入孔1J1座J3座2AENK03WENK14ALUCKCLOCK(1)將數(shù)據(jù)寫入A寄存器用手動開關(guān)K23 K16進行DBUS7 : 0的數(shù)據(jù)輸入(87)K23K22K21K20K19K18K17K1610000111置控制信號:K0（AEN）K1 （ WEN）10給CLOCK跳變信號：按住 CLOCK脈沖鍵，注意哪個寄存器的黃色指示燈亮起，就是你所選的要寫入 的寄存器。放開 CLOCK鍵，一個上升沿即產(chǎn)生，觀察寄存器寫入的值。(2)將數(shù)據(jù)寫入W寄存器 置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號:K0（AEN）K1 （ WEN）01給CLOCK

6、跳變信號，觀察寄存器寫入的值。 2、R?的寫入與讀出 按下表連接線連接信號孔接入孔1J1座J3座2RRDK113RWRK104SBK15SAK06RCKCLOCK(1) R ?的寫入 寫入 R0: (55H) 置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號：K11（ RRD）K10（ RWR）K1 （ SB）K0 （SA）1000給出CLOCK脈沖上升沿。寫入 R1 :( 57H)置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010111置控制信號：K11（ RRD）K10（ RWR）K1 （ SB）K0 （SA）1001給出CLOCK脈沖上升

7、沿。(58h)寫入R2:置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601011000置控制信號：K11（ RRD）K10（ RWR）K1 （ SB）K0 （SA）1010給出CLOCK脈沖上升沿。寫入 R3: (59h)置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601011001置控制信號：K11（ RRD）K10（ RWR）K1 （ SB）K0 （SA）1011給出CLOCK脈沖上升沿。(2) R ?的讀出自己設(shè)置RRD、RWR、SB及SA信號，觀察 R?的紅色指示燈及液晶顯示內(nèi)容。讀R0:置控制信號：K11 （RRD）K10（ RWR）K1 （ SB）K0 （SA）

8、0100液晶顯示為：55HK11（ RRD）K10（ RWR）K1 （ SB）K0 （SA）0110讀R1 :置控制信號:液晶顯示為：57HK11（ RRD）K10（ RWR）K1 （ SB）KO （SA）0101讀R2 :置控制信號:液晶顯示為：58H 讀R3:置控制信號:K11（ RRD）K10（ RWR）K1 （ SB）K0 （SA）0111液晶顯示為：59H3、MAR、ST、OUT寄存器實驗 按下表連接線連接信號孔接入孔1J2座J3座2MAROEK143MARENK154STENK125OUTENK136MARCKCLOCK(1) MAR 的寫入(55h) 置數(shù)據(jù)：K23K22K21K

9、20K19K18K17K1601010101置控制信號:K14（ MAROE）K15（ MAREN）K12（STEN）K13（ OUTEN）0011給出CLOCK脈沖上升沿。ST的寫入(57H) 置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010111置控制信號:K14（ MAROE）K15（ MAREN）K12（STEN）K13（ OUTEN）1101給出CLOCK脈沖上升沿。OUT 置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號:K14（ MAROE）K15（ MAREN）K12（STEN）K13（ OUTEN）1110給出CLOCK脈沖

10、上升沿。4、數(shù)據(jù)輸出實驗 按下表連線連接信號孔接入孔1J1座J3座2X0K03X1K14X2K2置下表的控制信號，寫出指示燈的狀態(tài):X2 X1 X0指示燈液晶顯示（數(shù)據(jù)總線值）0 0 0IN輸入門（K23 K16）0 0 1IA中斷向量（由撥動開關(guān)給出）0 1 0ST堆棧寄存器0 1 1PCPC寄存器1 0 0DD直通門1 0 1RR右移門1 1 0LL左移門1 1 1IR沒有輸出CK rPFr RST15nTT_uPCJ iPCtf- 1-FC7實驗二計數(shù)器實驗一、實驗?zāi)康?、掌握程序計數(shù)器 PC和微程序計數(shù)器 尸C的工作原理；2、掌握COP2000中需要對PC進行置數(shù)的條件；二、實驗原理（

11、一）微程序計數(shù)器 jjPCCOP2000實驗儀中，微程序計數(shù)器uPC由2片74HC161組成的。指令總線IBUS7 : 0的高六位被接到pPC預(yù)置輸入的高六位，疔C預(yù)置的低兩位被置為 0。兩片161的連接為同步連接。低片161的CEP、CET已置為有效，而其進位輸出端TC接至高片161的CEP、CET。 ilP EP CET n CLK PE沁74HC151疔c原理圖當RES=0時，mPC被清0;當IREN=0時，在CK的上升沿，預(yù)置數(shù)據(jù)被打入 疔C。指令總線（IBUS ）上的數(shù)據(jù)可來自一片74HC245。當IREN=1時，在 CK的上升沿， 尸C加1。（二）程序計數(shù)器 PC程序計數(shù)器PC由2

12、片74HC161組成，能完成加1和預(yù)置數(shù)功能。程序計數(shù)器的輸出由 74HC245 保存，74HC245與74HC161的輸出相連，74HC245 （2）的輸出連接地址總線， 74HC245 （1）的輸出 接到數(shù)據(jù)總線（當 LDPC=0時）。(DHUSi CK.LDPCY AfiLX： K ABUSJ 弋ABUS5 _ -AfiUMr.AM- 1 誼M3 除 B日日目BBb日程序計數(shù)器原理圖當指令正常執(zhí)行時，程序計數(shù)器完成加1操作；當執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令時， 74HC161用預(yù)置數(shù)功能，從數(shù)據(jù)總線接收要跳轉(zhuǎn)的地址。當RES=0時，PC計數(shù)器被清0。當PC+1=1時，在CK的上升沿，PC計數(shù)器加一；當LD

13、PC=0時，在CK的上升沿，預(yù)置數(shù)據(jù)被打入PC計數(shù)器；當PCOE=0時，PC值送地址總線。在COP2000中，計數(shù)允許控制端 PC+1由PCOE取反產(chǎn)生。PC跳轉(zhuǎn)控制電路原理：在 COP2000中，虛擬一片 74HC151器件（做在控制芯片 CPLD95108 中） 來決定PC是否被預(yù)置。74HC151為八選一數(shù)據(jù)選擇器，其真值表及工作原理如下圖所示。IK2ELI*10口 口(3他15|門 ABz -zI. LUKPC預(yù)置控制原理圖當ELP=1時，LDPC=1，不允許 PC被預(yù)置；當 ELP=0，IR3=0，IR2=0 時，且 Cy=1 時，LDPC=非 Cy，當 PC 被預(yù)置; 當 ELP=

14、0，IR3=0，IR2=1 時，且 Z=1 時，LDPC=非 Z,當 PC 被預(yù)置；當 ELP=0，IR3=1，IR2=X 時，LDPC=0，PC 被預(yù)置。三、實驗內(nèi)容（一） PC實驗1、PC加一實驗連接線表連接信號孔接入孔作用有效電平1J2座J3座將 K23 K16 接入 DBUS7 : 02JRCK0C標志輸入3JRZK1Z標志輸入4PCOEK2PC輸出到地址總線低電平有效5JIR2K3預(yù)置選擇6JIR3K4預(yù)置選擇7ELPK5預(yù)置允許低電平有效8PCCKCLOCKPC工作脈沖上升沿打入置控制信號為:K2 ( PCOE)K5 ( ELP)00按一次CLOCK脈沖鍵，CLOCK產(chǎn)生一個上升沿

15、，數(shù)據(jù) PC被加一。2、PC預(yù)置實驗二進制開關(guān)K23 K16置入數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號為:ELP (K5)IR3 (K4)IR2 (K3)JRZ (K1)JRC (K0)LDPCPC預(yù)置指 示燈狀態(tài)1XXXX1N000X10Y000X01N0011X0Y0010X1N01XXX0Y每置控制信號后，按一下 CLOCK鍵，觀察PC的變化。注意：X表示為任意值（二） pPC實驗按下表所示連線連接信號孔接入孔作用有效電平1J2座J3座將 K23 K16 接入 DBUS7 02IRENK0預(yù)置卩PC低電平有效3EMENK1EM存儲器工作使能低電平

16、有效4EMWRK2EM存儲器寫能低電平有效5EMRDK3EM存儲器讀能低電平有效6IRCKCLOCKPC工作脈沖上升沿打入1、尸C加一實驗 設(shè)置控制信號為：K3(EMRD)K2(EMWR)K1(EMEN)K0(IREN)0001按一次CLOCK 一次，CLOCK產(chǎn)生一個上升沿，尸C的輸出數(shù)據(jù)被加一。2、尸C預(yù)置數(shù)據(jù)實驗用二進制開關(guān)K23K16將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線（DBUS）,置數(shù)據(jù)57HK23K22K21K20K19K18K17K1601010111設(shè)置控制信號為:K3(EMRD)K2(EMWR)K1(EMEN)K0(IREN)0000按住CLOCK鍵，CLOCK由高變低，這時尸C的黃色預(yù)置指示

17、燈亮， 表明 尸C被預(yù)置數(shù)。放開CLOCK 鍵，CLOCK產(chǎn)生下降沿，數(shù)據(jù)？?H被寫入尸C寄存器。四、思考題寄存器1、 AEN、WEN同時為高電平或同時為低電平時，給出CLOCK上升沿，會有什么結(jié)果？并解釋之答：AEN、WEN同為低電平時 AW寄存器同時寫入數(shù)據(jù)， AEN、WEN同時為高電平時， AW寄存器都不寫入數(shù)據(jù)。由圖可知AEN WEN分別與CK相連進行或運算，CLOCK上升沿時同進同不進。2、 寄存器組的數(shù)據(jù)讀出與 CLOCK脈沖是否有關(guān)系？由此說明寄存器的數(shù)據(jù)打入與讀出在控制上的差 別。答：無關(guān) 寄存器輸入需要 CLOCK提供上升沿信號，而讀出不需要，因為0C始終接地為低電平有效。3

18、、總結(jié)寄存器部分實驗有多少個控制信號，并寫出其作用。答：答：AEN、WEN為寄存器A、W寫入控制信號，低有效。RRD、RWR為寄存器組寫入讀出控制信號， 1、0代表寫入，0、1代表讀出。SB、SA為寄存器組 選定信號，00-R0、01-R1、10-R2、11-R3。MAROE、MAREN、STEN、OUTEN 為 MAR、ST、 OUT寄存器控制信號。 MAROE :控制MAR內(nèi)容是否輸出到 ABUS。MAREN、STEN、OUTEN 分別控制 DBUS 中數(shù)據(jù)寫入寄存器的選定。 011-MAR、101-ST、110-OUT。計數(shù)器1、請敘述程序計數(shù)器 PC、微程序計數(shù)器 尸C工作原理，兩者在

19、預(yù)置條件上有何區(qū)別？答：程序計數(shù)器PC工作原理如下：程序計數(shù)器是包含當前正在執(zhí)行的指令的地址，當某個指令被獲取，程序計數(shù)器的存儲地址加一，指向順序中的下一個指令。在程序開始執(zhí)行前，必須將它的起始地 址，即第一條指令所在的內(nèi)存單元地址送入程序計數(shù)器。當執(zhí)行指令時，處理器將自動修改 PC的內(nèi)容，即每執(zhí)行一條指令 PC增加一個量，這個量等于指令所含的字節(jié)數(shù)，以便使其保持的總是將要執(zhí)行的下一條指令的地址。由于大多數(shù)指令都是按順序來執(zhí)行的，所以修改的過程通常只是簡單的對PC加1,但是，當遇到轉(zhuǎn)移指令如 JMP指令時，后繼指令的地址必須從指令寄存器中的地址字段取得。在這種 情況下，下一條從內(nèi)存取出的指令將由轉(zhuǎn)移指令來規(guī)定，而不像通常一樣按順序來取得。微程序計數(shù)器 尸C工作原理如下： 一般情況下，由 尸C+1來指向下條微指令在控存中的地址，只有遇到轉(zhuǎn)移類 微指令才會改變 iPC的內(nèi)容以實現(xiàn)微程序的轉(zhuǎn)移。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是微指令的字長有效縮短，從而可 減少控制存儲器的容量。兩者在預(yù)置條件上的區(qū)別如下： （1）對于尸C,當RES=