東北大學計算機組成原理實驗報告Word版

1、傳播優(yōu)秀word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！機器號_計算機組成原理 實驗報告專業(yè)班級 姓 名 機器號:學 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、實驗目的1、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來構成寄存器，74hc574的功能如下：1， 在clk的上升沿將輸入端的數(shù)據(jù)打入

2、到8個觸發(fā)器中。2， 當oc=1時觸發(fā)器的輸出被關閉，當oc=0時觸發(fā)器輸出數(shù)據(jù)。 74hc574工作波形圖1、累加器a、暫存器w實驗2、地址寄存器mar、堆棧寄存器st、輸出寄存器out實驗寄存器mar原理圖 寄存器st原理圖寄存器out原理圖（二）寄存器組寄存器組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、功能表見實驗指導書。（三）數(shù)據(jù)輸出實驗cop2000實驗儀中有7個寄存器可以向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、x1、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。74hc1

3、38用于選片。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k23k16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

4、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）k1

5、0（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（

6、sb）k0（sa）1011給出clock脈沖上升沿。(2) r？的讀出自己設置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）0100液晶顯示為：55h讀r1：置控制信號：k11（rrd）k10（rwr）k1（sb）k0（sa）0101液晶顯示為：57h讀r2：置控制信號：k11（rrd）k10（rwr）k1（sb）k0（sa）0110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

7、連接信號孔接入孔1j2座j3座2maroek143marenk154stenk125outenk136marckclock(1) mar的寫入(55h)置數(shù)據(jù)：k23k22k21k20k19k18k17k1601010101置控制信號：k14（maroe）k15（maren）k12（sten）k13（outen）0011給出clock脈沖上升沿。(2) 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。(3) out置數(shù)據(jù)：k23

8、k22k21k20k19k18k17k1601010101置控制信號：k14（maroe）k15（maren）k12（sten）k13（outen）1110給出clock脈沖上升沿。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（k23k16）0 0 1ia中斷向量（由撥動開關給出）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 實驗二 計數(shù)器實驗一、實驗目的1、掌握程序計

9、數(shù)器pc和微程序計數(shù)器pc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（一）微程序計數(shù)器pccop2000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pc預置輸入的高六位，pc預置的低兩位被置為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。pc原理圖當res=0時，pc被清0；當iren=0時，在ck的上升沿，預置數(shù)據(jù)被打入pc。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，pc加1。（二）程序計數(shù)器p

10、c 程序計數(shù)器pc由2片74hc161組成，能完成加1和預置數(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）。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)行轉移指令時，74hc161用預置數(shù)功能，從數(shù)據(jù)總線接收要跳轉的地址。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ldpc=0時，在ck的上升沿，預置數(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

11、+1由pcoe取反產(chǎn)生。pc跳轉控制電路原理：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。 pc預置控制原理圖 當elp=1時，ldpc=1，不允許pc被預置；當elp=0，ir3=0，ir2=0時，且cy=1時，ldpc=非cy，當pc被預置；當elp=0，ir3=0，ir2=1時，且z=1時，ldpc=非z，當pc被預置；當elp=0，ir3=1，ir2=x時，ldpc=0，pc被預置。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1j

12、2座j3座將k23k16接入dbus7：02jrck0c標志輸入3jrzk1z標志輸入4pcoe k2pc輸出到地址總線低電平有效5jir2k3預置選擇6jir3k4預置選擇7elpk5預置允許低電平有效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，數(shù)據(jù)pc被加一。2、pc預置實驗二進制開關k23k16置入數(shù)據(jù)：k23k22k21k20k19k18k17k1601010101置控制信號為：elpir3ir2jrzjrcldpcpc預置指（k5）（k4）（k3）（k1）（k0）示燈狀態(tài)1xxxx1n00

13、0x10y000x01n0011x0y0010x1n01xxx0y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）pc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k23k16接入dbus702irenk0預置pc低電平有效3emenk1em存儲器工作使能低電平有效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、pc加一實驗設置控制信號為：k3(emrd)k2(emwr)k1(emen)k0(iren)0001按一次clock一次，clock產(chǎn)生一個上升沿，pc的輸出數(shù)據(jù)被加

14、一。2、pc預置數(shù)據(jù)實驗用二進制開關k23k16將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線（dbus），置數(shù)據(jù)57hk23k22k21k20k19k18k17k1601010111設置控制信號為：k3(emrd)k2(emwr)k1(emen)k0(iren)0000 按住clock鍵，clock由高變低，這時pc的黃色預置指示燈亮，表明pc被預置數(shù)。放開clock鍵，clock產(chǎn)生下降沿，數(shù)據(jù)?h被寫入pc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

15、器都不寫入數(shù)據(jù)。由圖可知aenwen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： 無關寄存器輸入需要clock提供上升沿信號，而讀出不需要，因為oc始終接地為低電平有效。3、 總結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

16、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pc工作原理，兩者在預置條件上有何區(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

17、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pc工作原理如下：一般情況下，由pc+1來指向下條微指令在控存中的地址，只有遇到轉移類微指令才會改變pc的內(nèi)容以實現(xiàn)微程序的轉移。這種結構的優(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。兩者在預置條件上的區(qū)別如下：（1）對于pc，當res=0時，pc被清0；當iren=0

18、時，在ck的上升沿，預置數(shù)據(jù)被打入pc。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，pc加1。（2）對于pc，當elp=1時，ldpc=1，不允許pc被預置；當elp=0，ir3=0，ir2=0時，且cy=1時，ldpc=非cy，當pc被預置；當elp=0，ir3=0，ir2=1時，且z=1時，ldpc=非z，當pc被預置；當elp=0，ir3=1，ir2=x時，ldpc=0，pc被預置。2、 在程序計數(shù)器pc中elp控制信號的作用；設置什么控制信號可實現(xiàn)pc計數(shù)操作？ 答：設置什么控制信號可實現(xiàn)pc計數(shù)操作：elp=1，不允許pc被預置，elp=0，允許pc被預置