計算機組成原理實驗報告

1、機器號_計算機組成原理 實驗報告專業(yè)班級 計算機姓 名 xx機器號:xx學(xué) 號xxE-mailxx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：1， 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， 當(dāng)OC=1

2、時觸發(fā)器的輸出被關(guān)閉，當(dāng)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(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。74HC138用于選片。數(shù)據(jù)輸出選擇器原理

3、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(guān)K23K16進(jìn)行DBUS7：0的數(shù)據(jù)輸入K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號：K0（AEN）K1（WEN）01給CLOCK跳變信號：按住CLOCK脈沖鍵，注意哪個寄

4、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）10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R0：55置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）1000給

5、出CLOCK脈沖上升沿。寫入R1：55置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）1001給出CLOCK脈沖上升沿。寫入R2：55置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）1010給出CLOCK脈沖上升沿。寫入R3：55置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）1011給出CLOCK脈沖上升沿。(2) R？

6、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R0：55置控制信號：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）0100液晶顯示為：讀R1：55置控制信號：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）0101液晶顯示為：讀R2：55置控制信號：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）0110液晶顯示為：讀R3：55置控制信號：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）0111液晶顯示為：3、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2MAROEK143MARENK154ST

7、ENK125OUTENK136MARCKCLOCK(1) MAR的寫入置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號：K14（MAROE）K15（MAREN）K12（STEN）K13（OUTEN）1011給出CLOCK脈沖上升沿。(2) ST的寫入置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101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)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號：K14（MAROE）K

8、15（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燈亮輸入門（K23K16）0 0 1IA燈亮中斷向量（由撥動開關(guān)給出）0 1 0ST燈亮堆棧寄存器0 1 1PC燈亮PC寄存器1 0 0D燈亮D直通門1 0 1R燈亮R右移門1 1 0L燈亮L左移門1 1 1無沒有輸出 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µPC的工作原理；2、掌握COP2

9、000中需要對PC進(jìn)行置數(shù)的條件；二、實驗原理（一）微程序計數(shù)器µPCCOP2000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µPC預(yù)置輸入的高六位，µPC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(jìn)位輸出端TC接至高片161的CEP、CET。µPC原理圖當(dāng)RES=0時，µPC被清0；當(dāng)IREN=0時，在CK的上升沿，預(yù)置數(shù)據(jù)被打入µPC。指令總線（IBUS）上的數(shù)據(jù)可來自一片74HC245。當(dāng)IREN=1時，在CK的上升沿，µ

10、;PC加1。（二）程序計數(shù)器PC 程序計數(shù)器PC由2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(dāng)LDPC=0時）。程序計數(shù)器原理圖 當(dāng)指令正常執(zhí)行時，程序計數(shù)器完成加1操作；當(dāng)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(dāng)RES=0時，PC計數(shù)器被清0。當(dāng)PC+1=1時，在CK的上升沿，PC計數(shù)器加一；當(dāng)LDPC=0時，在CK的上升沿，預(yù)置數(shù)據(jù)被打入PC計數(shù)器；當(dāng)PCOE=0時，PC值送地址總線。在COP

11、2000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。 PC預(yù)置控制原理圖 當(dāng)ELP=1時，LDPC=1，不允許PC被預(yù)置；當(dāng)ELP=0，IR3=0，IR2=0時，且Cy=1時，LDPC=非Cy，當(dāng)PC被預(yù)置；當(dāng)ELP=0，IR3=0，IR2=1時，且Z=1時，LDPC=非Z，當(dāng)PC被預(yù)置；當(dāng)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

12、接信號孔接入孔作用有效電平1J2座J3座將K23K16接入DBUS7：02JRCK0C標(biāo)志輸入3JRZK1Z標(biāo)志輸入4PCOE K2PC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，數(shù)據(jù)PC被加一。2、PC預(yù)置實驗二進(jìn)制開關(guān)K23K16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)

13、置指示燈狀態(tài)1 XXXX1不亮000X10亮000X11不亮0011X0亮0011X1不亮01XXX0亮每置控制信號后，按一下CLOCK鍵，觀察PC的變化。注意：X表示為任意值（二）µPC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(yù)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6IRCKCLOCKµPC工作脈沖上升沿打入1、µPC加一實驗設(shè)置控制信號為：K3(EMRD)K2(EMWR)K1(EMEN)K0(IREN)

14、0001按一次CLOCK一次，CLOCK產(chǎn)生一個上升沿，µPC的輸出數(shù)據(jù)被加一。2、µPC預(yù)置數(shù)據(jù)實驗用二進(jìn)制開關(guān)K23K16將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線（DBUS），置數(shù)據(jù)?HK23K22K21K20K19K18K17K1601010101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µPC的黃色預(yù)置指示燈亮，表明µPC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µPC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C

15、LOCK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(jìn)行或運算，CLOCK上升沿時同進(jìn)同不進(jìn)。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。         寄存器組的數(shù)據(jù)讀出與CLOCK脈沖沒有關(guān)系，寄存器的數(shù)據(jù)打入與讀出的控制是不相同的，

16、寄存器的數(shù)據(jù)打入需要CLOCK脈沖的上升沿，而讀出時不需要并不需要脈沖的上升沿 。3、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：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

17、：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µPC工作原理，兩者在預(yù)置條件上有何區(qū)別？        程序計數(shù)器PC工作原理如下：程序計數(shù)器是包含當(dāng)前正在執(zhí)行的指令的地址，當(dāng)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

18、內(nèi)存單元地址送入程序計數(shù)器。當(dāng)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(dāng)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µPC工作原理如下：一般情況下，由µPC+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µPC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µPC，當(dāng)RES=0時，µPC被清0；當(dāng)IREN=0時，在CK的上升沿，預(yù)置數(shù)據(jù)被打入µPC。指令總線（IBUS）上的數(shù)據(jù)可來自一片74HC245。當(dāng)IREN=1時，在CK的上升沿，µPC加1。（2）對于PC，當(dāng)ELP=1時，LDPC=1，不允許PC被預(yù)置；當(dāng)ELP=0，IR3=0，IR2=0時，且C