完整word版计算机组成原理实验14Word文件下载.docx
《完整word版计算机组成原理实验14Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《完整word版计算机组成原理实验14Word文件下载.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
表1—2寄存器组R0～R3的选择及控制
选择端
控制端
功能描述
SB
SA
RRD
RWR
CK
1
＊
Y0为0，选中R0，内部触发器数据输出（读出）
Y1为0，选中R1，数据输出
Y2为0，选中R2，数据输出
Y3为0,选中R3，数据输出
↑
Y0为0，选中R0，数据写入内部触发器（写入）
Y1为0,选中R1，数据写入
Y2为0，选中R2,数据写入
Y3为0,选中R3，数据写入
思考题3:
给寄存器赋值（写入）R1=31H、R3=33H，具体如何操作？
读取寄存器R1的值，又如何操作？
（二）CPTH组成原理实验平台
1、在CPTH实验平台上，给寄存器A、W赋值。
具体实验连线见表1-3.
表1-3寄存器A、W实验连线表
系统清零和手动状态设定：
K23—K16开关置零,按[RST]钮；
按键盘上的[TV/ME]键三次，液晶屏上显示"
Hand。
.。
."
，进入手动状态。
（在后面实验中实验模式为手动的操作方法不再详述）
（1）将55H写入A寄存器
二进制开关K23-K16用于DBUS［7：
0]的数据输入,置数据55H.
WEN接K4、AEN接K3，置控制信号为：
按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器A的黄色选择指示灯亮,表明选择A寄存器。
放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。
（注意观察:
数据是在放开STEP键后改变的，也就是CK的上升沿数据被打入。
）
思考题4：
如果将66H同时写入寄存器A、W,应如何设置控制信号?
2、在CPTH实验平台上，对寄存器R0，R1,R2，R3进行读写操作。
具体的实验连线见表1-4。
表1-4寄存器组R0~R3实验连线表
（1）将11H写入R0寄存器
二进制开关K23—K16用于DBUS［7:
0]的数据输入，置数据11H；
置控制信号为：
按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器R0的黄色选择指示灯亮,表明选择R0寄存器。
放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据11H被写入R0寄存器.
（2）将22H写入R1寄存器
二进制开关K23—K16用于DBUS［7：
0]的数据输入，置数据22H；
置控制信号为:
按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器R1的黄色选择指示灯亮,表明选择R1寄存器。
放开STEP键，CK由低变高,产生一个上升沿,数据22H被写入R1寄存器。
（3）读R0寄存器
这时寄存器R0的红色输出指示灯亮,R0寄存器的数据送上数据总线。
此时数据总线指示灯L7。
。
.L0为：
00010001，将K11（RRD）置为1,关闭R0寄存器输出。
（4）读R1寄存器
这时寄存器R1的红色输出指示灯亮，R1寄存器的数据送上数据总线。
..L0为：
00100010。
将K11（RRD）置为1，关闭R1寄存器输出。
（注意观察：
数据在K11（RRD）为0时输出，不需要上升沿触发，与数据打入不同.）
思考题5：
从开关输入的数据经寄存器R0传送到数据总线的过程中，有哪些控制信号及相应的取值是什么？
四、实验报告
1、简述CPTH实验平台上,如何对寄存器A、W的进行读写.
2、回答思考题。
实验二运算器及输出实验
1、了解运算器ALU的组成及控制方法。
2、CPTH实验箱中数据输出到数据总线的选择控制。
二、实验内容
1、运算器ALU组成电路
图2—1中的运算器ALU由两片74LS181（4位运算功能发生器）构成。
其中74LS181
（1）做低4位算术逻辑运算，74LS181
（2）做高4位算术逻辑运算,74LS181
（1）的进位输出信号Cn+4与74LS181
（2）的进位输入信号Cn相连，两片74LS181的控制信号S3~S0、M分别相连。
两片4位的74LS181构成了8位字长的ALU；
两片8位数据锁存器74LS273作为工作寄存器A和B，用于暂存参与运算的数据；
参与运算的数据由数据开关通过三态门74LS245送入工作寄存器，ALU的运算结果也通过三态门74LS245发送到数据显示灯上。
74LS245是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。
使能端CE=0、且AB=1时，数据从A→B;
使能端CE=0、且AB=0时，数据从B→A；
CE=1时，AB两端为高阻状态。
74LS273是带清除功能的8D触发器，做为8位的数据锁存器。
MR=0时，输出全为0（清零）;
MR=1，且CLK上升沿来时，Q=D。
图2—1运算器ALU的组成电路
参与运算的数据由SW7~SW0二进制开关来设置，当SW—BUS=0时，数据通过三态门74LS245输出到数据锁存器A和B。
在CK1的上升沿将数据打入A寄存器，同时送至74LS181的A输入口;
在CK2的上升沿将数据打入B寄存器,并送至74LS181的B输入口。
在proteus平台，运行电路：
运算器电路。
DSN。
验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能。
观察输出信号灯的亮灭，填写表2—1，并和理论值进行比较、验证。
（给定A=65H、B=97H，要求将输出结果转换成十六进制的数填入表2-1中）
具体操作步骤：
1）运行电路；
2）设置SW7~SW0开关为65H=01100101B；
3）设置SW-BUS=0，打开数据输入端的三态门；
4）按下CK1按钮，提供一个脉冲信号的上升沿，数据打入寄存器A；
5）设置SW7～SW0开关为97H=10010111B；
6）按下CK2按钮,提供一个脉冲信号的上升沿,数据打入寄存器B；
7）设置Cn=1，ALU无进位输入；
8）设置ALU-BUS=0，打开ALU输出端的三态门；
9）将S3～S0=0000、M=0，输出指示灯应显示A中的数据01100101B；
10）将S3~S0=1010、M=1,输出指示灯应显示B中的数据10010111B；
11）改变ALU的功能模式,观察的输出（二进制数），转换成十六进制数填入表2—1中.
表2—174LS181运算器功能验证表
注意：
AB表示A、B的逻辑与运算；
A'
表示A的逻辑非运算；
A+B表示A、B的逻辑或运算；
A
B表示逻辑异或运算。
1、数据的运算
CPTH中的运算器由一片CPLD实现（可编程器件），有8种运算，通过S2，S1，S0来选择,运算数据由寄存器A及寄存器W给出，运算结果输出到直通门D.
表2—2CPTH的运算功能选择控制
表2-3CPTH运算器的实验连接线表
（1）将55H写入A寄存器
二进制开关K23-K16用于DBUS[7:
0］的数据输入,置数据55H；
按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器A的黄色选择指示灯亮，表明选择A寄存器。
放开STEP键,CK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。
（2）将33H写入W寄存器
二进制开关K23-K16用于DBUS［7:
0]的数据输入，置数据33H；
按住STEP脉冲键,CK由高变低，这时寄存器W的黄色选择指示灯亮，表明选择W寄存器。
放开STEP键,CK由低变高,产生一个上升沿，数据33H被写入W寄存器。
（3）A=55H、W=33H,设置下表的控制信号，将下表填写完整，检验运算器运算结果。
表2-4A=55H、W=33H时的各种运算结果
K5（CyIN）
K2（S2）
K1（S1）
K0（S0）
结果（直通门D）
注释
*
88H
加运算
带进位加运算
带进位减运算
运算器在加上控制信号及数据（A,W）后，立刻给出结果，不须时钟。
2、数据输出/移位
CPTH中有7个寄存器可以向数据总线输出数据，但在某一特定时刻只能有一个寄存器输出数据，由X2，X1，X0决定那一个寄存器输出数据。
图2—2数据输出选择器原理图
74HC138是3-8译码器，由输入端CBA选择Y0~Y7中的一位输出（输出低电平）.
表2-5寄存器输出选择控制
表2-6寄存器输出控制连接线表
（1）数据输出实验
置下表的控制信号,检验输出结果
（2）移位输出
图2—3ALU直接输出和零标志位产生原理图
图2—4ALU左移输出原理图
图2-5ALU右移输出原理图
直通门将运算器的结果不移位直接送总线。
当X2X1X0=100时运算器结果通过直通门送到数据总线。
同时,直通门上还有判0电路,当运算器的结果为全0时，Z=1,右移门将运算器的结果右移一位送总线.当X2X1X0=101时运算器结果通过右通门送到数据总线。
具体内部连接见图2-6.
图2-6移位门连线
左移门将运算器的结果左移一位送总线。
当X2X1X0=110时运算器结果通过左通门送到数据总线。
具体连线见图2-6.
思考题：
（1）设置A=55H，改变CN、CyIN的值，观察移位门的输出，填写下表：
表2-7数据的移位输出结果
CN
CyIN
L
D
R
55H（01010101B）
注意:
移位与输出门是否打开无关，无论运算器结果如何，移位门都会给出移位结果。
但究竟把那一个结果送数据总线由X2X1X0输出选择决定.
（2）把右移门的数据送到数据总线，X2X1X0如何设置？
三、实验报告
1、整理实验数据、填写表格.
实验三 存储器EM实验
一、实验目的：
1、了解CPTH实验箱存储器EM的工作原理及控制方法。
2、掌握对程序存储器EM进行读、写操作的方法。
二、实验原理及内容：
图3—1proteus仿真存储器原理图
图3—1所示的存储器EM由一片6116RAM构成,是用户存放程序和数据的地方。
6116RAM是2K＊8位静态随机存储器芯片。
E片选、G读允许、W写允许均为低电平有效。
（有11根地址线，A0~A10，存储空间为211=2K）
74HC245是8线双向三态收发器。
DR方向控制端，DR=0：
B→A；
DR=1：
A→B。
E输出控制端，低电平有效。
图3—1中，静态存储器6116的E端接地,片选信号有效；
G端接EMRD，当EMRD=0时读存储器内容；
EMWR与CK经或门后接6116的W端,当EMWR=CK=0时，W为低电平,进行写存储器的操作；
地址输入引入脚A10~A8接地，因此实际存储容量为256字节。
6116的数据引脚为输入、输出双向引脚,在某一时刻只能进行读或者写的操作。
图3-1电路中，控制信号及其作用如下：
（1）EMEN：
存储器与数据总线之间的传输控制。
当EMEN=0时,三态门打开，允许数据传送；
当EMEN=1时,关闭三态门。
（2）EMWR：
存储器写信号。
当EMEN=0、EMWR=0时，三态门打开，74HC245的数据传输方向B→A,按下CK（经反相器）使或门输出为低电平，此时存储器的W写信号有效，进行写存储器的操作。
松开CK后或门的输出为高电平，W信号无效；
当EMWR=1时，74HC245的数据传输方向A→B。
（3）EMRD:
存储器读信号。
当EMRD=0时,存储器的G信号有效，把指定地址单元的内容读出，如果此时EMEN=0、EMWR=1，将读出的数据送到数据总线；
如果此时EMEN=1，读出的数据仅送显示灯.
1、写存储器实验
存储器EM1.DSN。
向31H、32H、33H、34H、35H存储单元分别写入数据1H、2H、3H、4H、5H。
以向31H单元写入1H为例填写以下空白：
1）设置地址及数据：
ABUS=（），DBUS=（）;
2）设置控制信号值：
EMEN=（）、EMWR=（）、EMRD=（）
3）按下CK，将总线上的数据1H写入RAM的31H单元；
4）重复1）—3）步，将数据写入指定的单元。
2、读存储器实验
依次读出31H、32H、33H、34H、35H存储单元中的内容，观察上述单元中的内容是否与前面写入的一致。
设置控制信号值：
EMEN=（）、EMWR=（）、EMRD=（）
（二）、CPTH组成原理实验平台
CPTH实验箱上的存储器EM电路如图3-2所示。
其地址由PC或MAR提供；
数据输出D0～D7直接接到指令总线IBUS，同时还通过一片74HC245与数据总线相连。
指令总线IBUS的数据还可以来自一片74HC245.当ICOE为0时,这片74HC245输出中断指令B8（中断实验中使用）。
图3—2CPTH存储器EM原理图
写数据时，先在数据开关上设置好要写的存储单元地址，把地址值送到MAR（地址寄存器）或者PC（程序计数器），由它们把地址送给存储器EM;
在数据开关上设置好要写的数据，设置EMEN=0，三态门打开允许数据传送到6116，并且使EMRD=1、EMWR=0、按下CK按钮（STEP键）即可将开关数据写入指定地址单元。
读数据时,先在数据开关上设置好要写的存储单元地址，把地址值送到MAR（地址寄存器）或者PC（程序计数器），设置EMRD=0、EMWR=1、EMEN=1即可读出指定地址单元的内容。
CPTH实验箱中地址寄存器MAR的工作原理图如图3—3所示.
图3—3寄存器MAR原理图
图3—3中,MAREN=0且CK上升沿时，数据锁存到74HC574中；
当MAROE=0时,输出寄存器中的数据。
1、CPTH写存储器EM实验
表3-1CPTH存储器实验连接线表
（1）将地址值30H写入MAR寄存器
0］的数据输入，置数据30H
按住STEP脉冲键，CK由高变低,这时寄存器MAR的黄色选择指示灯亮，表明选择MAR寄存器.放开STEP键,CK由低变高，产生一个上升沿,数据30H被写入MAR寄存器.
K14（MAROE）为0，MAR寄存器中的地址输出，MAR红色输出指示灯亮.
将K14（MAROE）置为1，关闭MAR输出.
（2）写存储器EM
存贮器EM的地址由MAR提供，将数据1H存入地址为31H的存储单元。
0]的数据输入，置数据1H；
按STEP键，将数据1H写入EM［31H］
（3）连续写存储器EM
存储器EM的地址由MAR提供，将地址为31H～35H的存储单元内容更改为1H、2H、3H、4H、5H。
依操作步骤，写出相应的控制信号及取值，填入表3—2。
表3—2CPTH连续写存储器操作步骤
操作
开关数据
控制信号
说明
IREN
PCOE
MAROE
MAREN
EMEN
EMRD
EMWR
写地址
1H写入【31H】
写数据
2H写入【32H】
3H写入【33H】
2、CPTH读存储器EM实验
存储器EM的地址由MAR提供，将地址为31H~35H的存储单元内容读取出来.观察上述单元中的内容是否与前面写入的一致。
表3—3CPTH连续读存储器操作步骤
显示EM内容
注意:
读EM时,EMEN、MAREN有效都是往数据总线输送数据,二者不能同时为0。
1、简述CPTH实验箱存储器EM的工作原理.
2、填写实验内容表格。
实验四 程序计数器PC实验
1、了解模型机中程序计数器PC的工作原理及其控制方法。
2、了解程序执行过程中顺序和跳转指令的实现方法.
二、实验电路及内容：
CPTH实验箱中的程序计数器PC是由两片74HC161（4位可预置同步加法计数器）构成的八位计数器，预置数据来自数据总线。
程序计数器的输出通过74HC245（双向三态门）送到地址总线或者送回数据总线。
CPTH实验箱的PC组成原理图见图4-1.
图4-1程序计数器PC原理图
74HC161（4位可预置同步加法计数器），PE是预置端，低电平有效,当PE=0时，CLK的上升沿触发使Q端同P端；
CEP、CET是计数端，当CEP=CET=1时，CLK的上升沿触发使Qn+1=Qn+1;
MR是清零端。
图4—1中各个控制信号的作用如下：
当RST=0时，PC记数器被清0
当LDPC=0时，在CK的上升沿，预置数据被打入PC记数器
当PC+1=1时，在CK的上升沿，PC记数器加一（PC+1由PCOE取反产生）
当PCOE=0时，PC值送地址总线
其中的LDPC预置控制信号由一片74HC151（八选一数据选择器）构成.（由isp1016实现）
图4—2LDPC预置控制端产生原理图
LDPC由ELP、JIR2、JIR3来决定输出结果。
具体见表4—1。
表4-1选择确定LDPC的取值表
当ELP=1时,LDPC=1，不允许PC被预置
当ELP=0时,LDPC由JIR3,JIR2，Cy，Z确定
当JIR3JIR2=1X时，LDPC=0，PC被预置
当JIR3JIR2=00时，LDPC=非Cy,当Cy=1时，PC被预置
当JIR3JIR2=01时，LDPC=非Z,当Z=1时，PC被预置
表4—2CPTH实验箱PC实验连接线表
1、PC加一实验
按一次STEP脉冲键，CK产生一个上升沿，数据PC被加一。
2、PC预置实验
0]的数据输入，置数据30H
每置控制信号后，按一下STEP键，观察PC的变化。
（注：
LDPC=0时,CK上升沿触发PC预置初值，即PC=30H）
设置PC值从30H开始，逐次加一至34H，具体操作及取值填表4-3。
表4—3PC操作控制表
操作说明
JIR3
JIR2
JRZ
JRC
ELP
预置初值PC=30H
PC+1
3、PC给存储器EM提供地址
存储器EM的地址由PC提供，将地址为31H~35H的存储单元内容更改为1H、2H、3H、4H、5H。
依操作步骤，写出相应的控制信号及取值，填入表4-4。
表4-4CPTH连续写存储器操作步骤
PC=31H
PC预置初值
写【31H】
写【32H】
写【33H】
写【34H】
写【35H】
按一次STEP脉冲键,同时提供给PC和EM的CK端一个上升沿，
即PC+1与写EM操作同时进行。
当PC=34H时，这时完成修改哪个单元的内容？
设置控制信号，将地址为31H～35H的存储单元内容读取出来.观察上述单元中的内容是否与前面写入的一致。
写出相应的控制信号及取值，填入表4-5。
表4-5CPTH连续读存储器操作步骤
读【31H】=（）
升级会员 