南昌大学计算机组成实验报告.docx
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南昌大学计算机组成实验报告
实验报告
实验课程：
计算机组织与结构
学生姓名：
学号：
专业班级：
实验一……………………………………………………寄存器
实验二……………………………………………………运算器
实验三…………………………………………数据输出、移位门
实验四……………………………………微程序计数器uPC实验
实验五……………………………………程序计数器PC实验
实验六………………………………………存储器EM实验
实验七………………………微程序控制-数据传送、数据输入输出
南昌大学实验报告
---
（1）寄存器实验
学生姓名：
学号：
专业班级：
实验类型：
■验证□综合□设计□创新实验日期：
实验成绩：
一、实验目的
了解模型机中各种寄存器结构、工作原理及其控制方法。
二、实验内容
1：
A、W寄存器实验
2：
R0、R1、R2、R3寄存器实验
3：
MAR地址寄存器、ST堆栈寄存器、OUT输出寄存器实验.
三、实验要求
利用COP2000实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，将数据写入寄存器，这些寄存器包括累加器A，工作寄存器W，数据寄存器组R0..R3，地址寄存器MAR，堆栈寄存器ST，输出寄存器OUT。
四、主要实验步骤及处理结果
1A、W寄存器实验
连接线表
连接
信号孔
接入孔
作用
有效电平
1
J1座
J3座
将K23-K16接入DBUS[7:
0]
2
AEN
K3
选通A
低电平有效
3
WEN
K4
选通W
低电平有效
4
ALUCK
CLOCK
ALU工作脉冲
上升沿打入
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
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
1
0
1
0
1
0
1
置控制信号为：
K4（WEN）
K3（AEN）
1
0
按住CLOCK脉冲键，CLOCK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CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。
将66H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66H
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
1
1
0
0
1
1
0
置控制信号为：
K4（WEN）
K3（AEN）
0
1
按住CLOCK脉冲键，CLOCK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CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据66H被写入W寄存器。
2R0、R1、R2、R3寄存器实验
连接线表
连接
信号孔
接入孔
作用
有效电平
1
J1座
J3座
将K23-K16接入DBUS[7:
0]
2
RRD
K11
寄存器组读使能
低电平有效
3
RWR
K10
寄存器组写使能
低电平有效
4
SB
K1
寄存器选择B
5
SA
K0
寄存器选择A
6
RCK
CLOCK
寄存器工作脉冲
上升沿打入
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
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
0
0
1
0
0
0
1
置控制信号为：
K11（RRD）
K10（RWR）
K1（SB）
K0（SA）
1
0
0
0
按住CLOCK脉冲键，CLOCK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CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据11H被写入R0寄存器。
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
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
0
1
0
0
0
1
0
置控制信号为：
K11（RRD）
K10（RWR）
K1（SB）
K0（SA）
1
0
0
1
按住CLOCK脉冲键，CLOCK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CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据22H被写入R1寄存器。
将33H写入R2寄存器
二进制开关K23-K16用于DBUS[7:
0]的数据输入，置数据33H
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
0
1
1
0
0
1
1
置控制信号为：
K11（RRD）
K10（RWR）
K1（SB）
K0（SA）
1
0
1
0
按住CLOCK脉冲键，CLOCK由高变低，这时寄存器R2的黄色选择指示灯亮，表明选择R2寄存器。
放开CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据33H被写入R2寄存器。
将44H写入R3寄存器
二进制开关K23-K16用于DBUS[7:
0]的数据输入，置数据44H
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
1
0
0
0
1
0
0
置控制信号为：
K11（RRD）
K10（RWR）
K1（SB）
K0（SA）
1
0
1
1
按住CLOCK脉冲键，CLOCK由高变低，这时寄存器R3的黄色选择指示灯亮，表明选择R3寄存器。
放开CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据44H被写入R3寄存器。
读R0寄存器
置控制信号为：
K11（RRD）
K10（RWR）
K1（SB）
K0（SA）
0
1
0
0
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。
此时液晶显示
DBUS:
1100010001.将K11（RRD）置为1,关闭R0寄存器输出.
读R1寄存器
置控制信号为：
K11（RRD）
K10（RWR）
K1（SB）
K0（SA）
0
1
0
1
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。
此时液晶显示
DBUS:
2200100010.将K11（RRD）置为1,关闭R1寄存器输出.
读R2寄存器
置控制信号为：
K11（RRD）
K10（RWR）
K1（SB）
K0（SA）
0
1
1
0
这时寄存器R2的红色输出指示灯亮，R2寄存器的数据送上数据总线。
此时液晶显示
DBUS:
3300110011.将K11（RRD）置为1,关闭R2寄存器输出.
读R3寄存器
置控制信号为：
K11（RRD）
K10（RWR）
K1（SB）
K0（SA）
0
1
1
1
这时寄存器R3的红色输出指示灯亮，R3寄存器的数据送上数据总线。
此时液晶显示
DBUS:
4401000100.将K11（RRD）置为1,关闭R3寄存器输出.
3MAR地址寄存器、ST堆栈寄存器、OUT输出寄存器实验.
连接线表
连接
信号孔
接入孔
作用
有效电平
1
J2座
J3座
将K23-K16接入DBUS[7:
0]
2
MAROE
K14
MAR地址输出使能
低电平有效
3
MAREN
K15
MAR寄存器写使能
低电平有效
4
STEN
K12
ST寄存器写使能
低电平有效
5
OUTEN
K13
OUT寄存器写使能
低电平有效
6
CK
CLOCK
寄存器工作脉冲
上升沿打入
将12H写入MAR寄存器
二进制开关K23-K16用于DBUS[7:
0]的数据输入，置数据12H
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
0
0
1
0
0
1
0
置控制信号为：
K14（MAROE）
K15（MAREN）
K12（STEN）
K13（OUTEN）
0
0
1
1
按住CLOCK脉冲键，CLOCK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CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据12H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.
将34H写入ST寄存器
二进制开关K23-K16用于DBUS[7:
0]的数据输入，置数据34H
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
0
1
1
0
1
0
0
置控制信号为：
K14（MAROE）
K15（MAREN）
K12（STEN）
K13（OUTEN）
1
1
0
1
按住CLOCK脉冲键，CLOCK由高变低，这时寄存器ST的黄色选择指示灯亮，表明选择ST寄存器。
放开CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据34H被写入ST寄存器。
将56H写入OUT寄存器
二进制开关K23-K16用于DBUS[7:
0]的数据输入，置数据56H
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
1
0
1
0
1
1
0
置控制信号为：
K14（MAROE）
K15（MAREN）
K12（STEN）
K13（OUTEN）
1
1
1
0
按住CLOCK脉冲键，CLOCK由高变低，这时寄存器OUT的黄色选择指示灯亮，表明选择OUT寄存器。
放开CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据56H被写入OUT寄存器。
五、实验体会
通过本次的A、W寄存器实验R0、R1、R2、R3寄存器实验及MAR地址寄存器、ST堆栈寄存器、OUT输出寄存器实验，使我对模型机中各种寄存器结构、工作原理及其控制方法有了深刻的了解。
南昌大学实验报告
---
（2）运算器实验
学生姓名：
学号：
专业班级：
实验类型：
■验证□综合□设计□创新实验日期：
实验成绩：
一、实验目的
了解模型机中算术、逻辑运算单元的控制方法
二、实验内容
实现运算器的功能
三、实验要求
利用COP2000实验仪的K16..K23开关做为DBUS数据，其它开关做为控制信号，将数据写累加器A和工作寄存器W，并用开关控制ALU的运算方式，实现运算器的功能。
四、主要实验步骤及处理结果
连接线表
连接
信号孔
接入孔
作用
有效电平
1
J1座
J3座
将K23-K16接入DBUS[7:
0]
2
S0
K0
运算器功能选择
3
S1
K1
运算器功能选择
4
S2
K2
运算器功能选择
5
AEN
K3
选通A
低电平有效
6
WEN
K4
选通W
低电平有效
7
CyIN
K5
运算器进位输入
8
ALUCK
CLOCK
ALU工作脉冲
上升沿打入
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
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
1
0
1
0
1
0
1
置控制信号为：
K5（CyIN）
K4（WEN）
K3（AEN）
K2（S2）
K1（S1）
K0（S0）
0
1
0
0
0
0
按住CLOCK脉冲键，CLOCK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CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。
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
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
0
1
1
0
0
1
1
置控制信号为：
K5（CyIN）
K4（WEN）
K3（AEN）
K2（S2）
K1（S1）
K0（S0）
0
0
1
0
0
0
按住CLOCK脉冲键，CLOCK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CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据33H被写入W寄存器。
置下表的控制信号,检验运算器的运算结果
K5（CyIN）
K2（S2）
K1（S1）
K0（S0）
结果（直通门D）
注释
X
0
0
0
88H
加运算
X
0
0
1
22H
减运算
X
0
1
0
77H
或运算
X
0
1
1
11H
与运算
0
1
0
0
88H
带进位加运算
1
1
0
0
89H
带进位加运算
0
1
0
1
22H
带进位减运算
1
1
0
1
21H
带进位减运算
X
1
1
0
AAH
取反运算
X
1
1
1
55H
输出A
注意观察：
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.
南昌大学实验报告
---（3）数据输出实验/移位门实验
学生姓名：
学号：
专业班级：
实验类型：
■验证□综合□设计□创新实验日期：
实验成绩：
一、实验目的
了解模型机中多寄存器接数据总线的实现原理。
了解运算器中移位功能的实现方法。
二、实验内容
数据输出实验
移位实验.
三、实验要求
利用COP2000实验仪的开关做为控制信号，将指定寄存器的内容读到数据总线DBUS上。
四、实验步骤及结果
按下图连接线
连接
信号孔
接入孔
作用
有效电平
1
J1座
J3座
将K23-K16接入DBUS[7:
0]
2
X0
K5
寄存器输出选择
3
X1
K6
寄存器输出选择
4
X2
K7
寄存器输出选择
5
AEN
K3
选通A
低电平有效
6
CN
K9
移位是否带进位
0:
不带进位1:
带进位
7
CyIN
K8
移位进位输入
8
S2
K2
运算器功能选择
9
S1
K1
运算器功能选择
10
S0
K0
运算器功能选择
11
ALUCK
CLOCK
ALU工作脉冲
上升沿打入
1：
数据输出实验
置下表的控制信号,检验输出结果
X2
X1
X0
指示灯（红色）
液晶显示（数据总线值）
0
0
0
IN指示
输入门（K23-K16）
0
0
1
IA指示
中断向量（由拨动开关给出）
0
1
0
ST指示
堆栈寄存器
0
1
1
PC指示
PC寄存器
1
0
0
D直通门指示
D直通门
1
0
1
R右移门指示
R右移门
1
1
0
L左移门指示
L左移门
1
1
1
没有输出
经过实验得到的结果与表中结果一致。
2：
移位实验
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
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
1
0
1
0
1
0
1
置控制信号为：
K3（AEN）
K2（S2）
K1（S1）
K0（S0）
0
1
1
1
按住CLOCK脉冲键，CLOCK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CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。
S2S1S0=111时运算器结果为寄存器A内容
CN
CyIN
L
D
R
0
X
AA10101010
5501010101
2A00101010
1
0
AA10101010
5501010101
2A00101010
1
1
AB10101011
5501010101
AA10101010
实验结论：
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。
六、实验截图：
实验1：
数据输出实验
实验2：
移位实验
南昌大学实验报告
---（4）微程序计数器uPC实验
学生姓名：
学号：
专业班级：
实验类型：
■验证□综合□设计□创新实验日期：
实验成绩：
一、实验目的
1、了解模型机中微程序的基本概念。
2、了解uPC的结构、工作原理及其控制方法。
二、实验内容
利用COP2000实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，实现微程序计数器uPC的写入和加1功能。
74HC161是一片带预置的4位二进制记数器。
功能如下：
当RST=0时，记数器被清0
当IREN=0时，在CK的上升沿，预置数据被打入记数器
当IREN=1时，在CK的上升沿，记数器加一
TC为进位，当记数到F（1111）时，TC=1
CEP，CET为记数使能，当CEP，CET=1时，记数器工作，CEP，CET=0时，记数器保持原计数值
uPC工作波形图
在COP2000中，指令IBUS[7:
0]的高六位被接到uPC预置的高六位，uPC预置的低两位被置为0。
一条指令最多可有四条微指令。
连接线表
连接
信号孔
接入孔
作用
有效电平
1
J2座
J3座
将K23-K16接入DBUS[7:
0]
2
IREN
K0
预置uPC
低电平有效
3
EMEN
K1
EM存储器工作使能
低电平有效
4
EMWR
K2
EM存储器写使能
低电平有效
5
EMRD
K3
EM存储器读使能
低电平有效
6
IRCK
CLOCK
uPC工作脉冲
上升沿打入
实验1：
uPC加一实验
置控制信号为：
K3（EMRD）
K2（EMWR）
K1（EMEN）
K0（IREN）
1
1
1
1
按一次CLOCK脉冲键，CLOCK产生一个上升沿，数据uPC被加一。
实验2：
uPC打入实验
二进制开关K23-K16用于DBUS[7:
0]的数据输入，置数据12H
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
0
0
1
0
0
1
0
置控制信号为：
K3（EMRD）
K2（EMWR）
K1（EMEN）
K0（IREN）
1
0
0
0
当EMWR，EMEN=0时，数据总线（DBUS）上的数据被送到指令总线（IBUS）上。
按住CLOCK脉冲键，CLOCK由高变低，这时寄存器uPC的黄色预置指示灯亮，表明uPC被预置。
放开CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据10H被写入uPC寄存器
南昌大学实验报告
（5）程序计数器PC实验
学生姓名：
学号：
专业班级：
实验类型：
■验证□综合□设计□创新实验日期：
实验成绩：
一、实验目的
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跳转指令的实现方法。
二、实验内容
利用COP2000实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，实现程序计数器PC的写入及加1功能。
PC是由两片74HC161构成的八位带预置记数器，预置数据来自数据总线。
记数器的输出74HC245（PCOE）送到地址总线。
PC值还可以通过74HC245（PCOE_D）送回数据总线。
在COP2000中，PC+1由PCOE取反产生。
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
当PCOE=0时，PC值送数据总线
PC打入控制原理图
PC打入控制电路由一片74HC151八选一构成。
ELP
IR3
IR2
Cy
Z
LDPC
1
X
X
X
X
1
0
0
0
1
X
0
0
0
0
0
X
1
0
0
1
X
1
0
0
0
1
X
0
1
0
1
X
X
X
0
当ELP=1时，LDPC=1，不允许PC被预置
当ELP=0时，LDPC由IR3，IR2，Cy，Z确定
当IR3IR2=1X时，LDPC=0，PC被预置
当IR3IR2=00时，LDPC=非Cy，当Cy=1时，PC被预置
当IR3IR2=01时，LDPC=非Z，当Z=1时，PC被预置
连接线表
连接
信号孔
接入孔
作用
有效电平
1
J2座
J3座
将K23-K16接入DBUS[7:
0]
2
PCOE
K5
PC输出到地址总线
低电平有效
3
JIR3
K4
预置选择1
4
JIR2
K3
预置选择0
5
JRZ
K2
Z标志输入
6
JRC
K1
C标志输入
7
ELP
K0
预置允许
低电平有效
8
PCCK
CLOCK
PC工作脉冲
上升沿打入
实验1：
PC加一实验
置控制信号为：
K5（PCOE）
K0（ELP）
0
1
按一次CLOCK脉冲键，CLOCK产生一个上升沿，数据PC被加一。
实验2：
PC打入实验
二进制开关K23-K16用于DBUS[7:
0]的数据输入，置数据12H
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
0
0
1
0
0
1
0
升级会员 