东北大学计算机组成原理实验报告.docx

1、东北大学计算机组成原理实验报告机器号_ 实验报告专业班级 姓 名 机器号:学 号E-mail分步成绩实验表现实验报告总成绩实验一 寄存器及数据输出实验一、实验目的1、掌握寄存器器件的工作原理，了解COP2000模型机所用主要寄存器的位置、作用、数据通路及控制信号；2、掌握寄存器组的工作原理；3、了解计算机中多个寄存器不能同时向部数据总线送出数据的事实COP2000实验仪选择某个寄存器（允许其向DBUS上输出数据）的方法。二、实验原理（一） 寄存器COP2000用74HC574来构成寄存器，74HC574的功能如下：1， 在CLK的上升沿将输入端的数据打入到8个触发器中。2， 当OC=1时触发器

2、的输出被关闭，当OC=0时触发器输出数据。 74HC574工作波形图1、累加器A、暂存器W实验2、地址寄存器MAR、堆栈寄存器ST、输出寄存器OUT实验寄存器MAR原理图 寄存器ST原理图寄存器OUT原理图（二）寄存器组寄存器组R原理图74HC139含有两个独立的24译码器，其引脚与部逻辑、功能表见实验指导书。（三）数据输出实验COP2000实验仪中有7个寄存器可以向DBUS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X0、X1、X2控制信号决定那一个寄存器向数据总线输出数据，而这三个控制信号为74HC138译码器的三个选择输入端。74HC138用于选片。数据输出选择器原理图X2 X

3、1 X0输出寄存器0 0 0IN-OE 外部中断0 0 1IA-OE 中断向量0 1 0ST-OE 堆栈寄存器0 1 1PC-OE PC寄存器1 0 0D-OE 直通门1 0 1R-OE 右移门1 1 0L-OE 左移门1 1 1没有输出三、实验容1、A、W的写入按下表连线连接信号孔接入孔1J1座J3座2AENK03WENK14ALUCKCLOCK(1) 将数据写入A寄存器用手动开关K23K16进行DBUS7：0的数据输入(87)K23K22K21K20K19K18K17K1610000111置控制信号：K0（AEN）K1（WEN）10给CLOCK跳变信号：按住CLOCK脉冲键，注意哪个寄存器

4、的黄色指示灯亮起，就是你所选的要写入的寄存器。放开CLOCK键，一个上升沿即产生，观察寄存器写入的值。(2) 将数据写入W寄存器置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号：K0（AEN）K1（WEN）01给CLOCK跳变信号，观察寄存器写入的值。2、R？的写入与读出按下表连接线连接信号孔接入孔1J1座J3座2RRDK113RWRK104SBK15SAK06RCKCLOCK(1) R？的写入写入R0：（55H）置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）1000

5、给出CLOCK脉冲上升沿。写入R1：（57H)置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010111置控制信号：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）1001给出CLOCK脉冲上升沿。(58h)写入R2：置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601011000置控制信号：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）1010给出CLOCK脉冲上升沿。写入R3：(59h)置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601011001置控制信号：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）1011给出CLOCK脉冲

6、上升沿。(2) R？的读出自己设置RRD、RWR、SB及SA信号，观察R？的红色指示灯及液晶显示容。读R0：置控制信号：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）0100液晶显示为：55H读R1：置控制信号：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）0101液晶显示为：57H读R2：置控制信号：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）0110液晶显示为：58H读R3：置控制信号：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）0111液晶显示为：59H3、MAR、ST、OUT寄存器实验按下表连接线连接信号孔接入孔1J2座J3座2MAROEK1

7、43MARENK154STENK125OUTENK136MARCKCLOCK(1) MAR的写入(55h)置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号：K14（MAROE）K15（MAREN）K12（STEN）K13（OUTEN）0011给出CLOCK脉冲上升沿。(2) ST的写入(57H)置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010111置控制信号：K14（MAROE）K15（MAREN）K12（STEN）K13（OUTEN）1101给出CLOCK脉冲上升沿。(3) OUT置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601

8、010101置控制信号：K14（MAROE）K15（MAREN）K12（STEN）K13（OUTEN）1110给出CLOCK脉冲上升沿。4、数据输出实验按下表连线连接信号孔接入孔1J1座J3座2X0K03X1K14X2K2置下表的控制信号，写出指示灯的状态：X2 X1 X0指示灯液晶显示（数据总线值）0 0 0IN输入门（K23K16）0 0 1IA中断向量（由拨动开关给出）0 1 0ST堆栈寄存器0 1 1PCPC寄存器1 0 0DD直通门1 0 1RR右移门1 1 0LL左移门1 1 1IR没有输出 实验二 计数器实验一、实验目的1、掌握程序计数器PC和微程序计数器PC的工作原理；2、掌握

9、COP2000中需要对PC进行置数的条件；二、实验原理（一）微程序计数器PCCOP2000实验仪中，微程序计数器uPC由2片74HC161组成的。指令总线IBUS7：0的高六位被接到PC预置输入的高六位，PC预置的低两位被置为0。两片161的连接为同步连接。低片161的CEP、CET已置为有效，而其进位输出端TC接至高片161的CEP、CET。PC原理图当RES=0时，PC被清0；当IREN=0时，在CK的上升沿，预置数据被打入PC。指令总线（IBUS）上的数据可来自一片74HC245。当IREN=1时，在CK的上升沿，PC加1。（二）程序计数器PC 程序计数器PC由2片74HC161组成，能

10、完成加1和预置数功能。程序计数器的输出由74HC245保存，74HC245与74HC161的输出相连，74HC245（2）的输出连接地址总线，74HC245（1）的输出接到数据总线（当LDPC=0时）。程序计数器原理图 当指令正常执行时，程序计数器完成加1操作；当执行转移指令时，74HC161用预置数功能，从数据总线接收要跳转的地址。当RES=0时，PC计数器被清0。当PC+1=1时，在CK的上升沿，PC计数器加一；当LDPC=0时，在CK的上升沿，预置数据被打入PC计数器；当PCOE=0时，PC值送地址总线。在COP2000中，计数允许控制端PC+1由PCOE取反产生。PC跳转控制电路原理：

11、在COP2000中，虚拟一片74HC151器件（做在控制芯片CPLD95108中）来决定PC是否被预置。74HC151为八选一数据选择器，其真值表及工作原理如下图所示。 PC预置控制原理图 当ELP=1时，LDPC=1，不允许PC被预置；当ELP=0，IR3=0，IR2=0时，且Cy=1时，LDPC=非Cy，当PC被预置；当ELP=0，IR3=0，IR2=1时，且Z=1时，LDPC=非Z，当PC被预置；当ELP=0，IR3=1，IR2=X时，LDPC=0，PC被预置。三、实验容（一）PC实验1、PC加一实验连接线表连接信号孔接入孔作用有效电平1J2座J3座将K23K16接入DBUS7：02JR

12、CK0C标志输入3JRZK1Z标志输入4PCOE K2PC输出到地址总线低电平有效5JIR2K3预置选择6JIR3K4预置选择7ELPK5预置允许低电平有效8PCCKCLOCKPC工作脉冲上升沿打入置控制信号为：K2（PCOE）K5（ELP）00按一次CLOCK脉冲键，CLOCK产生一个上升沿，数据PC被加一。2、PC预置实验二进制开关K23K16置入数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号为：ELP（K5）IR3（K4）IR2（K3）JRZ（K1）JRC（K0）LDPCPC预置指示灯状态1XXXX1N000X10Y000X01N0011X0Y0010X

13、1N01XXX0Y每置控制信号后，按一下CLOCK键，观察PC的变化。注意：X表示为任意值（二）PC实验按下表所示连线连接信号孔接入孔作用有效电平1J2座J3座将K23K16接入DBUS702IRENK0预置PC低电平有效3EMENK1EM存储器工作使能低电平有效4EMWRK2EM存储器写能低电平有效5EMRDK3EM存储器读能低电平有效6IRCKCLOCKPC工作脉冲上升沿打入1、PC加一实验设置控制信号为：K3(EMRD)K2(EMWR)K1(EMEN)K0(IREN)0001按一次CLOCK一次，CLOCK产生一个上升沿，PC的输出数据被加一。2、PC预置数据实验用二进制开关K23K16

14、将数据送到数据总线（DBUS），置数据57HK23K22K21K20K19K18K17K1601010111设置控制信号为：K3(EMRD)K2(EMWR)K1(EMEN)K0(IREN)0000 按住CLOCK键，CLOCK由高变低，这时PC的黄色预置指示灯亮，表明PC被预置数。放开CLOCK键，CLOCK产生下降沿，数据?H被写入PC寄存器。四、思考题寄存器1、AEN、WEN同时为高电平或同时为低电平时，给出CLOCK上升沿，会有什么结果？并解释之 答：AEN、WEN同为低电平时AW寄存器同时写入数据，AEN、WEN同时为高电平时，AW寄存器都不写入数据。由图可知AENWEN分别与CK相连

15、进行或运算，CLOCK上升沿时同进同不进。2、寄存器组的数据读出与CLOCK脉冲是否有关系？由此说明寄存器的数据打入与读出在控制上的差别。 答： 无关寄存器输入需要CLOCK提供上升沿信号，而读出不需要，因为OC始终接地为低电平有效。3、总结寄存器部分实验有多少个控制信号，并写出其作用。 答：答：AEN、WEN为寄存器A、W写入控制信号，低有效。RRD、RWR为寄存器组写入读出控制信号，1、0代表写入，0、1代表读出。SB、SA为寄存器组选定信号，00-R0、01-R1、10-R2、11-R3。MAROE、MAREN、STEN、OUTEN为MAR、ST、OUT寄存器控制信号。MAROE：控制M

16、AR容是否输出到ABUS。 MAREN、STEN、OUTEN分别控制DBUS中数据写入寄存器的选定。011-MAR、101-ST、110-OUT。计数器1、请叙述程序计数器PC、微程序计数器PC工作原理，两者在预置条件上有何区别？ 答：程序计数器PC工作原理如下：程序计数器是包含当前正在执行的指令的地址，当某个指令被获取，程序计数器的存储地址加一，指向顺序中的下一个指令。在程序开始执行前，必须将它的起始地址，即第一条指令所在的存单元地址送入程序计数器。当执行指令时，处理器将自动修改PC的容，即每执行一条指令PC增加一个量，这个量等于指令所含的字节数，以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址

17、。由于大多数指令都是按顺序来执行的，所以修改的过程通常只是简单的对PC加1，但是，当遇到转移指令如JMP指令时，后继指令的地址必须从指令寄存器中的地址字段取得。在这种情况下，下一条从存取出的指令将由转移指令来规定，而不像通常一样按顺序来取得。微程序计数器PC工作原理如下：一般情况下，由PC+1来指向下条微指令在控存中的地址，只有遇到转移类微指令才会改变PC的容以实现微程序的转移。这种结构的优点是微指令的字长有效缩短，从而可减少控制存储器的容量。两者在预置条件上的区别如下：（1）对于PC，当RES=0时，PC被清0；当IREN=0时，在CK的上升沿，预置数据被打入PC。指令总线（IBUS）上的数

18、据可来自一片74HC245。当IREN=1时，在CK的上升沿，PC加1。（2）对于PC，当ELP=1时，LDPC=1，不允许PC被预置；当ELP=0，IR3=0，IR2=0时，且Cy=1时，LDPC=非Cy，当PC被预置；当ELP=0，IR3=0，IR2=1时，且Z=1时，LDPC=非Z，当PC被预置；当ELP=0，IR3=1，IR2=X时，LDPC=0，PC被预置。2、在程序计数器PC中ELP控制信号的作用；设置什么控制信号可实现PC计数操作？ 答：设置什么控制信号可实现PC计数操作：ELP=1，不允许PC被预置，ELP=0，允许PC被预置。3、对微程序计数器PC进行预置操作时，如果置入数据12H，PC模块中的数码管还显示12吗？观察结果并解释之。 答：不是显示12，因为会进行加1的操作五、实验体会及建议实验遇到的问题及解决办法；答：由于是第一次接触到组成原理的实验器材，因此对其构造和一些相关操作的概念很模糊，并且不是特别明白控制信号是如何设置的。后来通过和同学的互相讨论和阅读相关书籍解决了此问题。实验容是否合适：（容多，适中，容少）；答：觉得实验容适中。通过老师的分析，以及同学的帮助觉得并不是很多。对本次实验的建议，以及以后实验容安排的建议等。答：实验仪器有部分的坏损，建议定期维修。