计算机组成原理第一次实验报告.docx
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计算机组成原理第一次实验报告
家比A•栄
计算机组成原理实验报告
专业班级
姓名
机
机器号:
学号
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内部数据总线送出数据的事实一一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
COP200用74HC574来构成寄存器,74HC574勺功能如下:
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时触发器的输出被关闭,当OC=0时触发器输出数据
1、累加器A、暂存器W实验
CK
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DHL^
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4D
5D
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寄存器A原理图
寄存器w原理图
2、地址寄存器MAR堆栈寄存器ST、输出寄存器OUT实验
——
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寄存器MAR原理图
寄存器ST原理图
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MHC12
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CK
TT
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2—4译码器,其引脚与内部逻辑、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、XI、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
X2X1X0
输出寄存器
000
IN-OE外部中断
001
IA-OE中断向量
010
ST-OE堆栈寄存器
011
PC-OEPC寄存器
100
D-OE直通门
101
R-OE右移门
110
L-OE左移门
111
没有输出
三、实验内容
1、AW的写入
按下表连线
连接
信号孔
接入孔
1
J1座
J3座
2
AEN
K0
3
WEN
K1
4
ALUCK
CLOCK
(1)将数据写入A寄存器
用手动开关K23—K16进行DBUS[7:
0]的数据输入
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
1
0
1
0
1
0
1
置控制信号:
K0(AEN)
K1(WEN)
0
1
给CLOCK跳变信号:
按住CLOCK脉冲键,注意哪个寄存器的黄色指示灯亮起,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。
55
(2)将数据写入W寄存器置数据:
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
1
0
1
0
1
0
1
置控制信号:
K0(AEN)
K1(WEN)
1
0
给CLOCK跳变信号,观察寄存器写入的值。
55
2、R?
的写入与读出按下表连接线
连接
信号孔
;接入孔
1
J1座
J3座
2
RRD
K11
3
RWR
K10
4
SB
K1
5
SA
K0
6
RCK
CLOCK
(1)R?
的写入写入RO:
置数据:
置控制信号:
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
1
0
1
0
1
0
1
K11(RRD)
K10(RWR)
K1(SB)
K0(SA)
1
0
0
0
给出CLOCK脉冲上升沿。
写入R1:
置数据:
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
1
0
1
0
1
0
1
置控制信号:
K11(RRD)
K10(RWR)
K1(SB)
K0(SA)
1
0
0
1
给出CLOCK脉冲上升沿。
写入R2:
置数据:
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
1
0
1
0
1
0
1
置控制信号:
K11(RRD)
K10(RWR)
K1(SB)
K0(SA)
1
0
1
0
给出CLOCK脉冲上升沿。
写入R3:
置数据:
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
1
0
1
0
1
0
1
置控制信号:
K11(RRD)
K10(RWR)
K1(SB)
K0(SA)
1
0
1
1
给出CLOCK脉冲上升沿。
(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内容。
读R0:
置控制信号:
K11(RRD)
K10(RWR)
K1(SB)
K0(SA)
0
1
0
0
液晶显示为:
55
K11(RRD)
K10(RWR)
K1(SB)
K0(SA)
0
1
1
0
读R1:
置控制信号:
液晶显示为:
55
K11(RRD)
K10(RWR)
K1(SB)
KO(SA)
0
1
0
1
读R2:
置控制信号:
液晶显示为:
55读R3:
置控制信号:
K11(RRD)
K10(RWR)
K1(SB)
K0(SA)
0
1
1
1
液晶显示为:
55
3、MAR、ST、OUT寄存器实验按下表连接线
连接
信号孔
接入孔
1
J2座
J3座
2
MAROE
K14
3
MAREN
K15
4
STEN
K12
5
OUTEN
K13
6
MARCK
CLOCK
(1)MAR的写入置数据:
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
1
0
1
0
1
0
1
置控制信号:
K14(MAROE)
K15(MAREN)
K12(STEN)
K13(OUTEN)
1
0
1
1
给出CLOCK脉冲上升沿。
⑵ST的写入
置数据:
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
1
0
1
0
1
0
1
置控制信号:
K14(MAROE)
K15(MAREN)
K12(STEN)
K13(OUTEN)
1
1
0
1
给出CLOCK脉冲上升沿。
⑶OUT置数据:
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
1
0
1
0
1
0
1
置控制信号:
K14(MAROE)
K15(MAREN)
K12(STEN)
K13(OUTEN)
1/0
1
1
0
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
1
J1座
J3座
2
X0
K0
3
X1
K1
4
X2
K2
置下表的控制信号,写出指示灯的状态:
X2X1X0
指示灯
液晶显示(数据总线值)
000
IN灯亮
输入门(K23—K16)
001
IA灯亮
中断向量(由拨动开关给出)
010
ST灯亮
堆栈寄存器
011
PC灯亮
PC寄存器
100
D灯亮
D直通门
101
R灯亮
R右移门
110
L灯亮
L左移门
111
无
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和微程序计数器尸C的工作原理;
2、掌握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jjPC
COP2000实验仪中,微程序计数器uPC由2片74HC161组成的。
指令总线IBUS[7:
0]的高六位被接到尸C预置输入的高六位,pPC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。
■\tPCOY、lP€1
< < ■£EP ■CETnCLK ■PE ■沁 -4HC151 疔C原理图 当RES=0时,pPC被清0; 当IREN=0时,在CK的上升沿,预置数据被打入疔C。 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,尸C加1。 (二)程序计数器PC 程序计数器PC由2片74HC161组成,能完成加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寸,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寸,在CK的上升沿,预置数据被打入PC计数器;当PCOE=0寸,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: 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、实验内容 (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 1 J2座 J3座 将K23—K16接入DBUS[7: 0] 2 JRC K0 C标志输入 3 JRZ K1 Z标志输入 4 PCOE K2 PC输出到地址总线 低电平有效 5 JIR2 K3 预置选择 6 JIR3 K4 预置选择 7 ELP K5 预置允许 低电平有效 8 PCCK CLOCK PC工作脉冲 上升沿打入 置控制信号为: K2(PCOE) K5(ELP) 0 0 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K23—K16置入数据: K23 K22 K21 K20 K19 K18 K17 K16 0 1 0 1 0 1 0 1 置控制信号为: ELP(K5) IR3(K4) IR2(K3) JRZ(K1) JRC(K0) LDPC PC预置指示灯状态 1 X X X X 1 0 0 0 0 X 1 0 1 0 0 0 X 0 1 0 0 0 1 1 X 0 1 0 0 1 0 X 1 0 0 1 X X X 0 1 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)pPC实验 按下表所示连线 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 预置卩PC 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存储器写能 低电平有效 5 EMRD K3 EM存储器读能 低电平有效 6 IRCK CLOCK □PC工作脉冲 上升沿打入 1、尸C加一实验 设置控制信号为: K3(EMRD) K2(EMWR) K1(EMEN) K0(IREN) 1 1 1 1 按一次CLOCK一次,CLOCK产生一个上升沿,pPC的输出数据被加一。 2、尸C预置数据实验 用二进制开关K23~K16将数据送到数据总线(DBUS),置数据? ? H K23 K22 K21 K20 K19 K18 K17 K16 0 1 0 1 0 1 0 1 设置控制信号为: K3(EMRD) K2(EMWR) K1(EMEN) K0(IREN) X 0 0 0 按住CLOCK键,CLOCK由高变低,这时尸C的黄色预置指示灯亮,表明尸C被预置数。 放开CLOCK键,CLOCK产生下降沿,数据? ? H被写入疔C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 K0=K1=0时,同时写入数据55;K0=K1=1时,寄存器数据不发生变化。 因为AW寄存器的使能 端都是低有效。 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。 无关。 寄存器数据打入与脉冲有关,获得一个脉冲,打入一个当前数据,而其读出与脉冲无关, 因为0C始终接地。 3、总结寄存器部分实验有多少个控制信号,并写出其作用。 AEN: 选通A;WEN: 选通W;ALUCK: ALU工作脉冲;RRD: 寄存器组读使能;RWR: 寄存器组写使能;SA: 寄存器选择A;SB: 寄存器选择B;RCK: 寄存器组工作脉冲;MAROE: MAR地址输出使能;MAREN: MAR写使能;STEN: ST寄存器写使能;OUTEN: OUT寄存器写使能;CK: 寄存器工作脉冲。 计数器 1、请叙述程序计数器PC、微程序计数器尸C工作原理,两者在预置条件上有何区别? 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内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 的内容,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。 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,下一条从内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。 微程序计数器尸C工作原理如下: 一般情况下,由尸C+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mPC的内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: 对于uPC,当RES=0时,疔C被清0;当IREN=0时,在CK的上升沿,预置数据被打入尸C。 当IREN=1时,在CK的上升沿,尸C加1。 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? ELP低电平有效,ELP=1时PC不预置,ELP=0时PC预置。 3、对微程序计数器疔C进行预置操作时,如果置入数据12H,尸C模块中的数码管还显示12吗? 观察结果并解释之。 不是,因为后两位接地,只显示10H。 五、实验体会及建议 实验遇到的问题及解决办法; 某些控制信号置高电平或低电平时实验结果相同,导致实验操作混乱。 解决: 清楚实验基本工作原理,分情况讨论。 实验内容是否合适: (内容多,适中,内容少); 适中。 对本次实验的建议,以及以后实验内容安排的建议等。 无。
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