计算机组成原理实验实验箱.docx
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计算机组成原理实验实验箱
1.A,W寄存器实验
实验要求:
利用CPTH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。
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。
实验电路:
寄存器的作用是用于保存数据的,因为我们的模型机是8位的,因此在本模型机中大部寄存器是8位的,标志位寄存器(Cy,Z)是二位的。
CPTH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时触发器的输出被关闭,当OC=0时触发器的输出数据
74HC574工作波形图
寄存器A原理图
寄存器W原理图
寄存器A,W写工作波形图
连接线表:
系统清零和手动状态设定:
K23-K16开关置零,按[RST]钮,按[TV/ME]键三次,进入"Hand......"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.
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
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。
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
置控制信号为:
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66H被写入W寄存器。
注意观察:
1.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。
2.WEN,AEN为高时,即使CK有上升沿,寄存器的数据也不会改变。
2.运算器实验
实验要求:
利用CPTH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。
实验目的:
了解模型机中算术、逻辑运算单元的控制方法。
实验电路:
CPTH中的运算器由一片CPLD实现,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。
连接线表
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
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。
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
置控制信号为:
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。
置下表的控制信号,检验运算器的运算结果
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。
3.数据输出实验/移位门实验
实验要求:
利用CPTH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。
实验目的:
1、了解模型机中多寄存器接数据总线的实现原理。
2、了解运算器中移位功能的实现方法。
实验电路:
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。
数据输出选择器原理图
连接线表
置下表的控制信号,检验输出结果
4.数据运算实验(加/减/与/或)
1.在CPTH软件中的源程序窗口输入下列程序
2.将程序另存为EX2.ASM,将程序汇编成机器码,调试窗口会显示出程序地址、机器码、反汇编指令。
3.按快捷图标的F7,执行“单微指令运行”功能,观察执行每条微指令时,寄存器的输入/输出状态,各控制信号的状态,PC及uPC如何工作。
(见“EX2.ASM程序跟踪结果”详细介绍)
4.在了解数据运算的原理,可以加上一些数据传输指令给累加器A或寄存器R?
赋值,再运算,并观察运算结果。
EX2.ASM程序跟踪结果
程序的开始执行一条取指的微指令,读入程序第一条指令。
ADDCA,R1:
本指令为三个状态周期。
在T2状态,由上次取指操作取出的指令码为21H,由IREN存入指令寄存器IR,最低两位为01(二进制),选择寄存器R1,指令码由于IREN打入uPC时,忽略掉指令的最低两位,而将uPC的最低两位置成00,uPC的值为20H,访问微程序存储器的20H单元,读出微指令值为0FFF7EFH,有效位为RRD及WEN,就是将R1内容送到工作寄存器W,uPC加1取出下条微指令在T1状态,读出的微指令值为0FFFE94H,有效位为FEN和AEN,FEN完成的操作是将标志位存入标志寄存器F(ALU内部),X2X1X0选择“ALU直通”到数据总线DBUS,S2S1S0选择的运算操作为“带进位的加法运算”,AEN将DBUS上的数据存入累加器A。
在T0状态,取出下条将要执行的指令。
SUBA,@R1:
本指令有四个状态周期。
在T3状态,上次取出的指令码为35H,最低两位用于寻址R1寄存器,uPC的最低两位置0,来访问uM的34H单元的微指令,读出值为0FF77FFH,将R1的值存入MAR。
在T2状态,微指令为0D7BFEFH,表示用MAR做为地址从EM中读出数据送到DBUS再存到W中。
在T1状态微指令为0FFFE91H,表示ALU做“减运算”,其结果直通到DBUS,再存入中,同时保存标志位。
T0状态为取指操作。
ANDA,#55:
本指令为三个状态周期。
在T2状态,微指令值为0C7FFEFH,表示以PC做为地址,从EM中读出数据送到DBUS,再将DBUS数据存W中。
在T1状态,微指令为0FFFE93H,表示A和W做“逻辑与”运算,结果直通到DBUS,再存入A中,并保存标志位。
ORA,02:
本指令有四个状态周期。
在T3状态,微指令为0C77FFFH,表示以PC做为地址,从EM中读出数据送到DBUS,并存MAR中。
在T2状态,微指令为0D7BFEFH,表示以MAR做为地址,从EM中读出数据送到DBUS,并存入W中。
在T1状态微指令为0FFFE92H,表示A和W做“逻辑或”运算,结果“直通”到DBUS并存入A中。
T0状态为取指操作。
5.移位/取反实验
1.在CPTH软件中的源程序窗口输入下列程序
2.将程序另存为EX3.ASM,将程序汇编成机器码,调试窗口会显示出程序地址、机器码、反汇编指令。
3.按快捷图标的F7,执行“单微指令运行”功能,观察执行每条微指令时,寄存器的输入/输出状态,各控制信号的状态,PC及uPC如何工作。
(见“EX3.ASM程序跟踪结果”详细介绍)
EX3.ASM程序跟踪结果
程序的开始执行一条取指的微指令,读入程序第一条指令。
MOVA,#55:
将累加器的值设为055H,以便下面观察。
RRA:
本指令为两个状态周期。
在T1状态,由上次取指操作取出的指令码为D0H,访问微程序存储器的20H单元,读出微指令值为0FFFCB7H,有效位为CN、FEN及AEN,表示不带进位移位,运算器控制S2S1S0=111(二进制)表示运算不运算,输出结果就为A的值,X2X1X0=101(二进制)表示,运算器“右移”输出到总线,FEN将标志位保存,AEN将DBUS内容存入A中,uPC加1取出下条微令。
在T0状态,取出下条将要执行的指令。
RLCA:
本指令有两个状态周期。
在T1状态微指令为0FFFED7H,CN=1表示带进位移位,S2S1S0=111表示ALU不做运算,直接输出A内容,X2X1X0=110(二进制)表示,运算器“左移”输出到DBUS,AEN表示DBUS内容存入A中,FEN表示保存标志位。
T0状态为取指操作。
取出下条将要执行的指令。
CPLA:
本指令为两个状态周期。
在T1状态,微指令为0FFFE96H,S2S1S0=110表示ALU做“取反”运算,X2X1X0=100(二进制)表示,运算器结果直通到DBUS,再存入A中,并保存标志位。
T0状态为取指操作。
取出下条将要执行的指令。
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- 关 键 词:
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