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计算机组成原理实验报告 实验一 寄存器实验一、实验目的(1) 了解模型机中A, W寄存器结构、工作原理及其控制方法。(2) 了解模型机中寄存器组R0.R3结构、工作原理及其控制方法。二、实验要求(1) A、W寄存器：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A，W。(2) R0、R1、R2、R3寄存器实验：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，对数据寄存器组R0.R3进行读写。三、实验说明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。COP2000用74HC574来构成寄存器。74HC574的功能如下：注意： 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OC CLK Q7.Q0注释 1 X ZZZZZZZZOC为1时触发器的输出被关闭 0 0 Q7.Q0 当OC=0时触发器的输出数据 0 1 Q7.Q0当时钟为高时，触发器保持数据不变 X D7.D0在CLK的上升沿将输入端的数据打入到触发器中74HC574工作波形图四、实验原理实验1：A，W寄存器实验（1）原理图寄存器A原理图寄存器W原理图（2）工作波形图寄存器A，W写工作波形图（3）连接线表连接信号孔接入孔作用有效电平1J1座J3座将K23-K16接入DBUS7:02AENK3选通A低电平有效3WENK4选通W低电平有效4ALUCKCLOCKALU工作脉冲上升沿打入（4）实验数据a.)将31H写入A寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据31H。K23K22K21K20K19K18K17K1600110001置控制信号为：K4(WEN)K3(AEN)10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31H被写入A寄存器。b)将61H写入W寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据61H。K23K22K21K20K19K18K17K1601100001置控制信号为：K4(WEN)K3(AEN)01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61H被写入A寄存器。实验2：R0，R1，R2，R3寄存器实验（1）原理图寄存器R0，R1，R2，R3原理图寄存器R写工作波形图（3）连接线表连接信号孔接入孔作用有效电平1J1座J3座将K23-K16接入DBUS7:02RRDK11寄存器组读使能低电平有效3RWRK10寄存器组写使能低电平有效4SBK1寄存器选择B5SAK0寄存器选择A6RCKCLOCK寄存器工作脉冲上升沿打入（4）实验数据注意观察： 1. 数据是在放开CLOCK键后改变的，也就是CLOCK的上升沿数据被打入。2. K1(SB), K0(SA) 用于选择寄存器。K1(SB)K0(SA)选择00R001R110R211R3将数据分别写入R0,R1,R2,R3寄存器：a.) 将31H写入R0寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据31HK23K22K21K20K19K18K17K1600110001置控制信号为：K11(RRD)K10(RWR)K1(SB)K0(SA)1000b.) 将41H写入R1寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据41HK23K22K21K20K19K18K17K1601000001置控制信号为：K11(RRD)K10(RWR)K1(SB)K0(SA)1001c.) 将51H写入R2寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据51HK23K22K21K20K19K18K17K1601010001置控制信号为：K11(RRD)K10(RWR)K1(SB)K0(SA)1010d.) 将61H写入R3寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据61HK23K22K21K20K19K18K17K1601100001置控制信号为：K11(RRD)K10(RWR)K1(SB)K0(SA)1011将R0,R1,R2,R3寄存器数据读出5、 实验感想第一次试验不得不说是怀着好奇心去的，从来没有接触过实验仪的我有了这次操作，我觉得计算机组成原理这门课给我带来了乐趣，不再拘泥于书本上的知识，用自己的操作得出实验的结果，一张张图片我都很用心的。希望自己再接再厉，加油！实验二运算器的实验一、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。三、实验说明COP2000中的运算器由一片可编程芯片EPLD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, 运算结果输出到哪里？（在哪里显示的）。根据不同的S2 S1 S0 实现8种运算加 减 或 与 带进位加 带进位减 A取反 输出A注意：是否需要时钟？四、实验过程（1）连接线表连接信号孔接入孔作用有效电平1J1座J3座将K23-K16接入DBUS7:02S0K0运算器功能选择3S1K1运算器功能选择4S2K2运算器功能选择5AENK3选通A低电平有效6WENK4选通W低电平有效7Cy INK5运算器进位输入8ALUCKCLOCKALU工作脉冲上升沿打入（2）实验数据将55H写入A寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据55HK23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号为：K5(Cy IN)K4(WEN)K3(AEN)K2(S2)K1(S1)K0(S0)01000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DBUS7:0的数据输入，置数据33HK23K22K21K20K19K18K17K1600110011置控制信号为：K5(Cy IN)K4(WEN)K3(AEN)K2(S2)K1(S1)K0(S0)001000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。当A 31 W 69时置下表的控制信号, 检验运算器的运算结果K5(Cy IN)K2(S2)K1(S1)K0(S0)结果(直通门D)注释X0009A加运算X001C8减运算X01099或运算X01121与运算01009A带进位加运算11009B带进位加运算0101C8带进位减运算1101C8带进位减运算X110CE取反运算X11131输出A读数据：五、 实验感想通过实验，让我了解到M是算术与逻辑运算的选择端决定了ALU进行哪一类的运算，S0,S1,S2是功能选择控制器，决定了是做加减、逻辑与、逻辑或、逻辑异或等运算。通过灵活运用S0,S1,S2的不同组合可以实现许多其他的功能。而且这次实验还涉及到数据总线，它的三个性质为公共性、驱动性和三态性，在数据输入时利用控制开关来控制三态，有效时输出数据，无效时数据输入缓冲器呈现高阻（相当于断开）与数据总线隔离；公共性是总线最根本的属性，所有传输的数据都通过共享数据线分时完成的，何时完成靠控制信号来区分。有收获，我很开心.实验三 数据输出实验/移位门实验一、实验目的（1）了解模型机中数据输出的控制方法。（2）了解模型机中数据移位的过程。 二、实验要求（1）利用COP2000实验仪的X0、X1、X2作为控制信号，将相应的寄存器内容输出到DBUS上。（2）理解并掌握数据移位的原理。三、实验说明COP2000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X2 X1 X0输出寄存器0 0 0IN-OE 外部输入门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没有输出四、实验过程连接线表连接信号孔接入孔作用有效电平1J1座J3座将K23-K16接入DBUS7:02X0K5寄存器输出选择3X1K6寄存器输出选择4X2K7寄存器输出选择5AENK3选通A低电平有效6CNK9移位是否带进位0:不带进位 1:带进位7Cy INK8移位进位输入8S2K2运算器功能选择9S1K1运算器功能选择10S0K0运算器功能选择11ALUCKCLOCKALU工作脉冲上升沿打入 实验1：数据输出实验置下表的控制信号， 检验输出结果X2X1X0指示灯（红色）液晶显示（数据总线值）000IN指示输入门（K23-16）001IA指示中断向量010ST指示堆栈寄存器011PC指示PC寄存器100D直通门指示D直通门101R右移门指示R右移门110L左移门指示L左移门111没有输出 实验2：移位实验（1）原理图ALU直接输出和零标志位产生原理图ALU左移输出原理图ALU右移输出原理图直通门将运算器的结果不移位送总线。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。具体连线是：Cy 与 CN DBUS7 ALU7 DBUS6 ALU6 DBUS5 ALU5 DBUS4 ALU4 DBUS3 ALU3 DBUS2 ALU2 DBUS1ALU1 DBUS0Cy 与 CN DBUS7当不带进位移位时(CN=0)： 0 DBUS7当带进位移位时(CN=1)： Cy DBUS7 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。具体连线是： ALU6 DBUS7 ALU5 DBUS6 ALU4 DBUS5 ALU3 DBUS4 ALU2 DBUS3 ALU1 DBUS2ALU0 DBUS1当不带进位移位时(CN=0)： 0 DBUS0当带进位移位时(CN=1)： Cy DBUS0将31H写入A寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据31HK23K22K21K20K19K18K17K1600110001置控制信号为：K4(WEN)K3(AEN)10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31H被写入A寄存器。将79H写入W寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据79HK23K22K21K20K19K18K17K1601111001置控制信号为：K4(WEN)K3(AEN)01A-W:K2K1K0001S2S1S0=001时运算器结果为寄存器A内容S2S1S0L（十六进制、二进制）DR00130984C注意观察：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。五、 实验感想通过这次数据输出实验/移位门实验，我知道了数据输出的控制方法、数据移位的过程。这次实验是四次实验中最简单、最容易懂的一次实验。这次实验包括了前几次实验的内容，比如寄存器、运算器。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。但究竟是进行那种运算结果送入到那个寄存器是有X2、X1、X0输出选择决定的，这一点很重要。在移位运算中，寄存器D表示的是不带移位的运算，也就是我们输入到A寄存器中的值，寄存器R表示的是寄存器D中数据右移移位的运算结果，寄存器L表示是寄存器D中数据左移一位的运算结果。当X2、X1、X0=100时运算器结果通过直通门送到数据总线；当X2、X1、X0=101时运算器结果通过右通门送到数据总线；以及其他运算结果。做实验越来越得心应手了，也要靠自己去得到想要的结果！实验四 存储器实验一、实验目的(1) 初步了角存储器EM的工作原理。(2) 掌握存储器EM的操作步骤。二、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，将地址数据写入存储器EM中，并读出。三、实验说明EM原理图存储器EM由一片6116RAM构成，通过一片74HC245与数据总线相连。存储器EM的地址可选择由PC或MAR提供。存储器EM的数据输出直接接到指令总线IBUS，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。连接线表连接信号孔接入孔作用有效电平1J2座J3座将K23-K16接入DBUS7:02IRENK6IR, uPC写允许低电平有效3PCOEK5PC输出地址低电平有效4MAROEK4MAR输出地址低电平有效5MARENK3MAR写允许低电平有效6EMENK2存储器与数据总线相连低电平有效7EMRDK1存储器读允许低电平有效8EMWRK0存储器写允许低电平有效9PCCKCLOCKPC工作脉冲上升沿打入10MARCKCLOCKMAR工作脉冲上升沿打入11EMCK CLOCK写脉冲上升沿打入12IRCKCLOCKIR, uPC工作脉冲上升沿打入 实验1：PC/MAR输出地址选择置控制信号为：K5(PCOE)K4(MAROE)地址总线红色地址输出指示灯10PC输出地址PC地址输出指示灯亮01MAR输出地址MAR地址输出指示灯亮11地址总线浮空00错误, PC及MAR同时输出PC及MAR地址输出指示灯亮以下存贮器EM实验均由MAR提供地址 实验2：存储器EM写实验 一、（1）将地址01写入MAR二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据01HK23K22K21K20K19K18K17K1600000001置控制信号为：K6(IREN)K5(PCOE)K4(MAROE)K3(MAREN)K2(EMEN)K1(EMRD)K0(EMWR)1110111按CLOCK键, 将地址01写入MAR（2）将地址31H写入EM0二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据31HK23K22K21K20K19K18K17K1601010001置控制信号为：K6(IREN)K5(PCOE)K4(MAROE)K3(MAREN)K2(EMEN)K1(EMRD)K0(EMWR)1101010按CLOCK键, 将地址31H写入EM0二、（1）将地址02写入MAR二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据02HK23K22K21K20K19K18K17K1600000010置控制信号为：K6(IREN)K5(PCOE)K4(MAROE)K3(MAREN)K2(EMEN)K1(EMRD)K0(EMWR)1110111按CLOCK键, 将地址02写入MAR（2）将地址41H写入EM0二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据41HK23K22K21K20K19K18K17K1601100001置控制信号为：K6(IREN)K5(PCOE)K4(MAROE)K3(MAREN)K2(EMEN)K1(EMRD)K0(EMWR)1101010按CLOCK键, 将地址41H写入EM0三、（1）将地址03写入MAR二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据03HK23K22K21K20K19K18K17K1600000011置控制信号为：K6(IREN)K5(PCOE)K4(MAROE)K3(MAREN)K2(EMEN)K1(EMRD)K0(EMWR)1110111按CLOCK键, 将地址03写入MAR（2）将地址51H写入EM0二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据51HK23K22K21K20K19K18K17K1601110001置控制信号为：K6(IREN)K5(PCOE)K4(MAROE)K3(MAREN)K2(EMEN)K1(EMRD)K0(EMWR)1101010按CLOCK键, 将地址51H写入EM0实验3：存储器EM读实验 （1）将地址01写入MAR二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据23HK23K22K21K20K19K18K17K1600000001置控制信号为：K6(IREN)K5(PCOE)K4(MAROE)K3(MAREN)K2(EMEN)K1(EMRD)K0(EMWR)1110111按CLOCK键, 将地址0写入MAR（2）读EM0置控制信号为：K6(IREN)K5(PCOE)K4(MAROE)K3(MAREN)K2(EMEN)K1(EMRD)K0(EMWR)1101101EM0被读出: 31H四、实验感想 通过这次存储器实验，让我熟练地了解到存储器EM的工作原理以及存储器EM的操作步骤。这次的实验相对比较复杂也比较难，老师看着实验一步一步详细地跟我们讲解如何连线，如何进行存储器的存入和读取。但是真正进行实际操作的时候，我们又遇到很多麻烦和问题。在连线过程中，我们由于不太细心，导致连线出现了一些小差错，紧接着我们在存取数据时也出现了问题，我们只能存入但是读取不出来，可能还是我们对存储器的工作原理不够清楚，在老师的指导和仔细讲解下，我们慢慢地捉摸，最终把实验完整地操作出来了。也通过这次试验，让我们更加的明白，要想把一件事做好，必须要明白到底要做什么，才能有目标的进行下一步，一步一步地进行下去，最后终究就取得成功。有志者事竟成，苦心人天不负。实验五 程序计数器PC实验一、实验目的(1) 了解模型机中微程序的基本概念。(2) 了解PC的结构、工作原理及其控制方法。二、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，实现程序计数器PC的写入和加1功能，并观察PC及相应变化。三、实验说明 PC原理图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。记数器的输出通过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。ELPIR3IR2CyZLDPC1XXXX10001X00000X1001X10001X0101XXX0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IR3 IR2 = 1 X时，LDPC=0，PC被预置 当IR3 IR2 = 0 0时，LDPC=非Cy，当Cy=1时，PC被预置 当IR