计组第一次实验报告总结.docx
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计组第一次实验报告总结
机器号___________________
计算机组成原理
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内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、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
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、A、W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。
（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。
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R0：
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
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：
55H
读R1：
置控制信号：
K11（RRD）
K10（RWR）
K1（SB）
K0（SA）
0
1
0
1
液晶显示为：
55H
读R2：
置控制信号：
K11（RRD）
K10（RWR）
K1（SB）
K0（SA）
0
1
1
0
液晶显示为：
55H
读R3：
置控制信号：
K11（RRD）
K10（RWR）
K1（SB）
K0（SA）
0
1
1
1
液晶显示为：
55H
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）
0
0
1
1
给出CLOCK脉冲上升沿。
//MAROE为0，MAR中地址输出
（2）ST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。
（3）OUT
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
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变红
输入门（K23—K16）
001
IA变红
中断向量（由拨动开关给出）
010
ST变红
堆栈寄存器
011
PC变红
PC寄存器
100
D变红
D直通门
101
R变红
R右移门
110
L变红
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µPC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µPC
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µPC预置输入的高六位，µPC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。
µPC原理图
当RES=0时，µPC被清0；
当IREN=0时，在CK的上升沿，预置数据被打入µPC。
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，µPC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：
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
1
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
灭
0
0
0
X
1
0
亮
0
0
0
X
0
1
灭
0
0
1
1
X
0
亮
0
0
1
0
X
1
灭
0
1
X
X
X
0
亮
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）µPC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μPC
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
µPC工作脉冲
上升沿打入
1、µPC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，µPC的输出数据被加一。
2、µPC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）
0
1
0
0
按住CLOCK键，CLOCK由高变低，这时µPC的黄色预置指示灯亮，表明µPC被预置数。
放开CLOCK键，CLOCK产生下降沿，数据?
?
H被写入µPC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同时为高电平时，A、W寄存器都不写入数据；AEN、WEN同为低电平时A、W寄存器都能写入数据。
由图可知AEN、WEN分别与CK相连进行或运算，而A、W寄存器都是上升沿触发，所以会有上述结果。
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：
寄存器组的数据读出与CLOCK脉冲无关。
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：
AEN、WEN为累加器A、暂存器W写控制信号，低有效。
RRD、RWR分别为寄存器组读控制信号和写控制信号，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。
PCOE和ELP为PC寄存器控制信号。
PCOE控制PC内容是否输出。
ELP=1,不允许预置。
MAROE和MAREN为MAR寄存器控制信号。
MAROE=0，MAR输出允许。
MAREN=0，MAR打入允许。
IREN、STEN、OUTEN为IR、ST、OUT寄存器读控制信号，低有效。
计数器
1、请叙述程序计数器PC、微程序计数器µPC工作原理，两者在预置条件上有何区别？
答：
PC——为了保证程序能够连续地执行下去，CPU必须具有某些手段来确定下一条指令的地址。
程序计数器PC正是起到这种作用。
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，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。
µPC——一般情况下，由µPC+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µPC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：
（1）对于µPC，当RES=0时，µPC被清0；当IREN=0时，在CK的上升沿，预置数据被打入µPC。
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，µPC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：
ELP=1，不允许PC被预置，ELP=0，允许PC被预置。
PC计数操作是自动完成的。
3、对微程序计数器µPC进行预置操作时，如果置入数据12H，µPC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，显示10H。
因为低两位和地相连永为0。
五、实验体会及建议
实验遇到的问题及解决办法；
实验内容是否合适：
（内容多，适中，内容少）；
对本次实验的建议，以及以后实验内容安排的建议等。
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