计算机组成原理--实验报告

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。

 实验电路：寄存器的作用是用于保存数据的CPTH 用74HC574 来构成寄存器。74HC574 的功能如下：

实验1：A，W 寄存器实验

原理图

寄存器A原理图

寄存器W 原理图

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。

实验2：R0，R1，R2，R3 寄存器实验

连接线表

将11H、22H、33H、44H写入R0、R1、R2、R3寄存器将

二进制开关K23-K16，置数据分别为11H、22H、33H、44H

置控制信号为：

K11、K10为10，K1、k0分别为00、01、10、11

并分别按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器R0、R1\\R2\\R3 的黄色选择指示灯分别亮，放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据被写入寄存器。

注意观察：

 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。

 ， K0(SA) 用于选择寄存器。

读寄存器

置控制信号为：K11、K10为01，

K1、K0为00时，读R0，这时寄存器R0 的红色输出指示灯亮，R0 寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7... L0为：00010001. 将K11(RRD)置为1，关闭R0 寄存器输出。

读R1寄存器

K1、K0为01时，读R1，这时寄存器R1 的红色输出指示灯亮，R1 寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7... L0为： 00100010. 将K11(RRD)置为1， 关闭R1 寄存器输出。

读R2寄存器

K1、K0为10时，读R2，这时寄存器R2 的红色输出指示灯亮，R2 寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7... L0为： 00110011. 将K11(RRD)置为1， 关闭R2 寄存器输出。

读R3寄存器

K1、K0为11时，读R3 ，这时寄存器R3 的红色输出指示灯亮，R3 寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7... L0为： 01000100. 将K11(RRD)置为1， 关闭R3 寄存器输出。

注意观察：

1.数据在K11(RRD)为0 时输出，不是沿触发，与数据打入不同。

实验3：MAR 地址寄存器，ST 堆栈寄存器，OUT输出寄存器

寄存器MAR原理图

寄存器ST 原理图

寄存器OUT原理图

寄存器MAR，ST，OUT写工作波形图

连接线表

将12H写入MAR寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据12H

置控制信号为：

按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器MAR的黄色选择指示灯亮，表明选择MAR寄存器。放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据12H被写入MAR寄存器。

K14(MAROE)为0， MAR寄存器中的地址输出，MAR 红色输出指示灯亮。

将K14(MAROE)置为1，关闭MAR输出。

将34H写入ST寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据34H

置控制信号为：

按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器ST 的黄色选择指示灯亮，表明选择ST 寄存器。放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据34H被写入ST 寄存器。

将56H写入OUT寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据56H

置控制信号为：

按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器OUT 的黄色选择指示灯亮，表明选择OUT 寄存器。放开STEP 键，CK 由低变高，产生一个上升沿，数据56H 被写入OUT寄存器。

心得体会：（一定要写）

写一下自己的感受或者一些问题的进一步的思考。不要写我学会了XXX东西之类的。

注意上述三个实验可以选择1和2或者1和3，至少两个写实验报告，实验2和3可以简写，只要根据自己的做的过程描述清楚即可，不用画表格，一定要自己写，不要抄别人的，否则实验报告按作废处理。（以下实验报告要求相同）

（下一个实验另起一页，都这样要求。）

实验二     运算器实验

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。

实验心得：

实验三   PC 实验

实验目的：1、了解模型机中程序计数器PC的工作原理及其控制方法。2、了解程序执行过程中顺序和跳转指令的实现方法。

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，实现程序计数器PC的写入及加1 功能。

实验电路：

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。

PC 原理图

在CPTH 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值送地址总线

  打入控制原理图

PC 打入控制电路由一片74HC151 八选一构成(isp1016实现)。

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IR3 IR2 = 0 1 时，LDPC=非Z，当Z=1 时，PC 被预置

连接线表

实验1：PC 加一实验

置控制信号为：

按一次STEP脉冲键，CK产生一个上升沿，数据PC 被加一。

实验2：PC 打入实验

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据12H

置控制信号为：

每置控制信号后，按一下STEP键，观察PC的变化。

实验心得

实验四 　存储器EM 实验

实验目的：了解模型机中程序存储器EM 的工作原理及控制方法。

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，实现程序存储器EM 的读写操作。

实验电路：

存储器EM 由一片6116RAM 构成，是用户存放程序和数据的地方。存储器EM 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。

EM原理图

连接线表

实验1：PC/MAR 输出地址选择

置控制信号为：

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（下面可以选择写读地址0、或者写读地址1的实验报告，偶数学号写0，奇数学号写地址1的）

将地址0 写入MAR

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据00H

置控制信号为：

按STEP键, 将地址0 写入MAR

将数据11H写入EM[0]

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据11H

置控制信号为：

按STEP键, 将数据11H写入EM[0]

将地址1 写入MAR

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据01H

置控制信号为：

按STEP键, 将地址1 写入MAR

将数据22H写入EM[1]

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据22H

置控制信号为：

按STEP键，将数据22H写入EM[1]

实验3：存储器EM 读实验

将地址0 写入MAR

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据00H

置控制信号为：

按STEP键, 将地址0 写入MAR

读EM[0]

置控制信号为：

EM[0]被读出：11H

将地址1写入MAR

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据01H

置控制信号为：

按STEP键，将地址0写入MAR

读EM[1]

置控制信号为：

EM[1]被读出：22H

实验4：存储器打入IR指令寄存器/uPC实验

将地址0写入MAR

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据00H

置控制信号为：

按STEP键，将地址0写入MAR

读EM[0]，写入IR及uPC

置控制信号为：

EM[0]被读出：11H

按STEP键，将EM[0]写入IR及uPC，IR=11H，uPC=10H

将地址1写入MAR

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据01H

置控制信号为：

按STEP键，将地址1写入MAR

读EM[1]，写入IR及uPC    

置控制信号为：

EM[1]被读出：22H

按STEP键，将地址EM[1]写入IR及uPC，IR=22H，uPC=20H

实验心得

实验五 微程序存储器uM 实验

实验目的：1、了解微程序控制方式模型机的基本工作原理。2、了解微程序存储器uM的控制方法。

实验要求：利用CPTH 实验仪上的开关做为控制信号，实现微程序存储器uM 的输出功能。

 实验电路：

存储器uM 由三片6116RAM 构成，共24 位微指令，采用水平型微指令格式。存储器的地址由uPC 提供, 片选及读信号恒为低, 写信号恒为高. 存储器uM 始终输出uPC 指定地址单元的数据。

　　　　　　　　　　　　　　uM原理图

连接线表

实验1：微程序存储器uM 读出

置控制信号为：K0为1

uM 输出uM[0]的数据

按一次STEP脉冲键，CK产生一个上升沿，数据uPC 被加一。

uM 输出uM[1]的数据

按一次STEP脉冲键，CK产生一个上升沿，数据uPC 被加一。

uM 输出uM[2]的数据

实验2：使用实验仪小键盘输入uM

　　1．连接J1, J2

　　2．打开电源

　　3．按TV/ME键, 选择uM

　　4．输入两位地址, 00

　　5．按NEXT, 进入微程序修改

　　6．按六位微程序数据

　　7．按NEXT选择下个地址/按LAST选择上个地址

　　8．重复6,7 步输入微程序

　　9．按RST结束

实验六   模型机综合实验（微程序控制器）