寄存器及数据输出实验

1实验报告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实验计算机组成原理机器号___________________22、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3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4X2X1X0输出寄存器000IN-OE外部中断001IA-OE中断向量010ST-OE堆栈寄存器011PC-OEPC寄存器100D-OE直通门101R-OE右移门110L-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1J1座J3座2AENK03WENK14ALUCKCLOCK(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K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号：K0（AEN）K1（WEN）01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：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号：K0（AEN）K1（WEN）10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1J1座J3座2RRDK113RWRK104SBK15SAK06RCKCLOCK5(1)R？的写入写入R0：置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）1000给出CLOCK脉冲上升沿。写入R1：置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）1001给出CLOCK脉冲上升沿。写入R2：置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）1010给出CLOCK脉冲上升沿。写入R3：置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）1011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）0100液晶显示为：556读R1：置控制信号：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）0101液晶显示为：55读R2：置控制信号：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）0110液晶显示为：55读R3：置控制信号：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）0111液晶显示为：553、MAR、ST、OUT寄存器实验按下表连接线连接信号孔接入孔1J2座J3座2MAROEK143MARENK154STENK125OUTENK136MARCKCLOCK(1)MAR的写入置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号：K14（MAROE）K15（MAREN）K12（STEN）K13（OUTEN）1011给出CLOCK脉冲上升沿。(2)ST的写入置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号：K14（MAROE）K15（MAREN）K12（STEN）K13（OUTEN）1101给出CLOCK脉冲上升沿。7(3)OUT置数据：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号：K14（MAROE）K15（MAREN）K12（STEN）K13（OUTEN）1110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1J1座J3座2X0K03X1K14X2K2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）0001输入门（K23—K16）0011中断向量（由拨动开关给出）0101堆栈寄存器0111PC寄存器1001D直通门1011R右移门1101L左移门1110.没有输出8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µPCCOP2000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）。9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。10三、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1J2座J3座将K23—K16接入DBUS[7：0]2JRCK0C标志输入3JRZK1Z标志输入4PCOEK2PC输出到地址总线低电平有效5JIR2K3预置选择6JIR3K4预置选择7ELPK5预置允许低电平有效8PCCKCLOCKPC工作脉冲上升沿打入置控制信号为：K2（PCOE）K5（ELP）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：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号为：ELP（K5）IR3（K4）IR2（K3）JRZ（K1）JRC（K0）LDPCPC预置指示灯状态XXXXXXXXXXX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1J2座J3座将K23┈K16接入DBUS[7┈0]2IRENK0预置μPC低电平有效3EMENK1EM存储器工作使能低电平有效4EMWRK2EM存储器写能低电平有效5EMRDK3EM存储器读能低电平有效6IRCKCLOCKµPC工作脉冲上升沿打入111、µPC加一实验设置控制信号为：K3(EMRD)K2(EMWR)K1(EMEN)K0(IREN)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??HK23K22K21K20K19K18K17K1601010101设置控制信号为：K3(EMRD)K2(EMWR)K1(EMEN)K0(IREN)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AENWEN同时为低电平时AW寄存器同时写入数据AENWEN同时为高电平时AW寄存器都不写入数据有图可知AENWEN分别与CK相连进行或运算，CLOCK上升沿时同进同不进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。AEN、WEN为寄存器A、W写入控制信号，低有效。RRD、RWR为寄存器组写入读出控制信号，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。MAROE、MAREN、STEN、OUTEN为MAR、ST、OUT寄存器控制信号。MAROE：控制MAR内容是否输出到ABUS。MAREN、STEN、OUTEN分别控制DBUS中数据写入寄存器的选定。011--MAR、101--ST、110--OUT。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？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？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。五、实验体会及建议实验遇到的问题及解决办法；12第一次上组成原理实验对实验仪器不了解通过老师的讲解明白了如何应用实验器材实验内容是否合适：（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。实验的讲解可以再丰富些