寄存器及數(shù)據(jù)輸出實(shí)驗(yàn)

1、機(jī)器號(hào)_計(jì)算機(jī)組成原理 實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)一 寄存器及數(shù)據(jù)輸出實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握寄存器器件的工作原理，了解COP2000模型機(jī)所用主要寄存器的位置、作用、數(shù)據(jù)通路及控制信號(hào)；2、掌握寄存器組的工作原理；3、了解計(jì)算機(jī)中多個(gè)寄存器不能同時(shí)向內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送出數(shù)據(jù)的事實(shí)COP2000實(shí)驗(yàn)儀選擇某個(gè)寄存器（允許其向DBUS上輸出數(shù)據(jù)）的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理（一） 寄存器COP2000用74HC574來(lái)構(gòu)成寄存器，74HC574的功能如下：1， 在CLK的上升沿將輸入端的數(shù)據(jù)打入到8個(gè)觸發(fā)器中。2， 當(dāng)OC=1時(shí)觸發(fā)器的輸出被關(guān)閉，當(dāng)OC=0時(shí)觸發(fā)器輸出數(shù)據(jù)。 74HC574工作波形圖1、累加器A、暫存器

2、W實(shí)驗(yàn)2、地址寄存器MAR、堆棧寄存器ST、輸出寄存器OUT實(shí)驗(yàn)寄存器MAR原理圖 寄存器ST原理圖寄存器OUT原理圖（二）寄存器組寄存器組R原理圖74HC139含有兩個(gè)獨(dú)立的24譯碼器，其引腳與內(nèi)部邏輯、功能表見實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。（三）數(shù)據(jù)輸出實(shí)驗(yàn)COP2000實(shí)驗(yàn)儀中有7個(gè)寄存器可以向DBUS輸出數(shù)據(jù)，但在某一特定時(shí)刻只能有一個(gè)寄存器輸出數(shù)據(jù)。由X0、X1、X2控制信號(hào)決定那一個(gè)寄存器向數(shù)據(jù)總線輸出數(shù)據(jù)，而這三個(gè)控制信號(hào)為74HC138譯碼器的三個(gè)選擇輸入端。74HC138用于選片。數(shù)據(jù)輸出選擇器原理圖X2 X1 X0輸出寄存器0 0 0IN-OE 外部中斷0 0 1IA-OE 中斷向量0 1

3、0ST-OE 堆棧寄存器0 1 1PC-OE PC寄存器1 0 0D-OE 直通門1 0 1R-OE 右移門1 1 0L-OE 左移門1 1 1沒有輸出三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、A、W的寫入按下表連線連接信號(hào)孔接入孔1J1座J3座2AENK03WENK14ALUCKCLOCK(1) 將數(shù)據(jù)寫入A寄存器用手動(dòng)開關(guān)K23K16進(jìn)行DBUS7：0的數(shù)據(jù)輸入K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號(hào)：K0（AEN）K1（WEN）01給CLOCK跳變信號(hào)：按住CLOCK脈沖鍵，注意哪個(gè)寄存器的黃色指示燈亮起，就是你所選的要寫入的寄存器。放開CLOCK鍵，一個(gè)上升沿即產(chǎn)生，觀察寄存器

4、寫入的值。(2) 將數(shù)據(jù)寫入W寄存器置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號(hào)：K0（AEN）K1（WEN）10給CLOCK跳變信號(hào)，觀察寄存器寫入的值。2、R？的寫入與讀出按下表連接線連接信號(hào)孔接入孔1J1座J3座2RRDK113RWRK104SBK15SAK06RCKCLOCK(1) R？的寫入寫入R0：置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號(hào)：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）1000給出CLOCK脈沖上升沿。寫入R1：置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010

5、101置控制信號(hào)：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）1001給出CLOCK脈沖上升沿。寫入R2：置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號(hào)：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）1010給出CLOCK脈沖上升沿。寫入R3：置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號(hào)：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）1011給出CLOCK脈沖上升沿。(2) R？的讀出自己設(shè)置RRD、RWR、SB及SA信號(hào)，觀察R？的紅色指示燈及液晶顯示內(nèi)容。讀R0：置控制信號(hào)：K11（R

6、RD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）0100液晶顯示為：55讀R1：置控制信號(hào)：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）0101液晶顯示為：55讀R2：置控制信號(hào)：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）0110液晶顯示為：55讀R3：置控制信號(hào)：K11（RRD）K10（RWR）K1（SB）K0（SA）0111液晶顯示為：55 3、MAR、ST、OUT寄存器實(shí)驗(yàn)按下表連接線連接信號(hào)孔接入孔1J2座J3座2MAROEK143MARENK154STENK125OUTENK136MARCKCLOCK(1) MAR的寫入置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K

7、18K17K1601010101置控制信號(hào)：K14（MAROE）K15（MAREN）K12（STEN）K13（OUTEN）1011給出CLOCK脈沖上升沿。(2) ST的寫入置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號(hào)：K14（MAROE）K15（MAREN）K12（STEN）K13（OUTEN）1101給出CLOCK脈沖上升沿。(3) OUT置數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號(hào)：K14（MAROE）K15（MAREN）K12（STEN）K13（OUTEN）1110給出CLOCK脈沖上升沿。4、數(shù)據(jù)輸出實(shí)驗(yàn)按下

8、表連線連接信號(hào)孔接入孔1J1座J3座2X0K03X1K14X2K2置下表的控制信號(hào)，寫出指示燈的狀態(tài)：X2 X1 X0指示燈液晶顯示（數(shù)據(jù)總線值）0 0 01輸入門（K23K16）0 0 11中斷向量（由撥動(dòng)開關(guān)給出）0 1 01堆棧寄存器0 1 11PC寄存器1 0 01D直通門1 0 11R右移門1 1 01L左移門1 1 10.沒有輸出 實(shí)驗(yàn)二 計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握程序計(jì)數(shù)器PC和微程序計(jì)數(shù)器µPC的工作原理；2、掌握COP2000中需要對(duì)PC進(jìn)行置數(shù)的條件；二、實(shí)驗(yàn)原理（一）微程序計(jì)數(shù)器µPCCOP2000實(shí)驗(yàn)儀中，微程序計(jì)數(shù)器uPC由2片74HC161組

9、成的。指令總線IBUS7：0的高六位被接到µPC預(yù)置輸入的高六位，µPC預(yù)置的低兩位被置為0。兩片161的連接為同步連接。低片161的CEP、CET已置為有效，而其進(jìn)位輸出端TC接至高片161的CEP、CET。µPC原理圖當(dāng)RES=0時(shí)，µPC被清0；當(dāng)IREN=0時(shí)，在CK的上升沿，預(yù)置數(shù)據(jù)被打入µPC。指令總線（IBUS）上的數(shù)據(jù)可來(lái)自一片74HC245。當(dāng)IREN=1時(shí)，在CK的上升沿，µPC加1。（二）程序計(jì)數(shù)器PC 程序計(jì)數(shù)器PC由2片74HC161組成，能完成加1和預(yù)置數(shù)功能。程序計(jì)數(shù)器的輸出由74HC245保存，74HC

10、245與74HC161的輸出相連，74HC245（2）的輸出連接地址總線，74HC245（1）的輸出接到數(shù)據(jù)總線（當(dāng)LDPC=0時(shí)）。程序計(jì)數(shù)器原理圖 當(dāng)指令正常執(zhí)行時(shí)，程序計(jì)數(shù)器完成加1操作；當(dāng)執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令時(shí)，74HC161用預(yù)置數(shù)功能，從數(shù)據(jù)總線接收要跳轉(zhuǎn)的地址。當(dāng)RES=0時(shí)，PC計(jì)數(shù)器被清0。當(dāng)PC+1=1時(shí)，在CK的上升沿，PC計(jì)數(shù)器加一；當(dāng)LDPC=0時(shí)，在CK的上升沿，預(yù)置數(shù)據(jù)被打入PC計(jì)數(shù)器；當(dāng)PCOE=0時(shí)，PC值送地址總線。在COP2000中，計(jì)數(shù)允許控制端PC+1由PCOE取反產(chǎn)生。PC跳轉(zhuǎn)控制電路原理：在COP2000中，虛擬一片74HC151器件（做在控制芯片CPLD

11、95108中）來(lái)決定PC是否被預(yù)置。74HC151為八選一數(shù)據(jù)選擇器，其真值表及工作原理如下圖所示。 PC預(yù)置控制原理圖 當(dāng)ELP=1時(shí)，LDPC=1，不允許PC被預(yù)置；當(dāng)ELP=0，IR3=0，IR2=0時(shí)，且Cy=1時(shí)，LDPC=非Cy，當(dāng)PC被預(yù)置；當(dāng)ELP=0，IR3=0，IR2=1時(shí)，且Z=1時(shí)，LDPC=非Z，當(dāng)PC被預(yù)置；當(dāng)ELP=0，IR3=1，IR2=X時(shí)，LDPC=0，PC被預(yù)置。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）PC實(shí)驗(yàn)1、PC加一實(shí)驗(yàn)連接線表連接信號(hào)孔接入孔作用有效電平1J2座J3座將K23K16接入DBUS7：02JRCK0C標(biāo)志輸入3JRZK1Z標(biāo)志輸入4PCOE K2PC輸出到地

12、址總線低電平有效5JIR2K3預(yù)置選擇6JIR3K4預(yù)置選擇7ELPK5預(yù)置允許低電平有效8PCCKCLOCKPC工作脈沖上升沿打入置控制信號(hào)為：K2（PCOE）K5（ELP）按一次CLOCK脈沖鍵，CLOCK產(chǎn)生一個(gè)上升沿，數(shù)據(jù)PC被加一。2、PC預(yù)置實(shí)驗(yàn)二進(jìn)制開關(guān)K23K16置入數(shù)據(jù)：K23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信號(hào)為：ELP（K5）IR3（K4）IR2（K3）JRZ（K1）JRC（K0）LDPCPC預(yù)置指示燈狀態(tài)XXXXXXXXXXX每置控制信號(hào)后，按一下CLOCK鍵，觀察PC的變化。注意：X表示為任意值（二）µPC實(shí)驗(yàn)按下表所示連線連

13、接信號(hào)孔接入孔作用有效電平1J2座J3座將K23K16接入DBUS702IRENK0預(yù)置PC低電平有效3EMENK1EM存儲(chǔ)器工作使能低電平有效4EMWRK2EM存儲(chǔ)器寫能低電平有效5EMRDK3EM存儲(chǔ)器讀能低電平有效6IRCKCLOCKµPC工作脈沖上升沿打入1、µPC加一實(shí)驗(yàn)設(shè)置控制信號(hào)為：K3(EMRD)K2(EMWR)K1(EMEN)K0(IREN)按一次CLOCK一次，CLOCK產(chǎn)生一個(gè)上升沿，µPC的輸出數(shù)據(jù)被加一。2、µPC預(yù)置數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)用二進(jìn)制開關(guān)K23K16將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線（DBUS），置數(shù)據(jù)?HK23K22K21K20K19K18K

14、17K1601010101設(shè)置控制信號(hào)為：K3(EMRD)K2(EMWR)K1(EMEN)K0(IREN) 按住CLOCK鍵，CLOCK由高變低，這時(shí)µPC的黃色預(yù)置指示燈亮，表明µPC被預(yù)置數(shù)。放開CLOCK鍵，CLOCK產(chǎn)生下降沿，數(shù)據(jù)?H被寫入µPC寄存器。四、思考題寄存器1、 AEN、WEN同時(shí)為高電平或同時(shí)為低電平時(shí)，給出CLOCK上升沿，會(huì)有什么結(jié)果？并解釋之AEN WEN同時(shí)為低電平時(shí)A W寄存器同時(shí)寫入數(shù)據(jù) AEN WEN同時(shí)為高電平時(shí)A W寄存器都不寫入數(shù)據(jù)有圖可知AEN WEN分別與CK相連進(jìn)行或運(yùn)算，CLOCK上升沿時(shí)同進(jìn)同不進(jìn)2、 寄存器組

15、的數(shù)據(jù)讀出與CLOCK脈沖是否有關(guān)系？由此說(shuō)明寄存器的數(shù)據(jù)打入與讀出在控制上的差別。無(wú)關(guān) 寄存器輸入需要CLOCK提供上升沿信號(hào)，而讀出不需要，因?yàn)镺C始終接地為低電平有效。3、 總結(jié)寄存器部分實(shí)驗(yàn)有多少個(gè)控制信號(hào)，并寫出其作用。AEN、WEN為寄存器A、W寫入控制信號(hào)，低有效。RRD、RWR為寄存器組寫入讀出控制信號(hào)，1、0代表寫入，0、1代表讀出。SB、SA為寄存器組選定信號(hào)，00-R0、01-R1、10-R2、11-R3。MAROE、MAREN、STEN、OUTEN為MAR、ST、OUT寄存器控制信號(hào)。MAROE：控制MAR內(nèi)容是否輸出到ABUS。MAREN、STEN、OUTEN分別控制DBUS中數(shù)據(jù)寫入寄存器的選定。011-MAR、101-ST、110-OUT。計(jì)數(shù)器1、 請(qǐng)敘述程序計(jì)數(shù)器PC、微程序計(jì)數(shù)器µPC工