1、计算机组成原理实验实验箱1. A，W寄存器实验实验要求：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。 实验电路：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。CPTH 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
2、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 74HC574工作波形图寄存器A原理图寄存器W 原理图寄存器A，W 写工作波形图连接线表：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DBUS7:0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
3、制开关K23-K16用于DBUS7:0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： 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。 WEN，AEN为高时，即使CK有上升沿，寄存器的数据也不会改变。 2. 运算器实验实验要求：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。实验目的：了解模型机中算术
4、、逻辑运算单元的控制方法。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DBUS7:0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DBUS7:0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
5、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。 3. 数据输出实验/移位门实验实验要求：利用CPTH 实验仪的开关做为控制信号，将指定寄存器的内容读到数据总线DBUS上。实验目的：1、了解模型机中多寄存器接数据总线的实现原理。 2、了解运算器中移位功能的实现方法。实验电路：CPTH 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
6、输出选择器原理图 连接线表置下表的控制信号，检验输出结果 4. 数据运算实验（加/减/与/或）1在CPTH 软件中的源程序窗口输入下列程序 2将程序另存为EX2.ASM，将程序汇编成机器码，调试窗口会显示出程序地址、机器码、反汇编指令。 3按快捷图标的F7，执行“单微指令运行”功能，观察执行每条微指令时，寄存器的输入/输出状态，各控制信号的状态，PC及uPC如何工作。(见“EX2.ASM程序跟踪结果”详细介绍)4在了解数据运算的原理，可以加上一些数据传输指令给累加器A或寄存器R?赋值，再运算，并观察运算结果。EX2.ASM程序跟踪结果程序的开始执行一条取指的微指令，读入程序第一条指令。ADDC
7、 A，R1：本指令为三个状态周期。在T2状态，由上次取指操作取出的指令码为21H，由IREN存入指令寄存器IR，最低两位为01(二进制)，选择寄存器R1，指令码由于IREN打入uPC时，忽略掉指令的最低两位，而将uPC的最低两位置成00，uPC的值为20H，访问微程序存储器的20H单元，读出微指令值为0FFF7EFH，有效位为RRD及WEN，就是将R1内容送到工作寄存器W，uPC加1取出下条微指令在T1状态，读出的微指令值为0FFFE94H，有效位为FEN和AEN，FEN完成的操作是将标志位存入标志寄存器F(ALU内部)，X2X1X0选择“ALU直通”到数据总线DBUS，S2S1S0选择的运算
8、操作为“带进位的加法运算”，AEN将DBUS上的数据存入累加器A。在T0状态，取出下条将要执行的指令。SUB A，R1：本指令有四个状态周期。在T3状态，上次取出的指令码为35H，最低两位用于寻址R1寄存器，uPC的最低两位置0，来访问uM的34H单元的微指令，读出值为0FF77FFH，将R1的值存入MAR。在T2状态，微指令为0D7BFEFH，表示用MAR做为地址从EM中读出数据送到DBUS再存到W中。在T1状态微指令为0FFFE91H，表示ALU做“减运算”，其结果直通到DBUS，再存入中，同时保存标志位。T0状态为取指操作。AND A，#55： 本指令为三个状态周期。在T2状态，微指令值
9、为0C7FFEFH，表示以PC做为地址，从EM中读出数据送到DBUS，再将DBUS数据存W中。在T1状态，微指令为0FFFE93H，表示A和W做“逻辑与”运算，结果直通到DBUS，再存入A中，并保存标志位。OR A，02：本指令有四个状态周期。在T3状态，微指令为0C77FFFH，表示以PC做为地址，从EM中读出数据送到DBUS，并存MAR中。在T2状态，微指令为0D7BFEFH，表示以MAR做为地址，从EM中读出数据送到DBUS，并存入W中。在T1状态微指令为0FFFE92H，表示A和W做“逻辑或”运算，结果“直通”到DBUS并存入A中。T0状态为取指操作。 5. 移位/取反实验1在CPTH
10、 软件中的源程序窗口输入下列程序2将程序另存为EX3.ASM，将程序汇编成机器码，调试窗口会显示出程序地址、机器码、反汇编指令。3按快捷图标的F7，执行“单微指令运行”功能，观察执行每条微指令时，寄存器的输入/输出状态，各控制信号的状态，PC及uPC如何工作。(见“EX3.ASM程序跟踪结果”详细介绍)EX3.ASM程序跟踪结果程序的开始执行一条取指的微指令，读入程序第一条指令。MOV A, #55: 将累加器的值设为055H，以便下面观察。RR A：本指令为两个状态周期。在T1状态，由上次取指操作取出的指令码为D0H，访问微程序存储器的20H单元，读出微指令值为0FFFCB7H，有效位为CN
11、、FEN及AEN，表示不带进位移位，运算器控制S2S1S0=111(二进制)表示运算不运算，输出结果就为A的值，X2X1X0=101(二进制)表示，运算器“右移”输出到总线，FEN将标志位保存，AEN将DBUS内容存入A中，uPC加1取出下条微令。在T0状态，取出下条将要执行的指令。RLC A：本指令有两个状态周期。在T1状态微指令为0FFFED7H，CN=1表示带进位移位，S2S1S0=111表示ALU不做运算，直接输出A内容，X2X1X0=110(二进制)表示，运算器“左移”输出到DBUS，AEN表示DBUS内容存入A中，FEN表示保存标志位。T0状态为取指操作。取出下条将要执行的指令。CPL A： 本指令为两个状态周期。在T1状态，微指令为0FFFE96H，S2S1S0=110表示ALU做“取反”运算，X2X1X0=100(二进制)表示，运算器结果直通到DBUS，再存入A中，并保存标志位。T0状态为取指操作。取出下条将要执行的指令。
