寄存器及数据输出实验
计算机组成原理实验报告 通用寄存器单元实验
西华大学数学与计算机学院实验报告课程名称：计算机组成原理年级：2011级实验成绩：指导教师：祝昌宇姓名：蒋俊实验名称：通用寄存器单元实验学号：312011*********实验日期：2013-12-15一、目的1.了解通用寄存器的组成和硬件电路2. 利用通用寄存器实现数据的置数、左移、右移等功能二、实验原理（1）寄存器实验构成1、通用寄存器由2片GAL构成8位字长的寄存器单元。
8芯插座RA-IN作为数据输入端，可通过端8芯扁平电缆，把数据数据输入端连接到数据总线上。
2、数据输出由一片74LS244（输出缓冲器）来控制。
用8芯插座RA-OUT作为数据输出端，可通过端8芯扁平电缆，把数据数据输出端连接到数据总线上。
3、判零和进位电路由1片GAL、1片7474和一些常规芯片组成，用2个LED（ZD、CY）发光管分别显示其状态。
（2）通用寄存器单元的工作原理通用寄存器的核心部件为2片GAL，它具有锁存、左移、右移、保存等功能。
各个功能都由X1、X2信号和工作脉冲RACK来决定。
当置ERA=0、X0=1、X1=1，RACK有上升沿时，把总线上的数据打入通用寄存器。
可通过设置X1、X0来指定通用寄存器工作方式，通用寄存器的输出端Q0~Q7接入判零电路。
LED（ZD）亮时，表示当前通用寄存器内数据为0。
输出缓冲器采用74LS244，当控制信号RA-O为低时，74LS244开通，把通用寄存器内容输出到总线；当控制信号RA-O为高时，74LS244的输出为高阻。
图1 通用寄存器原理图三、使用环境计算机组成原理实验箱四、实验步骤（一）数据输入通用寄存器1．把RA-IN（8芯的盒型插座）与CPT-B板上二进制开关单元中的J1插座相连（对应二进制开关H16~H23），把RA-OUT（8芯的盒型插座）与数据总线上的DJ6相连。
2．把RACK连到脉冲单元的PLS1，把ERA、X0、X1、RA-0、M接入二进制拨动开关。
请按下表接线。
计算机组成原理--实验报告
实验一寄存器实验实验目的：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：- 1 -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：- 2 -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- 3 -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- 4 -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。
计算机组成原理实验三数据输出移位门
1
R-OE 右
(1) 按照下表 0 1 移门
连接线。
1
L-OE 左
1 0 移门
1
没有输
11 出
连信 接 接 号孔 入孔
作用
状态说明
J
J
将 K23-K26 接
实验模式：手
1
1 座 3 座 入 DBUS[7:0]
动
X
K
寄存器输出选
2
0
5
择
X
K
寄存器输出选
3
1
6
择
X
K
寄存器输出选
4
2
7
择
A
K
5
EN 3
分析 首先设置手动模式：按[TV/ME]键三次，进入"Hand......"手动状态。 系统清零 K23-K16 开关置零，按[RST]钮。将 55H 写入 A 寄存器，二进 制开关 K23-K16 依次置为：01010101，控制信号 K3，K2，K1，KO 依次为：0111。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
据总线 DBUS 上；观察移位门输出结果。
2、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 ，
下表是 X2，X1，X0 与各个寄存器的关系表。图 8 是总线上的 7 个寄存器的
控制端原理图。
X
输出寄
寄存器。S2S1S0=111 时运算器结果为寄存器 A 内容。
寄存器及数据输出实验
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)
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
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
AEN WEN同时为低电平时A W寄存器同时写入数据AEN WEN同时为高电平时A W寄存器都不写入数据
有图可知AEN WEN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。
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？
K1（SB）
K0（SA）
0
1
0
0
液晶显示为：55
读R1：
置控制信号：
K11（RRD）
K10（RWR）
K1（SB）
K0（SA）
0
1
0
1
cpth寄存器实验原理
cpth寄存器实验原理CPTH寄存器是一种常用的寄存器，用于存储和传输数据。
它在数字电路和计算机系统中起着重要的作用。
本文将介绍CPTH寄存器的实验原理及其应用。
CPTH寄存器是由四个单独的触发器组成的，每个触发器都有一个时钟输入端和一个数据输入端。
它们可以被串联连接在一起，形成一个CPTH寄存器。
CPTH寄存器的输出是由其中一个触发器的输出决定的，这个输出称为寄存器的“当前状态”。
在实验中，我们将使用逻辑门和时钟信号来控制CPTH寄存器的工作。
首先，将逻辑门连接到寄存器的数据输入端，以便输入数据。
然后，通过时钟信号来控制触发器的状态转换。
当时钟信号的边沿到达时，触发器会根据输入数据的值更新自身的状态。
最后，通过触发器的输出端获取寄存器的当前状态。
实验中，我们可以通过改变输入数据和时钟信号的频率来观察CPTH 寄存器的工作原理。
当输入数据发生变化时，寄存器会根据时钟信号的边沿更新自己的状态，并将新的状态输出。
通过观察输出结果，我们可以了解到CPTH寄存器是如何存储和传输数据的。
CPTH寄存器在实际应用中具有广泛的用途。
它可以用于存储临时数据，以便在计算机系统中进行运算。
此外，CPTH寄存器还可以用于数据传输和通信。
例如，在串行通信中，CPTH寄存器可以用来接收和发送数据，以实现数据的传输和同步。
除了存储和传输数据，CPTH寄存器还可以用于状态控制和时序处理。
通过改变寄存器的输入数据和时钟信号，我们可以控制系统的状态和时序，以实现各种功能和操作。
例如，在数字电路中，CPTH寄存器可以用来实现计数器和状态机等电路。
总结起来，CPTH寄存器是一种常用的寄存器，用于存储和传输数据。
通过实验可以了解到它的工作原理和应用。
它在数字电路和计算机系统中起着重要的作用，可以用于存储临时数据、数据传输、状态控制和时序处理等功能。
掌握CPTH寄存器的原理和应用对于理解和设计数字电路和计算机系统是非常重要的。
希望本文对读者有所帮助。
计算机寄存器实验报告
一、实验目的1. 理解计算机寄存器的概念、作用和分类；2. 掌握寄存器在计算机系统中的基本操作；3. 熟悉寄存器的控制信号及其工作原理；4. 培养实验操作能力和分析问题能力。
二、实验环境1. 实验设备：计算机组成原理实验箱、计算机、Proteus仿真软件；2. 实验软件：Proteus仿真软件、模型机仿真软件；3. 实验环境：实验室。
三、实验内容1. 寄存器基本概念及分类；2. 寄存器操作实验；3. 寄存器控制信号实验；4. 寄存器在计算机系统中的应用实验。
四、实验步骤1. 寄存器基本概念及分类实验（1）打开Proteus仿真软件，创建一个新的项目；（2）在项目中选择计算机组成原理实验箱中的寄存器模块；（3）观察寄存器的结构，了解寄存器的分类（如累加器、寄存器组、地址寄存器等）；（4）总结寄存器的作用，如暂存数据、控制指令等。
2. 寄存器操作实验（1）在Proteus仿真软件中，搭建一个简单的寄存器操作电路；（2）设置输入数据，观察寄存器的输出；（3）通过改变输入数据，验证寄存器的存储功能；（4）总结寄存器操作的基本步骤。
3. 寄存器控制信号实验（1）在Proteus仿真软件中，搭建一个包含控制信号的寄存器电路；（2）观察控制信号对寄存器操作的影响；（3）通过改变控制信号，验证寄存器的读写功能；（4）总结寄存器控制信号的作用和意义。
4. 寄存器在计算机系统中的应用实验（1）在Proteus仿真软件中，搭建一个简单的计算机系统电路；（2）观察寄存器在计算机系统中的操作过程；（3）分析寄存器在计算机系统中的作用，如数据暂存、指令控制等；（4）总结寄存器在计算机系统中的应用。
五、实验结果与分析1. 通过实验，掌握了寄存器的基本概念、作用和分类；2. 熟悉了寄存器的操作过程，包括输入、输出、读写等；3. 了解寄存器控制信号的作用，以及它们对寄存器操作的影响；4. 分析了寄存器在计算机系统中的应用，如数据暂存、指令控制等。
计算机组成原理实验报告-寄存器实验
千里之行，始于足下。
计算机组成原理实验报告-寄存器实验计算机组成原理实验报告-寄存器实验》一、实验目的本次实验旨在通过设计和实现一个基本的寄存器，加深对计算机组成原理中寄存器的理解，并掌握寄存器在计算机中的应用。
二、实验设备及软件1. 实验设备：计算机2. 实验软件：模拟器软件Mars3. 实验材料：电路图、线缆、元器件三、实验原理寄存器是计算机的一种重要组成部分，用于存储数据和指令。
一个基本的寄存器通常由一组触发器组成，可以存储多个位的信息。
本实验中，我们需要设计一个16位的寄存器。
四、实验步骤1. 确定寄存器的结构和位数：根据实验要求，我们需要设计一个16位的寄存器。
根据设计要求，选择合适的触发器和其他元器件。
2. 组装寄存器电路：根据电路图，将选择好的元器件按照电路图连接起来。
3. 连接电路与计算机：使用线缆将寄存器电路连接到计算机的相应接口上。
4. 编写程序：打开Mars模拟器软件，编写程序来测试寄存器的功能。
可以编写一段简单的程序，将数据写入寄存器并读取出来，以验证寄存器的正确性。
5. 运行程序并测试：将编写好的程序加载到Mars模拟器中，并运行程序，观察寄存器的输出和模拟器的运行结果。
第1页/共3页锲而不舍，金石可镂。
五、实验结果在本次实验中，我们成功设计和实现了一个16位的寄存器，并进行了相关测试。
经过多次测试，寄存器的功能和性能良好，能够准确地存储和读取数据。
六、实验心得通过本次实验，我对寄存器的结构和工作原理有了更深入的了解。
寄存器作为计算机的一种重要组成部分，起着存储和传输数据的作用。
通过实际操作和测试，我更加清楚了寄存器在计算机中的应用和重要性。
在实验过程中，我遇到了一些问题，如电路连接不稳定、程序错误等，但通过仔细检查和调试，最终解决了这些问题。
这次实验也让我深刻体会到了学习计算机组成原理的重要性，只有深入理解原理并通过实践运用，才能真正掌握计算机的工作原理和能力。
通过这个实验，我有了更深入的认识和理解，对计算机组成原理的学习也更加系统和完整。
试验一_寄存器试验
1实验一：寄存器实验实验要求：利用COP2000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。
实验说明： 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。
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74HC574工作波形图第一部分：A，W寄存器实验寄存器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- 2 -将22H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22H置控制信号为：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CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据22H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CLOCK脉冲键，CLOCK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CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据33H被写入W寄存器。
体会：１．数据是在放开CLOCK键后改变的，也就是CLOCK的上升沿数据被打入。
２．WEN，AEN为高时，即使CLOCK有上升沿，寄存器的数据也不会改变。
第二部分：R0，R1，R2，R3寄存器实验3- 4 -寄存器R 原理图寄存器R 写工作波形图连接线表将33H 写入R0寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据33HR0寄存器。
放开CLOCK 键，CLOCK 由低变高，产生一个上升沿，数据33H 被写入R0寄存器。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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；
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）。
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）
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
X
X
X
X
X
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：
X2 X1 X0
指示灯
液晶显示（数据总线值）
0 0 0
1
输入门（K23—K16）
0 0 1
1
中断向量（由拨动开关给出）
0 1 0
1
堆栈寄存器
0 1 1
1
PC寄存器
1 0 0
1
D直通门
1 0 1
1
R右移门
1 1 0
1
L左移门
1 1 1
0.
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
AEN WEN同时为低电平时A W寄存器同时写入数据AEN WEN同时为高电平时A W寄存器都不写入数据
有图可知AEN WEN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。
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。
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
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
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。
0
1
0
1
置控制信号：
K14（MAROE）
K15（MAREN）
K12（STEN）K13（OUT来自N）101
1
给出CLOCK脉冲上升沿。
(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）
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？
K1（SB）
K0（SA）
0
1
1
1
液晶显示为：55
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
数据输出选择器原理图
X2 X1 X0
输出寄存器
0 0 0
IN-OE外部中断
0 0 1
IA-OE中断向量
0 1 0
ST-OE堆栈寄存器
0 1 1
PC-OE PC寄存器
1 0 0
D-OE直通门
1 0 1
R-OE右移门
1 1 0
L-OE左移门
1 1 1
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
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。
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。