通用寄存器存储器实验
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。
实验四数据通路
一、实验目的 （1）将双端口通用寄存器堆和双端口
存储器模块联机； （2）进一步熟悉计算机的数据通路； （3）掌握数字逻辑电路中故障的一般
规律，以及排除故障的一般原则和方法； （4）锻炼分析问题与解决问题的能力，
在出现故障的情况下，独立分析故障现象， 并排除故障。
DBUS
数据指示灯
用同样的方法，依次将R1至R3中的数据写入RAM 中的0F0H、55H、0AAH单元。
（5）分别将RAM中0AAH单元的数据写入R0， 55H单元的数据写入R1，0F0H单元写入R2，0FH单 元写入R3。然后将R3、R2、R1、R0中的数据读出 到DBUS上，通过指示灯验证读出的数据是否正确， 并记录数据。
ALU_BUS S2 S1 S0
D7— D0
ALU
ISP1024
QD A7 QC A6 QB A5 QA A4 QD A3 QC A2 QB A1 QA A0
LDDR2 T3
。
M2 S DR2H 74HC298
DR2L
74HC298
。 RSO RS_BUS#
74HC244
LRW
。T3
。 。。 CEL# CEL# D7— D0 D7— D0 CER#
（6）进行RF并行输入输出试验。 １． 选择RS端口（B端口）对应R0，RD端口（A端口）对 应R1，WR端口对应R2，并使WRD＝１，观察并行输入输 出的结果。选择RS端口对应R2，验证刚才的写入是否生效。 记录数据。
２．保持RS端口（B端口）和WR端口同时对应R2， WRD＝１，而ER中置入新的数据，观察并行输入输出的结 果，RS端口输出的是旧的还是新的数据？
方法同前面的实验。 （2）用８位数据开关向RF中的四个通用寄存器分别置
总线实验
山西大学自动化与软件学院课程实验报告实验课程计算机系统基础实验名称总线与寄存器实验实验地点线上实验时间 6.30 学生班级软件工程1808班学生学号 ************学生姓名指导教师一：实验要求理解并掌握总线与寄存器二：实验目的1、熟悉实验软件环境；2、掌握总线以及数据通路的概念及传输特性。
3、理解锁存器、通用寄存器及移位寄存器的组成和功能。
二、实验内容1、根据已搭建好的8位数据通路，熟悉总线连接的方法，理解74LS244芯片的作用，理解各相关信号在数据传输过程中起的作用；2、通过拨码开关置数，将数据传送到各寄存器，将寄存器中数据显示出来，熟悉常用的寄存器。
三、实验器件1、D触发器（74LS74、74LS175）、三态缓冲器（74LS244）。
2、寄存器（74LS273、74LS374 ）和移位寄存器（74LS194）四、实验原理（见实验指导书）五、实验步骤注意：实验过程中应观察总线上及芯片引脚上显示的数据的变化情况，理解数据传送的过程和寄存器存数，从寄存器读数的原理。
实验（1）拨码开关输入数据至总线●====1；手动操作总线DIN上的拨码开关，在总线DIN上置位数据0x55，缓冲器244阻断。
比较总线DIN与BUS状态的异同。
●=0，比较总线DIN与BUS状态的异同，记录BUS总线的数据：BUS_7BUS_6BUS_5BUS_4BUS_3BUS_2BUS_1BUS_0BUS总线01010101AA实验（2）D触发器数据锁存实验●=0，===1；通过拨码开关改变74LS74的D端（即BUS总线的BUS_0）的状态，按照下表置位74LS74的端、端，观察并记录CLK端上升沿、下降沿跳变时刻Q端、端的状态，填观测结果于表中。
CLK D Qn Qn+1n+101××010 11010××001 10111↑0001 10111↑1010 110110（1）×010 110●74LS175的三态门244阻断（=1），拨码开关置位BUS总线数据，使74LS175的D端分别接高，低电平，观察并记录当CLK上升沿、下降沿跳变时Q端、端的状态。
计算机组成原理数据通路实验报告
计算机组成原理数据通路实验报告计算机组成原理实验报告计算机组成原理实验报告实验一基本运算器实验一、实验目的1. 了解运算器的组成结构2. 掌握运算器的工作原理3. 深刻理解运算器的控制信号二、实验设备PC机一台、TD-CMA实验系统一套三、实验原理1. (思考题)运算器的组成包括算数逻辑运算单元ALU（Arithmetic and Logic Unit）、浮点运算单元FPU（Floating Point Unit）、通用寄存器组、专用寄存器组。
①算术逻辑运算单元ALU （Arithmetic and Logic Unit）ALU主要完成对二进制数据的定点算术运算（加减乘除）、逻辑运算（与或非异或）以及移位操作。
在某些CPU中还有专门用于处理移位操作的移位器。
通常ALU由两个输入端和一个输出端。
整数单元有时也称为IEU（IntegerExecution Unit）。
我们通常所说的“CPU 是XX位的”就是指ALU所能处理的数据的位数。
②浮点运算单元FPU（Floating Point Unit）FPU主要负责浮点运算和高精度整数运算。
有些FPU还具有向量运算的功能，另外一些则有专门的向量处理单元。
③通用寄存器组通用寄存器组是一组最快的存储器，用来保存参加运算的操作数和中间结果。
④专用寄存器专用寄存器通常是一些状态寄存器，不能通过程序改变，由CPU自己控制，表明某种状态。
而运算器内部有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，逻辑运算部件由逻辑门构成，而后面又有专门的算术运算部件设计实验。
下图为运算器内部原理构造图2. 运算器的控制信号实验箱中所有单元的T1、T2、T3、T4都连接至控制总线单元的T1、T2、T3、T4，CLR都连接至CON单元的CLR按钮。
T4由时序单元的TS4提供（脉冲信号），其余控制信号均由CON单元的二进制数据开关模拟给出。
控制信号中除T4为脉冲信号外，其余均为电平信号，其中ALU_B为低有效，其余为高有效。
计算机组成原理实验2.1总线与寄存器
1) 令#R0_BUS= #DR_BUS= #SFT_BUS=1，#SW_BUS=0；启动仿 真，通过拨码开关送入总线BUS任意八位二进制数，赋值 74LS194的输入端D0D1D2D3。按照后页的逻辑功能表置位 74LS194的MR、S1、S0 、SL、SR端，观察并记录CLK端上升 沿和下降沿跳变时刻输出端Q0Q1Q2Q3的状态。
2) 令#SW_BUS=0，三态门74LS244导通，记录BUS总线上的数 据，与总线BIN相比较：
BUS_7 BUS_6 BUS_5 BUS_4 BUS_3 BUS_2 BUS_1 BUS_0 BUS总线
单位D触发器：74LS74 四位D触发器：74LS175
D触发器逻辑功能 表
【2】D触发器实验（一Fra bibliotek总线与寄存器 实验 电路图
三态门74LS244
拨码开关与总线缓冲器（注意观察74LS244左右电平）
【1】总线实验
实验步骤：
1) #SW_BUS = #R0_BUS= #DR_BUS= #SFT_BUS=1；启动仿真， 手动拨码开关在总线DIN上置位数据0x55。比较拨码开关 所在的总线DIN与总线BUS上的数据。
实验步骤：
1) 令#R0_BUS= #DR_BUS= #SFT_BUS=1， #SW_BUS=0，启动 仿真，手动拨码开关输入数据到BUS总线，改变74LS74的 D端（即BUS总线的BUS_0）状态，按照后页逻辑功能表置 位74LS74的#Sd端、#Rd端，观察并记录CLK端上升沿 、 下降沿跳变时刻的Q端和#Q端状态。
的0xAA数据存入DR。观察寄存器74LS273的输出端。 6) 再令#R0_BUS=1；观察寄存器74LS374的输出端，请比较器
寄存器实验报告
一、实验目的1. 理解寄存器在计算机系统中的作用和重要性。
2. 掌握通用寄存器组的设计方法和应用。
3. 通过实验，加深对寄存器读写操作的理解。
二、实验原理寄存器是计算机中用于临时存储数据和指令的存储单元，它具有数据存取速度快、容量小、易于控制等特点。
在计算机系统中，寄存器用于存放指令、数据、地址等，是CPU执行指令的重要基础。
三、实验内容1. 通用寄存器组实验（1）实验目的：了解通用寄存器组的用途、结构和工作原理。
（2）实验内容：- 观察通用寄存器组（如AX、BX、CX、DX等）的内部结构；- 学习寄存器读写操作的基本指令（如MOV、ADD、SUB等）；- 通过编程，实现寄存器之间的数据交换和运算。
（3）实验步骤：- 使用C语言编写程序，实现寄存器之间的数据交换和运算；- 在计算机上编译并运行程序，观察实验结果。
2. 移位寄存器实验（1）实验目的：了解移位寄存器的结构、工作原理和应用。
（2）实验内容：- 观察移位寄存器（如74LS194）的内部结构；- 学习移位操作指令（如SHL、SHR等）；- 通过编程，实现数据的串行/并行转换和构成环形计数器。
（3）实验步骤：- 使用C语言编写程序，实现数据的串行/并行转换和构成环形计数器；- 在计算机上编译并运行程序，观察实验结果。
3. 寄存器仿真实验（1）实验目的：通过仿真软件，加深对寄存器读写操作的理解。
（2）实验内容：- 使用Proteus仿真软件，搭建寄存器实验电路；- 观察寄存器读写操作时，内部信号的变化；- 分析实验结果，验证寄存器读写操作的正确性。
（3）实验步骤：- 在Proteus软件中搭建寄存器实验电路；- 编写测试程序，观察寄存器读写操作时，内部信号的变化；- 分析实验结果，验证寄存器读写操作的正确性。
四、实验结果与分析1. 通用寄存器组实验通过实验，我们了解了通用寄存器组的结构和工作原理，掌握了寄存器读写操作的基本指令。
实验结果表明，寄存器读写操作可以有效地提高程序执行速度。
通用寄存器组实验报告
通用寄存器组学号：2010434096 姓名：贾雨飞专业：软件工程一、实验目的（1）了解通用寄存器组的用途及对CPU的重要性。
（2）掌握通用寄存器组的设计方法。
二、实验原理通用寄存器组是CPU的重要组成部分。
从存储器取来的数据要放在通用寄存器中；从外部设备取来的数据除DMA方式外，要放在通用寄存器中。
向存储器输出的数据也是从通用寄存器中取出；向外部设备输出的数据除DMA方式外也是从通用寄存器中取出来的。
由于从通用寄存器组中取数据比从存储器或者外部设备取数据快得多，因此参加算术运算和逻辑运算的数据一般是从通用寄存器组中取出，它向算术逻辑单元ALU提供了进行算术运算和逻辑运算所需要的两个操作数，同时又是运算结果的暂存地。
通用寄存器组内寄存器的数目与CPU性能有关，CPU性能预告，通用寄存器组内的寄存器数目越多。
由于算术逻辑运算需要两个操作数，因此通用寄存器组有两个读端口，负责提供进行算术逻辑单元需要的源操作数和目的操作数。
通用寄存器组有1个写端口，负责将运算结果保存到指定的寄存器内。
根据通用寄存器组的功能要求，一个只有4个16位寄存器的通用寄存器组的框图如下图所示。
在上图所示的电路中，当reset为低电平时，将4个16位寄存器R0~R3复位为0。
当寄存器的write和sel为高电平时，在时钟信号clk的上升沿将D端的输入D[15..0]写入寄存器，然后送到寄存器的输出Q[15..0]。
4个寄存器的允许写信号write和外部产生的目的寄存器写信号DRWr直接相连。
每个寄存器还有另一个选择信号sel，它决定哪一个寄存器进行写操作。
4个寄存器的选择信号分别和2-4译码器产生的sel00、sel01、sel10和sel11相连。
只有当1个寄存器被选中时，才允许对该寄存器进行写操作。
2-4译码器的输入sel[1..0]接DR[1..0]，2-4译码器对2位的输入信号sel[1..0]进行2-4译码，产生4个输出sel00、sel01、sel10和sel11，分别送往4个寄存器R0、R1、R2、R3的选择端4选1多路选择器1从4个寄存器R0、R1、R2、R3的输出Q[15..0]选择1路送到DR_data[1..0]，给算术逻辑单元提供目的操作数；选择信号sel[1..0]接DR[1..0]。
实验二 通用寄存器实验
实验二通用寄存器实验一、实验目的⒈熟悉通用寄存器概念以及它在运算器中的作用。
⒉熟悉通用寄存器的组成和硬件电路。
二、实验要求完成3个通用寄存器的数据写入与读出。
三、实验原理实验中所用的通用寄存器数据通路如图2-1所示。
由三片8位字长的74LS374组成R0、R1、R2寄存器组成。
三个寄存器的输入接口用一8芯扁平线连至BUS总线接口，而三个寄存器的输出接口用一8芯扁平线连至BUS总线接口。
图中R0-B、R1-B、R2-B经CBA二进制控制开关译码产生数据输出选通信号（详见表2-1），LDR0、LDR1、LDR2为数据写入允许信号，由二进制控制开关模拟，均为高电平有效；T4信号为寄存器数据写入脉冲，上升沿有效。
在手动实验状态（即“L”状态）每按动一次【单步】命令键，产生一次T4信号。
图2-1通用寄存器单元电路表2-1通用寄存器单元选通真值表四、实验连线图2-2实验连线示意图按图2-2所示，连接实验电路：①总线接口连接：用8芯扁平线连接图7-2-2中所有标明“”或“”图案的总线接口。
②控制线与时钟信号“”连接：用双头实验导线连接图2-2中所有标明“”或“”图案的插孔（注：Dais-CMH的时钟信号已作内部连接）。
五、实验内容（一）通用寄存器的写入拨动二进制数据开关向R0和R1寄存器置数，具体操作步骤如下：注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1~T4四拍单周期脉冲（二）通用寄存器的读出关闭数据输入三态(SW-B=0)，存储器控制端CE=0，令LDR0=0、LDR1=0、LDR2=0，分别打开通用寄存器R0、R1、R2输出控制位，置CBA=100时，按【单步】键，数据总线单元显示R0中的数据01H；置CBA=101时，按【单步】键。
数据总线单元显示R1中的数据80H；置CBA=110时，按【单步】键，数据总线单元显示R2中的数据（随机）。
六、实验思考题思考题2.1：由数据开关分别向R0、R1、R2等寄存器置数时，需要用到那些控制信号？这些控制信号的作用分别是什么？思考题2.2：通用寄存器R0、R1、R2的地址分别是多少？能否同时选择其中的二个寄存器？为什么？。
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计算机组成原理
实验报告
学号：
姓名：
提交日期：
成绩：
东北大学秦皇岛分校
实验三通用寄存器存储器实验
1、实验目的与要求
实验目的：
熟悉通用寄存器的数据通路；
掌握通用寄存器的构成和运用；
熟悉和了解存储器组织与总线组成的数据通路
实验要求：
在掌握了AX、BX运算寄存器的读写操作后，继续完成CX、DX通用寄存器的数据写入与读出；
按照实验步骤完成实验项目，掌握存储部件在原理计算机中的运用。
2、实验原理
通用寄存器：
通用寄存器数据通路如下图所示。
由四片8位字长的74LS574组成CX、DX通用寄存器组。
途中X1 X2 X0定义为输出选通使能，SI、XP控制位为源选通选择。
RXW为寄存器数据写入使能，Q2 Q1 Q0及OP、DI为目的寄存器选择。
T4信号为寄存器、对战数据写入脉冲，上升沿有效。
准双向I/O 输入输出端口用于置数操作，经2片74LS245三态门与数据总线相连。
存储器：
存储器是计算机的存储部件，用于存放程序和数据。
存储器是计算机信息存储的核心，是计算机必不可少的部件之一，计算机就是按存放在存储器中的程序自动有序不间断地进行工作。
本系统从提高存储器存储信息效率的角度设计数据通路，按现代计算机中最为典型的分段存储理念把存储器组织划分为程序段、数据段等，由此派生了数据总线（DBus）、指令总线（IBus）、微总线（μBus）等与现代计算机设计规范相吻合的实验环境。
实验所用的存储器电路原理如图3-1所示，该存储器组织由二片6116构成具有奇偶概念的十六位信息存储体系，该存储体系AddBus由IP指针和AR指针分时提供，E/M控位为“1”时选通IP，反之选通AR。
该存储体系可随机定义总线宽度，动态变更总线结构，把我们的教学实验提高到能与现代计算机设计规范相匹配与接轨的层面。
本系统存储器由三个部分组成，详见下表：
分类 存储容量
寻址范围 程序段 4K 0~07FF 数据段 4K 0~07FF 内存段
256字节
0~0FF
程序存储器源与目的寻址
3、实验内容 （1）手动/搭接方式
1、实验连线
连线 信号孔 接入孔 作用
有效电平 1
DRCK
CLOCK
单元手动实验状态的时钟来源
上升沿打入
程序段与数据段源寻址 程序段与数据段目的寻址 源使能 源编址
注释 目的编址
注释 X 2 X 1 X 0 E/M W X
P
MW R E/M W
X
P
0 1 1
1 0 0 程序段
字读
1 0 0
程序段
字写 1 0 程序段
偶读
1 0
程序段
偶写 X 1
程序段
奇读
X 1
程序段
奇写
0 0 0
数据段
字读
0 0 0
数据段
字写 1 0
数据段
偶读
1 0
数据段
偶写 X 1
数据段
奇读
X 1
数据段
奇写
注：在【单拍】按钮下降沿写入
2 W K6(M6) 总线字长：0=16位字操作，1=8位字节操作
3 X2 K10(M10) 源部件定义译码端X2
三八译码
八中选一 低电平有效
4 X1 K9(M9) 源部件定义译码端X1
5 X0 K8(M8)
源部件定义译码端X0
6 SI K19(M19) 原寄存器编址：0=CX ，1=DX ，定义到M19
7 XP K7(M7)
源寄存器奇偶位：0=偶地址，1=奇地址
8 RXW K18(M18) 寄存器写使能，本例定义到M18位
低电平有效
9
DI
K217(M17) 目标寄存器编址：0=CX ，1=DX ，定义到M17
10 OP K16(M16) 目标寄存器奇偶位：0=偶地址，1=奇地址
2、CX 、DX 寄存器的写入和读出
上图是CX 、DX 寄存器的写入步骤操作流程图，其中RWX=0.
令RWX=1，如下改变操作位置数，即为CX 、DX 寄存器的读出（CX=2134，DX=2134）
（2）手动/在线方式
1、存储器数据段读写操作
(1) 数据段写操作（字）
向0址单元写入1234h 为例表述操作流程。
(2) 数据段读操作（字） 读出0地址单元
2、存储器程序段读写操作
(1) 程序段字节写操作（将PC 置为0008h ，使用PC 加一完成连续地址的操作）
置数 I/O=0000h
数据来源 I/O 单元 AR 地址写入 (0000h) X2 X1 X0=100 W XP E/M=000
LDAR(M17)=0 按【单拍】按钮
关闭AR 写 令LDAR=1
读存储器RAM →总线 X2 X1 X0=011
W=0 置地址 S15~S0=0 I/O=0000h
I/O AR
X2 X1 X0=100 W XP E/M=000
LDAR(M17)=0 按【单拍】按钮 置数据 I/O=1234h
存储器写入 (1234h)
MWR=0 按【单拍】按钮
令LDAR=1 关存储器写 令MWR=1。