(完整word版)计算机组成原理实验1~4

实验一寄存器实验

一、实验目的

1、了解CPTH模型机中寄存器的结构、工作原理及其控制方法.

2、熟悉CPTH实验仪的基本构造及操作方法。

二、实验电路

寄存器的作用是用于保存数据的，因为CPTH模型机是8位的,因此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 (8—D触发器)来构成寄存器。74HC574 的功能如表1—1所示：

图1-1 74HC574的引脚图

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 时触发器的输出数据

表1-1 74HC574功能表

图1—2 74HC574工作波形图

三、实验内容

（一）proteus仿真平台

1、proteus仿真平台简介

Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件.它的主界面如图1-3所示：

图1—3 proteus仿真平台主界面

2、在proteus平台上运行电路:寄存器_1.DSN。拨动开关,观察灯的亮灭，回答思考题1。

思考题1:先使OC=1,拨D0~D7=00110011,按下CK提供CLK上升沿;再拨D0~D7=01000100,OC=0，此时Q0～Q7为多少？

3、CPTH模型机上，寄存器A的电路组成如图1-4所示。在proteus平台上运行电路：寄存器_2.DSN，回答思考题2。

图1-4 寄存器A原理图

思考题2：数据从D端传送到Q端，相应的控制端如何设置？

3、CPTH模型机上，寄存器组R0～R3的电路组成如图1-5所示。在proteus平台上运行电路：寄存器_3。DSN，回答思考题3。

图1—5 寄存器组R0~R3 原理图

74LS139是2—4线译码器，由A、B两个输入端选择控制4个输出端Y0～Y3，使能端E低电平有效，允许译码输出。74HC32是或门，两个输入端同时为低电平，输出为低电平.具体的控制方式见表1-2。

表1—2 寄存器组R0～R3的选择及控制

选择端控制端

功能描述

SB SA RRD RWR CK

00

01＊Y0为0，选中R0，内部触发器数据输出（读出）

01Y1为0，选中R1，数据输出10Y2为0，选中R2，数据输出11Y3为0,选中R3，数据输出

00

10↑Y0为0，选中R0，数据写入内部触发器（写入）

01Y1为0,选中R1，数据写入

10Y2为0，选中R2,数据写入

11Y3为0,选中R3，数据写入

思考题3:给寄存器赋值（写入)R1=31H、R3=33H，具体如何操作？读取寄存器R1的值，又如何操作？

（二）CPTH组成原理实验平台

1、在CPTH实验平台上，给寄存器A、W赋值。具体实验连线见表1-3.

表1-3 寄存器A、W实验连线表

系统清零和手动状态设定：K23—K16开关置零,按[RST]钮；按键盘上的[TV/ME]键三次，液晶屏上显示"Hand。.。.。."，进入手动状态。

(在后面实验中实验模式为手动的操作方法不再详述)

(1) 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.

WEN接K4、AEN接K3，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。

（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。)

思考题4：如果将66H同时写入寄存器A、W,应如何设置控制信号?

2、在CPTH实验平台上，对寄存器R0，R1,R2，R3 进行读写操作。具体的实验连线见表1-4。

表1-4 寄存器组R0~R3实验连线表

(1）将11H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11H；

置控制信号为：

按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器R0 的黄色选择指示灯亮,表明选择R0 寄存器。放开STEP 键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据11H 被写入R0 寄存器.

(2）将22H写入R1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:

按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器R1 的黄色选择指示灯亮,表明选择R1 寄存器。放开STEP 键，CK由低变高,产生一个上升沿,数据22H被写入R1 寄存器。

（3）读R0寄存器

置控制信号为：

这时寄存器R0 的红色输出指示灯亮,R0 寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7。。. L0为：00010001，将K11(RRD)置为1,关闭R0 寄存器输出。

（4）读R1寄存器

置控制信号为：

这时寄存器R1 的红色输出指示灯亮，R1 寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7。.. L0为： 00100010。将K11（RRD)置为1，关闭R1 寄存器输出。

(注意观察：数据在K11（RRD)为0 时输出，不需要上升沿触发，与数据打入不同.）

思考题5：从开关输入的数据经寄存器R0传送到数据总线的过程中，有哪些控制信号及相应的取值是什么？

四、实验报告

1、简述CPTH实验平台上,如何对寄存器A、W的进行读写.

2、回答思考题。

实验二运算器及输出实验

一、实验目的

1、了解运算器ALU的组成及控制方法。

2、CPTH实验箱中数据输出到数据总线的选择控制。

二、实验内容

（一）proteus仿真平台

1、运算器ALU组成电路

图2—1中的运算器ALU由两片74LS181（4位运算功能发生器）构成。其中74LS181（1）做低4位算术逻辑运算，74LS181(2）做高4位算术逻辑运算,74LS181(1)的进位输出信号Cn+4与74LS181（2）的进位输入信号Cn相连，两片74LS181的控制信号S3~S0、M分别相连。

两片4位的74LS181构成了8位字长的ALU；两片8位数据锁存器74LS273作为工作寄存器A和B，用于暂存参与运算的数据；参与运算的数据由数据开关通过三态门74LS245送入工作寄存器，ALU的运算结果也通过三态门74LS245发送到数据显示灯上。

74LS245是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。使能端CE=0、且AB=1时，数据从A→B;使能端CE=0、且AB=0时，数据从B→A；CE=1时，AB两端为高阻状态。

74LS273是带清除功能的8D触发器，做为8位的数据锁存器。MR=0时，输出全为0（清零）;MR=1，且CLK上升沿来时，Q=D。