计算机组成原理实验三 数据寄存器组R0..R3, MAR, ST, OUT

  • 实验目的和要求

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。

要求:利用CP226 实验系统上的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,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。

  • 实验环境

Cp226 实验仪 

  • 实验内容与过程

【实验涉及的电路及原理】

实验1:R0,R1,R2,R3 寄存器实验

 

实验内容:

连接线表

连接

信号孔

接入孔

作用

状态说明

1

J1

J3

将K23-K16接入DBUS[7:0]

实验模式:手动

2

RRD

K11

寄存器组读使能

低电平有效

3

RWR

K10

寄存器组写使能

低电平有效

4

SB

K1

寄存器选择B

5

SA

K0

寄存器选择A

6

CK

已连

寄存器工作脉冲

上升沿打入

7

D7..D0

L7..L0

观察寄存器数据输出

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AAH

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

0

0

0

1

0

0

0

1

置控制信号为:

K11(RRD)

K10(RWR)

K1(SB)

K0(SA)

1

0

0

0

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AAH 被写入R0 寄存器。

将29H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29H

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

0

1

0

0

0

0

0

0

置控制信号为:

K11(RRD)

K10(RWR)

K1(SB)

K0(SA)

1

0

0

1

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

择R1 寄存器。放开STEP键,CK由低变高,产生一个上升沿,数据29H被写入R1 寄存器。

将63H写入R2寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入,置数据63H

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

0

1

1

0

0

0

0

0

置控制信号为:

K11(RRD)

K10(RWR)

K1(SB)

K0(SA)

1

0

1

0

按住STEP 脉冲键,CK 由高变低,这时寄存器R2 的黄色选择指示灯亮,表明选择R2 寄存器。放开STEP键,CK由低变高,产生一个上升沿,数据63H被写入R2 寄存器。

将44H写入R3寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入,置数据44H

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

0

1

1

1

0

0

0

0

置控制信号为:

K11(RRD)

K10(RWR)

K1(SB)

K0(SA)

1

0

1

1

按住STEP 脉冲键,CK 由高变低,这时寄存器R3 的黄色选择指示灯亮,表明选择R3 寄存器。放开STEP键,CK由低变高,产生一个上升沿,数据44H被写入R3 寄存器。

读R0寄存器

置控制信号为:

K11(RRD)

K10(RWR)

K1(SB)

K0(SA)

0

1

0

0

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。

读R1寄存器

置控制信号为:

K11(RRD)

K10(RWR)

K1(SB)

K0(SA)

0

1

0

1

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。

读R2寄存器

置控制信号为:

K11(RRD)

K10(RWR)

K1(SB)

K0(SA)

0

1

1

0

这时寄存器R2 的红色输出指示灯亮,R2 寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7... L0为: 00110011. 将K11(RRD)置为1, 关闭R2 寄存器输出。

读R3寄存器

置控制信号为:

K11(RRD)

K10(RWR)

K1(SB)

K0(SA)

0

1

1

1

这时寄存器R3 的红色输出指示灯亮,R3 寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7... L0为: 01000100. 将K11(RRD)置为1, 关闭R3 寄存器输出。

实验2:MAR 地址寄存器,ST 堆栈寄存器,OUT输出寄存器

 

 寄存器MAR原理图

寄存器ST原理图 

 寄存器OUT原理图

连接线表

连接

信号孔

接入孔

作用

状态说明

1

J2

J3

将K23-16接入DBU[7:0]

实验模式:手动

2

MAROE

K14

MAR地址输出使能

低电平有效

3

MAREN

K15

MAR寄存器写使能

低电平有效

4

STEN

K12

ST寄存器写使能

低电平有效

5

OUTEN

K13

OUT寄存器写使能

低电平有效

6

CK

已连

寄存器工作脉冲

上升沿打入

将72H写入MAR寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入,置数据72H

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

0

1

1

1

0

0

1

0

置控制信号为:

K15(MAREN)

K14(MAROE)

K13(OUTEN)

K12(STEN)

0

0

1

1

按住STEP脉冲键,CK由高变低,这时寄存器MAR的黄色选择指示灯亮,表明选择MAR寄存器。放开STEP键,CK由低变高,产生一个上升沿,数据72H被写入MAR寄存器。

K14(MAROE)为0, MAR寄存器中的地址输出,MAR 红色输出指示灯亮。

将K14(MAROE)置为1,关闭MAR输出。

将34H写入ST寄器

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入,置数据34H

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

0

0

1

1

0

1

0

0

置控制信号为:

K15(MAREN)

K14(MAROE)

K13(OUTEN)

K12(STEN)

1

1

1

0

按住STEP 脉冲键,CK 由高变低,这时寄存器ST 的黄色选择指示灯亮,表明选择ST 寄存器。放开STEP键,CK由低变高,产生一个上升沿,数据34H被写入ST 寄存器。

将56H写入OUT寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入,置数据56H

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

0

1

0

1

0

1

1

0

置控制信号为:

K15(MAREN)

K14(MAROE)

K13(OUTEN)

K12(STEN)

1

1

0

1

按住STEP 脉冲键,CK 由高变低,这时寄存器OUT 的黄色选择指示灯亮,表明选择OUT 寄存器。放开STEP 键,CK 由低变高,产生一个上升沿,数据56H 被写入OUT寄存器。

  • 实验结果与分析

1.将19H写入R0寄存器。

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

K11(RRD)

K10(RWR)

K1(SB)

K0(SA)

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

0

置控制信号为:

K11(RRD)

K10(RWR)

K1(SB)

K0(SA)

1

0

0

0

2.将29H写入R1寄存器。

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

K11(RRD)

K10(RWR)

K1(SB)

K0(SA)

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

0

置控制信号为:

K11(RRD)

K10(RWR)

K1(SB)

K0(SA)

1

0

0

1

3.将39H写入R2寄存器。

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

K11(RRD)

K10(RWR)

K1(SB)

K0(SA)

0

0

1

1

1

0

0

1

1

0

1

0

置控制信号为:

K11(RRD)

K10(RWR)

K1(SB)

K0(SA)

1

0

1

0

4.将49H写入R3寄存器。

K23

K22

K21

K20

K19

K18

K17

K16

K11(RRD)

K10(RWR)

K1(SB)

K0(SA)

0

1

0

0

1

0

0

1

1

0

1

1

置控制信号为:

K11(RRD)

K10(RWR)

K1(SB)

K0(SA)

1

0

1

1

5.按住STEP脉冲键实验现象? (实验箱中有什么变化)

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。

6.放开STEP 键实验现象? (实验箱中有什么变化)

放开STEP键,CK由低变高,产生一个上升沿,数据29H被写入R1 寄存器。

7.数据是在什么时候被打入寄存器的?

在按下STEP键后。

8.R0,R1,R2,R3能同时输入数据吗?

可以同时向R0,R1,R2和R3寄存器输入数据。要实现同时输入数据到这些寄存器,要确保对于每个寄存器,只有对应的控制信号(如R0EN、R1EN、R2EN、R3EN)为有效状态(例如置1),其他寄存器的控制信号为无效状态(例如置0)。

9. MAR, ST, OUT能同时输入数据吗?你试一试。

可以同时向MAR、ST和OUT寄存器输入数据。每个寄存器都有独立的数据输入线(如DBUS[7:0]),可以使用二进制开关或其他方式为每个寄存器设置不同的数据值。

在写入数据之前,将相应的控制信号设置为正确的状态,并按需要选择要写入的寄存器。例如,对于MAR寄存器,控制信号K12(STEN)和K13(OUTEN)应该为0,而对于ST寄存器,K12(STEN)应为1,K13(OUTEN)应为0。

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