计算机组成原理实验指导书
目录
目录 (1)
实验一寄存器实验 (2)
实验内容1：A，W寄存器实验 (2)
实验内容2：R0，R1，R2，R3寄存器实验 (4)
实验内容3：MAR地址寄存器，ST堆栈寄存器，OUT输出寄存器实验 (7)
实验二运算器实验 (9)
实验三数据输出和移位实验 (11)
实验四存储器EM实验 (15)
实验内容1： PC/MAR输出地址选择 (15)
实验内容2：存储器EM写实验 (16)
实验内容3：存储器EM读实验 (17)
实验五微程序存储器uEM实验 (18)
实验内容1：使用试验仪小键盘输入uEM (18)
实验内容2：微程序存储器uEM读出 (19)
实验一寄存器实验
实验要求：利用CPTH实验仪上的K16‥K23开关作为DBUS的数据，其他开关作为控制信号，讲数据写入寄存器，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，地址寄存器ST，输出寄存器OUT。实验目的：了解模型机各种寄存器结构，工作原理及其控制方法。
实验电路：
实验内容1：A，W寄存器实验
实验步骤：
（1）照下表连接线路
（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，进入手动状态（液晶屏幕上有“Hand……”显示）。
注意：后面的实验中实验模式为手动的操作方法不再详述，如此相同。（3）将55H写入A寄存器
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。
（4）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，设置数据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。
请仔细观察实验结果，并回答以下问题：
1.数据是何时打入的？是按下STEP键还是放开STEP键后？
2.WEN，AEN为高时，CK有上升沿，寄存器数据会不会改变？
实验内容2：R0，R1，R2，R3寄存器实验
实验步骤：
（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，进入手动状态（液晶屏幕上有“Hand……”显示）。
（3）向各个寄存器中写入数据
①将11H写入R0寄存器
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，设置数据22H
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11H被
写入R1寄存器。
③将33H写入R2寄存器
置控制信号为：
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11H被写入R2寄存器。
④将44H写入R3寄存器
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。
请仔细观察实验结果，并回答以下问题：
（4）读出寄存器中的数据
①读R0寄存器
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R0寄存器的内容，记录下该数据并与输入的数据比较是否一致？将K11（RRD）置为1，关闭R0寄存器输出。
②读R1寄存器
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R1寄存器的内容，记录下该数据并与输入的数据比较是否一致？将K11（RRD）置为1，关闭R1寄存器输出。
③读R2寄存器
置控制信号为：
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R2寄存器的内容，记录下该数据并与输入的数据比较是否一致？将K11（RRD）置为1，关闭R2寄存器输出。
④读R3寄存器
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R3寄存器的内容，记录下该数据并与输入的数据比较是否一致？将K11（RRD）置为1，关闭R3寄存器输出。
实验内容3：MAR地址寄存器，ST堆栈寄存器，OUT输出寄存器实验
实验步骤：
（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，进入手动状态（液晶屏幕上有“Hand……”显示）。
①将12H写入MAR寄存器
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12H 被写入MAR寄存器。
②将34H写入ST寄存器
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。
③将56H写入OUT寄存器
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。
实验二运算器实验
实验要求：利用CPTH实验仪的K16‥K23开关作为DBUS数据，其它开关作为控制信号，将数据写入累加器A和工作寄存器W，利用开关控制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、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中运算，通过S2，S1，S0D。
实验步骤：
（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，进入手动状态（液晶屏幕上有“Hand……”显示）。
（3）将55H写入A寄存器
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。
（4）将33H写入W寄存器
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33H被写WA寄存器。
运算器在加上控制信号及数据（A,W）后，结果什么时候产生？需不需要时钟？
实验三数据输出和移位实验
实验要求：利用CPTH实验仪的开关作为控制信号，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分别是：外部输入门，中断向量，堆栈寄存器，PC寄存器，直通门D，右移门R,左移门L。但在某一特定时刻只能有一个寄存器输出数据，由X1,X2,X3决定哪一个寄存器输出数据。实验步骤：
（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，进入手动状态（液晶屏幕上有“Hand……”显示）。
实验内容一：数据输出实验
按照下表设计控制信号，红色指示灯亮表示相应的寄存器向数据总线输出数据。
实验内容二：移位实验
当X2X1X0=101时，运算器结果A右移一位通过右通门D送到数据总线。右移移位操作具体内部连接是：
Cy 与CN ——》DBUS7
ALU7——》DBUS6
ALU6——》DBUS5
ALU5——》DBUS4
ALU4——》DBUS3
ALU3——》DBUS2
ALU2——》DBUS1
ALU1——》DBUS0
Cy 与CN ——》DBUS7
当不带进位移位时（CN=0）: 0——》DBUS7
当带进位移位时（CN=1）: Cy——》DBUS7
左移门将运算器的结果A左移一位送总线。当X2X1X0=110时运算器结果通过左通门R送到数据总线。具体连线时：
ALU6——》DBUS7
ALU5——》DBUS6
ALU4——》DBUS5
ALU3——》DBUS4
ALU2——》DBUS3
ALU1——》DBUS2
ALU0——》DBUS1
当不带进位移位时（CN=0）: 0——》DBUS0
当带进位移位时（CN=1）: Cy——》DBUS0
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。
(2) S2S1S0=111时运算器结果为寄存器A内容。请按下表设置控制信号，并填写
移位运算与输出门是否打开有没有关系？
实验四存储器EM实验
实验要求：利用CPTH实验仪的K16‥K23开关作为DBUS数据，其它开关作为控制信号，实现程序存储器EM的读写操作。
实验目的：了解模型机中程序存储器EM的工作原理及控制方法。
实验电路：
存储器EM由一片6116RAM构成，是用户存放程序和数据的地方。存储器EM通过一片74HC245与数据总线相连。存储器EM的地址可选择由PC或MAR 提供。
存储器EM的数据输出直接接到指令总线IBUS，指令总线IBUS的数据还可以来自一片74HC245。当ICOE为0时，这片74HC245输出中断指令B8.
实验步骤：
（1）照下表连接线路
（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，进入手动状态（液晶屏幕上有“Hand……”显示）。
实验内容1： PC/MAR输出地址选择
1、向存储单元EM[0]中写入数据11H (1) 将地址0写入MAR
置控制信号为：
(2) 将数据11H写入EM[0]
1、向存储单元EM[1]中写入数据22H (1) 将地址1写入MAR
(2) 将数据22H写入EM[1]
置控制信号为：
1、读存储器EM[0]单元信息（1）将地址0写入MAR
置控制信号为：
（2）读EM[0]
2、读存储器EM[1]单元信息（1）将地址1写入MAR
（2）读EM[1]
实验五微程序存储器uEM实验
实验要求：利用CPTH实验仪的开关作为控制信号，实现微程序存储器uEM的输出功能。
实验目的：1、了解微程序控制方式模型机的基本工作原理。
2、了解微程序存储器uEM的控制方法。
实验电路：
存储器uEM由三片6116RAM构成，共24位微指令，采用水平型微指令格式。存储器的地址由uPC提供，片选及读信号恒为低，写信号恒为高。存储器uEM始终输出uPC指定地址单元的数据。
实验步骤：
实验内容1：使用试验仪小键盘输入uEM
输入操作步骤如下：
1、连接J1，J2
2、打开电源
3、K0置0
4、按TV/ME键，选择uEM
5、输入两位地址，00
6、按NEXT，进入微程序修改
7、按六位微程序数据
8、按NEXT选择下个地址/按LAST选择上个地址
9、重复6,7步输入微程序
10、转换到手动模式，连接J2，J3
11、通过STEP键调节UPC的值可以查看不同微地址下的微程序（通过
uEM下方的24个信号灯显示）
实验内容2：微程序存储器uEM读出
2、置控制信号为：K0为1
uEM输出uEM[0]的数据。
按一次STEP脉冲键，CK产生一个上升沿，数据uPC被加一。
uEM输出uEM[1]的数据。
按一次STEP脉冲键，CK产生一个上升沿，数据uPC被加一。
uEM输出uEM[2]的数据。