杭电计组实验4-寄存器堆设计实验

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。

杭电计组实验-存储器设计实验————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：实验报告2018 年 5 月 5 日成绩：姓名阳光男学号16041321 班级16052317专业计算机科学与技术课程名称《计算机组成原理与系统结构试验》任课老师张翔老师指导老师张翔老师机位号默认实验序号5实验名称《实验五存储器设计实验》实验时间2018/5/12实验地点1教211实验设备号个人电脑、Nexys3开发板一、实验程序源代码存储器顶层电路代码：module top_RAM_B(Mem_Addr,C,Mem_Write,Clk,LED);input [7:2]Mem_Addr;//开关的3、4、5、6、7、8位input Mem_Write,Clk;//clk为按键C9，读写使能信号为按键C4，0为读，1为写input [1:0]C;//选择写入数据+读操作时选择显示字节,为开关1、2位output reg [7:0]LED;wire [31:0]M_R_Data;//存在存储器里的32位读出数据reg [31:0]M_W_Data;//寄存在暂存器的32位写入数据RAM_B test_ram (.clka(Clk), //输入时钟信号.wea(Mem_Write), //输入读写信号.addra(Mem_Addr[7:2]), //输入5位地址信号.dina(M_W_Data), //写入32位数据.douta(M_R_Data) //读出32位数据);always@(*)beginLED=0;//初始化M_W_Data=0;//初始化if(!Mem_Write)//读操作begincase(C)2'b00:LED=M_R_Data[7:0];//读出数据的0-7位2'b01:LED=M_R_Data[15:8];//读出数据的8-15位2'b10:LED=M_R_Data[23:16];//读出数据的16-23位2'b11:LED=M_R_Data[31:24];//读出数据的24-31位endcaseendelsebegincase(C)2'b00:M_W_Data=32'h0055_7523;//写入第一个数据2'b01:M_W_Data=32'h1234_5678;//写入第二个数据2'b10:M_W_Data=32'h8765_4321;//写入第三个数据2'b11:M_W_Data=32'hffff_ffff;//写入第四个数据endcaseendendendmodule测试代码：module test;// Inputsreg clka;reg [0:0] wea;reg [5:0] addra;reg [31:0] dina;// Outputswire [31:0] douta;// Instantiate the Unit Under Test (UUT)RAM_B uut (.clka(clka),.wea(wea),.addra(addra),.dina(dina),.douta(douta));initial begin// Initialize Inputsclka = 0;wea = 0;addra = 0;dina = 0;// Wait 100 ns for global reset to finish #100;// Add stimulus hereclka = 1;wea = 0;addra = 6'b000001;dina = 32'h0000_0003;#100;clka = 0;wea = 0;addra = 6'b000001;dina = 32'h0000_0607;#100;clka = 1;wea = 1;addra = 6'b000001;dina = 32'hFFFF_FFFF;#100;clka = 0;wea = 1;addra = 6'b000001;dina = 32'hFFFF_FFFF;endendmodule二、仿真波形三、电路图顶层电路模块顶层电路内部结构：四、引脚配置（约束文件）NET "Clk" LOC = C9;NET "LED[4]" LOC = M11;NET "LED[3]" LOC = V15;NET "LED[2]" LOC = U15;NET "LED[1]" LOC = V16;NET "LED[0]" LOC = U16;NET "Mem_Addr[7]" LOC = U8;NET "Mem_Addr[6]" LOC = N8;NET "Mem_Addr[5]" LOC = M8;NET "Mem_Addr[4]" LOC = V9;NET "Mem_Addr[2]" LOC = T10;NET "Mem_Write" LOC = C4;NET "Mem_Addr[3]" LOC = T9;NET "C[1]" LOC = T5;NET "C[0]" LOC = V8;NET "LED[7]" LOC = T11;NET "LED[5]" LOC = N11;NET "LED[6]" LOC = R11;五、思考与探索(1)读操作实验结果记录表存储器地址初始化数据读出数据写入新数据读出数据5’b000000 32’b0000000032’b0000000032'h0055_752332'h0055_7523 5’b000001 32’b0000000132’b0000000132'h0055_752332'h0055_7523 5’b000002 32’b0000000232’b0000000232'h0055_752332'h0055_7523 5’b000003 32’b0000000332’b0000000332'h0055_752332'h0055_7523 5’b000004 32’b0000000432’b0000000432'h0055_752332'h0055_7523 5’b000005 32’b0000000532’b0000000532'h0055_752332'h0055_7523 5’b000006 32’b0000000632’b0000000632'h0055_752332'h0055_7523 5’b000007 32’b0000000732’b0000000732'h0055_752332'h0055_7523 (2)答：这些单元的数据已经被改写了。

杭电计算机组成原理寄存器堆设计实验计算机组成原理是计算机科学与技术的基础课程之一，它涉及到计算机的基本组成部分和原理。

在这门课程中，学生通常需要进行一系列的实验来加深对计算机组成原理的理解和应用。

其中之一是关于寄存器堆的设计实验。

寄存器堆是计算机中重要的组成部分之一，它用于存储、读取和写入数据。

在计算机中，数据通常被存储在寄存器中，然后进行各种操作。

因此，设计一个高效可靠的寄存器堆对于计算机的性能至关重要。

根据实验要求，我们需要设计一个8位的寄存器堆，并实现读取、写入和清零等操作。

以下是针对该实验的设计思路和实施步骤。

首先，我们需要确定寄存器堆的结构。

由于该寄存器堆为8位宽度，我们选择使用一个8x8的存储单元阵列。

每个存储单元都可以存储一个8位的数据。

整个寄存器堆由8个存储单元组成，每个存储单元对应一个地址，即0~7接下来，我们需要设计寄存器堆的读写电路。

对于读操作，我们需要通过地址线来选择要读取的存储单元，并将其输出到数据线。

对于写操作，我们同样需要通过地址线来选择要写入的存储单元，并将数据线上的数据写入该存储单元。

为了实现这些操作，我们需要使用多路选择器和数据解码器。

在设计中，我们还需要考虑到时钟信号的输入，以确保读写操作在时钟的上升沿或下降沿进行。

此外，我们还需要添加清零功能，以便将寄存器堆的值重置为零。

为实现清零功能，我们可以将一个额外的输入线与所有存储单元的清零输入连接。

在实施阶段，我们需要使用Verilog或其他硬件描述语言来实现设计。

在代码中，我们首先声明一个8位宽的存储单元阵列作为寄存器堆的基本组成部分。

然后，我们定义读写电路，包括地址线、数据线、多路选择器和数据解码器。

最后，我们添加时钟信号和清零功能。

在完成设计后，我们可以通过仿真工具进行验证。

通过输入不同的数据和地址，观察输出结果是否符合预期。

如果存在问题，我们可以进行调试并进行必要的修改。

一旦仿真结果正确无误，我们就可以开始进行硬件实验了。

计算机组成原理实验三堆栈寄存器实验一、实验目的：1、熟悉堆栈概念。

2、熟悉堆栈寄存器的组成和硬件电路。

二、实验要求：完成3个堆栈寄存器的数据写入与读出。

三、实验原理：实验中所用的堆栈寄存器数据通路由三片8位字长的LS374组成R0、R1、R2寄存器堆。

三个寄存器的输入/输出已连至BUS总线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（详见下表），LDR0、LDR1、LDR2为数据写入允许信号，由二进制控制开关来模拟，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“H”装态）每按动一次“单步”命令键，产生一个T4信号。

下表为寄存器单元选通真值表：四、实验连接：1.连接实验线路，把位于实验装置左上方的CTR-OUT UNIT (LDR0、LDR1、LDR2、/SW-B)与实验装置右中央的CTR-OUT unit (LDR0、LDR1、LDR2)及实验装置左下方INPUT-UNIT(/SW-B)中的控制信号作对应连接。

2.具体连接信号：/SW-B，/R0-B，/R1-B ，/R2-B ，LDR0,LDR1，LDR2五、实验仪器状态设定：在闪动的“P.”状态下按动“增址”命令键，使LED显示器自左向右第一位显示提示符“H”，表示本装置已进入手动单元实验状态。

五、实验项目：（一）堆栈寄存器的写入拨动二进制数据开关（INPUT-UNIT）向R0和R1寄存器置数（置数灯亮表示它所对应的数据位为“1”、反之为“0”）。

具体操作步骤图示如下：[CBA=001] [LDR0=1] [LDR=1][LDR1=0] [LDR1=1][LDR2=0] [LDR2=0][按“STEP”] [按“STEP”] (二)堆栈寄存器的读出关闭数据输入三态门（CBA=000），分别打开通用寄存器R0、R1、R2输出控制位，当CBA=100时，总线指示灯（BUS-DISP UNIT）显示R0中的数据01H；当CBA=101时，总线指示灯显示R1中的数据80H；当CBA=110时，总线指示灯显示R2中等的数据（随机），可以观察到，显示的随机数为11111111.（六）实验总结通过本次实验的数据和理论分析进行比较、验证，我们熟悉了堆栈概念，熟悉了堆栈寄存器的组成和硬件电路等。

单片机原理与应用技术实验报告实验题目：定时/计数器应用姓名：* * *学号：********实验日期： 2017.5.28指导教师：高惠芳1.实验内容1、已知震荡频率为12MHz，用定时/计数器T0，实现从P2.0口产生周期为100ms的方波。

要求用汇编语言和C语言编程实现，编程方法分别用中断方法和查询方法。

用中断方式：C语言代码：//从P2.0引脚输出周期为100ms的方波//由定时器T0产生50ms的定时//T0工作于方式1可以实现50ms的定时//X=65536-50/0.001=15536=3CB0H#include <reg51.h>sbit p2_0 = P2^0;void main(void){TMOD=0X01;EA=1;ET0=1;TH0=(65536-50000)/256;//TH0=0x3C;TL0=(65536-50000)%256;//TL0=0xB0;TR0=1;while(1);}void timer0(void) interrupt 1 using 1{TH0=(65536-50000)/256;//TH0=0x3C;TL0=(65536-50000)%256;//TL0=0xB0;p2_0=!p2_0;}汇编语言代码：ORG 0000HLJMP MAINORG 000BHAJMP SER_T0ORG 0100HMAIN: MOV TMOD,#01HMOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HSETB E T0SETB TR0SJMP $SER_T0: MOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HCPL P2.0RETIEND用查询方式：C语言程序代码：//从P2.0引脚输出周期为100ms的方波//由定时器T0产生50ms的定时//T0工作于方式1可以实现50ms的定时//X=65536-50/0.001=15536=3CB0H#include <reg51.h>sbit p2_0 = P2^0;void main(void){TMOD=0X01;TH0=(65536-50000)/256;//TH0=0x3C;TL0=(65536-50000)%256;//TL0=0xB0;TR0=1;while(1){TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;while(!TF0);p2_0=!p2_0;}}汇编语言：ORG 0000HLJMP MAINORG 0100HMAIN: MOV TMOD,#01HMOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HLOOP: JBC TF0,NEXTSJMP LOOPNEXT: MOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HCPL P2.0SJMP LOOPEND2、已知震荡频率为6MHz，用定时/计数器T0，实现从P1.0口产生周期为1s，占空比为30%波形。

堆栈寄存器实验一、实验目的1、熟悉堆栈概念2、熟悉堆栈寄存器的组成和硬件电路二、实验要求按照实验步骤完成实验项目，对4个堆栈寄存器进行读出、写入数据操作。

三、实验原理1、堆栈寄存器组实验构成(图2-5-1)本系统内有4个寄存器R0~R3，寄存器组由4个74LS374组成，由1片74LS139（2-4译码器）来选择4个74LS374，并且由2片74LS32来组成控制线。

8芯插座R-IN、R-OUT作为数据输入、输出端，可通过短8芯扁平电缆把数据输入、输出端连接到数据总线上。

图2-5-12、堆栈寄存器组原理由SA、SB两根控制线通过74LS139译码来选择4个寄存器（74LS374）。

当WR＝0时，表示数据总线向寄存器写入数据，RCK为寄存器的工作脉冲，在有上升沿时把总线上数据打入74LS139选择的那个寄存器。

当RR=0时，74LS139所选择的寄存器上的数据输出至数据总线。

在本系统内使用了WR=0作为写入允许，RCK信号为上升沿时打入数据、RR=0时数据输出。

3、控制信号说明四、实验步骤实验1 对4个寄存器进行写入操作将R-IN(8芯盒形插座)与CPT-B板上的二进制开关单元中J03插座相连(对应二进制开关H0~H7)，R-OUT可通过短8芯扁平电缆与数据总线上DJ4相连。

把RR、WR、SA、SB接入二进制拨动开关（SA，SB借用X0，X1的H12，1、把数据写入寄存器R0)按启停单元中的运行按钮，置实验平台为运行状态。

置WR=0、RR=1按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在RCK上产生一个上升沿的脉冲，把11H 打入R0寄存器。

2、把数据写入寄存器R1置二进制开关H0~H7(D0~D7)为22H，各控制信号对应开关如下表。

按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在RCK上产生一个上升沿的脉冲，把22H 打入R1寄存器。

3、把数据写入寄存器R2按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在RCK上产生一个上升沿的脉冲，把33H 打入R2寄存器。

电子科技大学计算机科学与工程学院标准实验报告（实验）课程名称：计算机组成原理综合实验课程电子科技大学教务处制表电子科技大学实验一报告学生姓名：ZYZ 学号：2014060103026 指导教师：CAG实验地点：主楼A2-411 实验时间：2016年11月20日一、实验室名称：A2-411。

二、实验项目名称：Verilog设计简介。

三、实验学时：实验学时是3学时。

四、实验原理：Verilog设计硬件电路需要创建工程，模块和约束文件。

一位二选一多路器的实验原理图和真值表如下图1所示：图1一位二选一多路器原理图及真值表二选一多路器的逻辑表达式为c =sa+s̅b，根据逻辑表达式可得电路图如图2所示：图2二选一多路器电路图五、实验目的通过本实验，掌握用Verilog HDL硬件描述语言设计硬件电路的基本方法和FPGA开发板的基本使用。

实现32位2选1多路选择器、5位2选1多路选择器、32位寄存器堆、ALU等部件的设计，掌握其基本方法和技能，加深对所学知识的理解。

六、实验内容基本器件的设计：➢32位2选1多路选择器➢5位2选1多路选择器➢32位寄存器堆➢ALU七、实验器材（设备、元器件）：1.安装了Xilinx ISE Design Suite 13.4的PC机一台2.FPGA开发板：Anvyl Spartan6/XC6SLX453.计算机与FPGA开发板通过JTAG（Joint Test Action Group）接口连接，其连接方式如图3所示。

图 3 PC计算机与FPGA开发板的连接八、实验步骤1.新建工程（New Project）启动ISE Design Suite 13.4软件，然后选择菜单File→New Project，弹出New Project Wizard对话框，选择Verilog Module，并在对话框中输入工程名ALU，并指定工作路径D:\ALU。

2.基本功能器件的设计与实现（1）32位2选1多路选择器在工程管理区任意位置单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择New Source命令，创建一个Verilog Module模块，名称为：MUX32_2_1，此时开发环境的工程管理区中将有一个MUX32_2_1（MUX32_2_1.v）模块，双击该模块，然后在源代码编辑区编写实现该模块的代码：module MUX32_2_1(input [31:0] A,input [31:0] B,input Sel,output[31:0] O);assign O = Sel? B : A;endmodule代码输入完成后，在工程管理区选中要检查的模块，检查Verilog HDL语法（Synthesize →XST →Check Syntax）。

寄存器堆实验报告总结心得
寄存器堆是计算机中非常重要的组成部分，它用于存储指令和数据。

在进行寄存器堆实验的过程中，我深刻体会到了寄存器堆的重要性和功能。

首先，在实验中我学到了寄存器堆的基本结构和工作原理。

寄存器堆由多个寄存器组成，每个寄存器都有唯一的地址，并可以存储特定大小的数据。

通过将地址输入到控制线上，我可以选择读取或写入特定地址的数据。

这使得寄存器堆可以在计算机中高效地存储和访问大量的数据。

其次，通过实验我了解到了寄存器堆的访问时间和容量对计算机性能的影响。

访问时间是指从发出读取或写入指令到数据可用的时间。

在实验中，我发现访问时间较长的寄存器堆会导致计算机的整体性能下降。

因此，在设计计算机时，需要根据实际需求选择合适的寄存器堆容量和访问时间。

此外，我还学到了如何设计和实现一个简单的寄存器堆。

在实验中，我使用了逻辑门和触发器来构建寄存器堆的各个组件，并通过连接控制线实现数据的读取和写入。

通过实际操作，我更加深入地理解了寄存器堆的内部结构和工作原理。

最后，寄存器堆实验让我对计算机的内部结构有了更深入的了解，提高了我的实践能力和问题解决能力。

通过亲自实验，我更加熟悉了寄存器堆的使用方法和性能特点，并能够根据实际需求进行设计和优化。

总而言之，寄存器堆实验是一次非常有意义的实践活动，它让我更深入地了解了计算机的内部结构和工作原理。

通过这次实验，我不仅提高了自己的实践能力，也为以后的学习和研究打下了坚实的基础。