计算机组成原理实验报告_寄存器的原理及操作

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。

初：未知当前：2016-7-3 主笔：An gel实验报告课程名称：计算机组成原理实验项目：寄存器的原理及操作姓名：专业：计算机科学与技术班级：学号：计算机科学与技术学院实验教学中心20 16 年6 月20 日初：未知 当前：2016-7-3 主笔：An gel 版本：1实验项目名称： 寄存器的原理及操作 ________________一、 实验目的1. 了解模型机中A, W 寄存器结构、工作原理及其控制方法。

2. 了解模型机中寄存器组 R0..R3结构、工作原理及其控制方法。

3. 了解模型机中地址寄存器MAR ，堆栈寄存器ST ,输出寄存器 OUT 寄存器结构、工作原理及其控制方法。

二、 实验内容1、 A 、W 寄存器：利用COP2000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 A ，W 。

2、 R0、R1、R2、R3寄存器实验：利用 COP2000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，对数据寄存器组R0..R3进行读写。

3、 MAR 、ST 、OUT 寄存器：利用 COP2000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，将数据写入地址寄存器MAR ，堆栈寄存器ST ，输出寄存器 OUT 。

三、 实验用设备仪器及材料伟福COP2000系列计算机组成原理实验系统四、实验原理及接线实验1： A ，W 寄存器实验；DBUSLD3U50C D3U5 ■ DBUS6 >【賊/DBLS4QQQQQ仪卫吨n Jd —J Jo-■1 -X:LXDgDDDQDiD c I 3 4 4_■ s- Tieft连接 倍号礼援入孔 作用有效电乎] J]厘 J3座^fK23-KJ6*E 入 DBLSrm2AEX K3选遹A低电平有效 ■i. J- WENK.4 选逋w低电权说 4ALLCK匚 LOCK ALU 二昨強冲 上升沿打人实验2: R0, R1, R2, R3寄存器实验愴号孔 接入JL 榨用 有效电京IIJ]坚 J3陛為 K23«l &接 ADEHJ5[7®11 RRD KII 奇存缚纠读歧堤 低电乎有效 R J RWR KID 舒存#盅写便能 仁壬“=\4SB KI 审存器选摊B SSA KO 寄蜩«#A6 RCK CLOCK空存密二冬应2上升沿打入实验3: MAR 地址寄存器，ST 堆栈寄存器，OUT 输出寄存器WEN"4»Ci2■ — 1 1 0UFC1X1* J 、 1<313< 417 S€ , U- > < *15 ) < - TT 5 € 1 13< ?t ： \t/FfI 屮加亍DELI 细 DBL 用]>BUM .DBUSJ DBUS2■f DBUST .IJJitJSD VLTW5JW4WJv.-j SWI :wocft^fctc\i CMv.-ffiVSS4VBIQ -:吁垢冷HJ 'CILTfiKEllg ""■Md尋存堆MAR 原理铝MAR 为存储器地址寄存器，其功能是存储操作数在内存中的地址，信号MAREN 的功能是将数据总线DBUS 上数据MAR ，信号MAROE 的功能是将 MAR 的值送到地址总线 ABUS 上tTHl.W<'&BC&S ； S j•、'C DBLS2~kDBISI <.DBLMST 堆栈寄存器的作用，是岀现中断或子程序调用时，保存断点处PC 的值，以便中断或子程序结束时,能继续执行原程序。

计算机组成原理实验报告实验目的，通过本次实验，深入了解计算机组成原理的相关知识，掌握计算机硬件的基本组成和工作原理。

实验一，逻辑门电路实验。

在本次实验中，我们学习了逻辑门电路的基本原理和实现方法。

逻辑门电路是计算机中最基本的组成部分，通过逻辑门电路可以实现各种逻辑运算，如与门、或门、非门等。

在实验中，我们通过搭建逻辑门电路并进行实际操作，深入理解了逻辑门的工作原理和逻辑运算的实现过程。

实验二，寄存器和计数器实验。

在本次实验中，我们学习了寄存器和计数器的原理和应用。

寄存器是计算机中用于存储数据的重要部件，而计数器则用于实现计数功能。

通过实验操作，我们深入了解了寄存器和计数器的内部结构和工作原理，掌握了它们在计算机中的应用方法。

实验三，存储器实验。

在实验三中，我们学习了存储器的原理和分类，了解了不同类型的存储器在计算机中的作用和应用。

通过实验操作，我们进一步加深了对存储器的认识，掌握了存储器的读写操作和数据传输原理。

实验四，指令系统实验。

在本次实验中，我们学习了计算机的指令系统，了解了指令的格式和执行过程。

通过实验操作，我们掌握了指令的编写和执行方法，加深了对指令系统的理解和应用。

实验五，CPU实验。

在实验五中，我们深入了解了计算机的中央处理器（CPU）的工作原理和结构。

通过实验操作，我们学习了CPU的各个部件的功能和相互之间的协作关系，掌握了CPU的工作过程和运行原理。

实验六，总线实验。

在本次实验中，我们学习了计算机的总线结构和工作原理。

通过实验操作，我们了解了总线的分类和各种总线的功能，掌握了总线的数据传输方式和时序控制方法。

结论：通过本次实验，我们深入了解了计算机组成原理的相关知识，掌握了计算机硬件的基本组成和工作原理。

通过实验操作，我们加深了对逻辑门电路、寄存器、计数器、存储器、指令系统、CPU和总线的理解，为进一步学习和研究计算机组成原理奠定了坚实的基础。

希望通过不断的实践和学习，能够更深入地理解和应用计算机组成原理的知识。

一、实验目的1. 理解计算机寄存器的概念、作用和分类；2. 掌握寄存器在计算机系统中的基本操作；3. 熟悉寄存器的控制信号及其工作原理；4. 培养实验操作能力和分析问题能力。

二、实验环境1. 实验设备：计算机组成原理实验箱、计算机、Proteus仿真软件；2. 实验软件：Proteus仿真软件、模型机仿真软件；3. 实验环境：实验室。

三、实验内容1. 寄存器基本概念及分类；2. 寄存器操作实验；3. 寄存器控制信号实验；4. 寄存器在计算机系统中的应用实验。

四、实验步骤1. 寄存器基本概念及分类实验（1）打开Proteus仿真软件，创建一个新的项目；（2）在项目中选择计算机组成原理实验箱中的寄存器模块；（3）观察寄存器的结构，了解寄存器的分类（如累加器、寄存器组、地址寄存器等）；（4）总结寄存器的作用，如暂存数据、控制指令等。

2. 寄存器操作实验（1）在Proteus仿真软件中，搭建一个简单的寄存器操作电路；（2）设置输入数据，观察寄存器的输出；（3）通过改变输入数据，验证寄存器的存储功能；（4）总结寄存器操作的基本步骤。

3. 寄存器控制信号实验（1）在Proteus仿真软件中，搭建一个包含控制信号的寄存器电路；（2）观察控制信号对寄存器操作的影响；（3）通过改变控制信号，验证寄存器的读写功能；（4）总结寄存器控制信号的作用和意义。

4. 寄存器在计算机系统中的应用实验（1）在Proteus仿真软件中，搭建一个简单的计算机系统电路；（2）观察寄存器在计算机系统中的操作过程；（3）分析寄存器在计算机系统中的作用，如数据暂存、指令控制等；（4）总结寄存器在计算机系统中的应用。

五、实验结果与分析1. 通过实验，掌握了寄存器的基本概念、作用和分类；2. 熟悉了寄存器的操作过程，包括输入、输出、读写等；3. 了解寄存器控制信号的作用，以及它们对寄存器操作的影响；4. 分析了寄存器在计算机系统中的应用，如数据暂存、指令控制等。

计算机组成原理实验报告实验232寄存器实验实验目的：1.了解寄存器在计算机中的作用和应用；2.掌握寄存器的基本操作和控制方法；3.学习寄存器的工作原理和内部结构。

实验仪器和材料：1.计算机模拟实验平台；2.VHDL语言编程软件；3.FPGA开发板。

实验原理：寄存器是一种用于存储数据的硬件设备，它通常用于暂时保存和传输计算机中的数据。

在计算机系统中，寄存器可用于存储指令、数据或者地址等信息，其快速的读写速度使得计算机能够高效地进行数据处理和运算。

在本次实验中，我们将设计一个4位寄存器，并实现对该寄存器的读写操作。

该寄存器的位数为4位，即可以存储4位的二进制数据。

通过在FPGA开发板上搭建实验电路，连接到计算机模拟实验平台，可以利用VHDL语言编程实现该寄存器的逻辑功能。

实验步骤：1. 使用VHDL编程软件，创建一个新的工程，并添加寄存器的顶层模块。

创建一个四位宽的输入端input_data，并添加一个时钟输入端clk。

2. 在顶层模块中，将input_data输入到四个触发器模块中。

每个触发器模块使用D触发器，其中D输入端连接到input_data，时钟输入端连接到clk。

触发器的输出端连接到对应的输出端。

3. 添加一个使能端enable，并将其连接到所有的触发器的使能输入端。

设置enable为高电平时，寄存器工作；设置enable为低电平时，寄存器不工作。

4. 添加一个读写控制端rw，并将其连接到一个二选一的多路选择器模块。

该模块的两个输入端分别连接到时钟输入端和输出端，而读写控制端rw作为多路选择器的控制输入端。

多路选择器的输出端连接到所有的触发器的时钟输入端。

5. 添加一个四位宽的输出端output_data，并将其连接到四个触发器的输出端，作为寄存器的输出。

实验结果与分析：通过在计算机模拟实验平台上进行仿真与调试，我们得到了寄存器的实际控制和输出结果。

经过多组实验数据的观察与比较，可以发现寄存器能够实现数据的暂存和传输功能。

实验四存储系统设计实验一、实验目的本实训项目帮助大家理解计算机中重要部件—存储器，要求同学们掌握存储扩展的基本方法，能设计MIPS 寄存器堆、MIPS RAM 存储器。

能够利用所学习的cache 的基本原理设计直接相联、全相联，组相联映射的硬件cache。

二、实验原理、内容与步骤实验原理、实验内容参考：1、汉字字库存储芯片扩展设计实验1)设计原理该实验本质上是8个16K×32b 的ROM 存储系统。

现在需要把其中一个（1 号）16K×32b 的ROM 芯片用4个4K×32b 的芯片来替代，实际上就是存储器的字扩展问题。

a) 需要4 片4个4K×32b 芯片才可以扩展成16K×32b 的芯片。

b) 目标芯片16K个地址，地址线共14 条，备用芯片12 条地址线，高两位（分线器分开）用作片选，可以接到2-4 译码器的输入端。

c) 低12 位地址直接连4K×32b 的ROM 芯片的地址线。

4个芯片的32 位输出直接连到D1，因为同时只有一个芯片工作，因此不会冲突。

芯片内数据如何分配：a) 16K×32b 的ROM 的内部各自存储16K个地址，每个地址里存放4个字节数据。

地址范围都一样：0x0000～0x3FFF。

b) 4个4K×32b 的ROM，地址范围分别是也都一样：0x000～0xFFF，每个共有4K个地址，现在需要把16K×32b 的ROM 中的数据按照顺序每4个为一组分为三组，分别放到4个4K×32b 的ROM 中去。

HZK16_1 .txt 中的1～4096个数据放到0 号4K 的ROM 中，4097～8192 个数据放到 1 号4K 的ROM 中，8193～12288 个数据放到2 号4K 的ROM 中，12289～16384个数据放到3 号4K 的ROM 中。

c) 注意实际给的16K 数据，倒数第二个4K（8193～12288 个数据）中部分是0，最后4K（12289～16384 数据）全都是0。

实验报告成绩课程名称计算机组成原理指导教师实验日期院(系) 计算机科学与技术学院专业班级实验地点学生姓名学号同组人实验项目名称实验二八位寄存器一、实验目的和要求实验目的：1.了解寄存器的工作原理和构成；2.熟悉 EDA 工具软件的使用方法。

实验要求：1.电源选用+5V，注意D触发器的置0端和置1端必须接高电平，即+5V电源。

否则D触发器工作不正常。

2. D触发器可以选用 74LS74（7474 也可），其逻辑符号（图中SD为置1端，接低电平有效；图中CD为置0端，接低电平有效；CP为脉冲）。

二、实验原理设计一个八位寄存器,该寄存器具有一个时钟输入端CLK，一个复位端RE，八个并行数据输入端d7,d6,…d0和八个数据输出端q7,q6,…q0，当时钟脉冲到来时,并行数据输入端的数据被送入寄存器中。

寄存器框图如图所示。

三、主要仪器设备1.操作系统为WINDOWS的计算机一台；2.数字逻辑与计算机组成原理实验箱一台；3.基本D触发器7474。

四、实验方法与步骤1. 原理图输入：采用图形输入法在计算机上完成实验电路的原理图输入。

2. 管脚定义：根据硬件实验平台资源示意图和附录一“平台资源和FPGA引脚连接表”完成原理图中输入、输出管脚的定义。

将寄存器的输出q7－q0分别锁定在LD7－LD0上。

将寄存器的输入d7－d0分别锁定在K7－K0上。

将寄存器的输入脉冲CLK锁定在单脉冲(Pin 132引脚)上。

3.原理图编译、适配和下载：在QuartusⅡ环境中选择EP2C8Q208C8器件，进行原理图的编译和适配，无误后完成下载。

4.功能测试：改变K7－K0的状态，按动一次单脉冲键，LD7－LD0的显示将与K7－K0相对应，若有错则重新调试。

5.生成元件符号。

五、实验结果分析六、实验心得通过本次实验，了解了寄存器的工作原理和构成；熟悉了EDA工具软件的使用方法。

在实验中，用一个锁定在开关k8上的输入端用来控制置0端，我认为VCC也需要使用一个输入端表示，否则在引脚分配时无法对VCC进行分配。

千里之行，始于足下。

计算机组成原理实验报告-寄存器实验计算机组成原理实验报告-寄存器实验》一、实验目的本次实验旨在通过设计和实现一个基本的寄存器，加深对计算机组成原理中寄存器的理解，并掌握寄存器在计算机中的应用。

二、实验设备及软件1. 实验设备：计算机2. 实验软件：模拟器软件Mars3. 实验材料：电路图、线缆、元器件三、实验原理寄存器是计算机的一种重要组成部分，用于存储数据和指令。

一个基本的寄存器通常由一组触发器组成，可以存储多个位的信息。

本实验中，我们需要设计一个16位的寄存器。

四、实验步骤1. 确定寄存器的结构和位数：根据实验要求，我们需要设计一个16位的寄存器。

根据设计要求，选择合适的触发器和其他元器件。

2. 组装寄存器电路：根据电路图，将选择好的元器件按照电路图连接起来。

3. 连接电路与计算机：使用线缆将寄存器电路连接到计算机的相应接口上。

4. 编写程序：打开Mars模拟器软件，编写程序来测试寄存器的功能。

可以编写一段简单的程序，将数据写入寄存器并读取出来，以验证寄存器的正确性。

5. 运行程序并测试：将编写好的程序加载到Mars模拟器中，并运行程序，观察寄存器的输出和模拟器的运行结果。

第1页/共3页锲而不舍，金石可镂。

五、实验结果在本次实验中，我们成功设计和实现了一个16位的寄存器，并进行了相关测试。

经过多次测试，寄存器的功能和性能良好，能够准确地存储和读取数据。

六、实验心得通过本次实验，我对寄存器的结构和工作原理有了更深入的了解。

寄存器作为计算机的一种重要组成部分，起着存储和传输数据的作用。

通过实际操作和测试，我更加清楚了寄存器在计算机中的应用和重要性。

在实验过程中，我遇到了一些问题，如电路连接不稳定、程序错误等，但通过仔细检查和调试，最终解决了这些问题。

这次实验也让我深刻体会到了学习计算机组成原理的重要性，只有深入理解原理并通过实践运用，才能真正掌握计算机的工作原理和能力。

通过这个实验，我有了更深入的认识和理解，对计算机组成原理的学习也更加系统和完整。

初：未知 当前：2016-7-3 主笔：Angel 联系方式：QQ ：1219818801 版本：1实 验 报 告课程名称： 计算机组成原理 实验项目： 存储器的原理及应用姓 名： 刘斌专 业： 计算机科学与技术 班 级： 计算机14-6班 学 号：1404010612计算机科学与技术学院实验教学中心2016 年 6 月 20日初：未知当前：2016-7-3 主笔：Angel 联系方式：QQ：1219818801 版本：1实验项目名称：存储器的原理及应用一、实验目的1．了解程序存储器EM 的工作原理及控制方法2．了解存储器读写方法。

二、实验内容利用 COP2000 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，实现程序存储器EM 的读写操作。

三、实验用设备仪器及材料计算机、伟福 COP2000系列计算机组成原理实验系统四、实验原理及接线内存中通常存放指令和数据，当内存存放指令时，将指令送指令总线；当内存存放数据时，将数据送数据总线。

如图所示，它主要由一片RAM 6116 组成，RAM6116是静态2048X8位的RAM，有11 条地址线，在COP2000 模型机中只使用8 条地址线A0-A7 ，而A8-A10接地。

存储器EM通过1片74HC245 与数据总线相连。

存储器EM的地址可由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。

EM原理图初：未知当前：2016-7-3 主笔：Angel 联系方式：QQ：1219818801 版本：12存储器 uM 由三片 6116RAM 构成，共 24 位微指令。

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uM 始终输出uPC 指定地址单元的数据。

连接线表五、实验操作步骤1， 1、控制 k4、k5开关，观察PC\MAR输出地址选择：1、K5、输出地址（PC红色灯亮）2、K5、输出地址（PC红色灯亮）2、K5、没有灯亮2、K5、、PC同时输出地址（MAR、PC红色灯同时亮）2、存储器EM 写、读实验（1）将地址 0写入MAR二进制开关K23-K16 用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据00HK3连接MAREN端，当低电平（0）时，MAR写允许按CLOCK键, 将地址 0 写入MAR（2）将数据11H写入地址00H二进制开关K23-K16 用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据11HK4连接MAROE，当低电平（0）时，MAR输出地址K2连接EEMEN，当低电平（0）时，存储器与数据总线连接K0连接EMWR，当低电平（0）时，存储器写允许按CLOCK键, 将地址11H写入EM（3）读地址00H 中的数据11HK4连接MAROE，，MAR输出地址K1连接EMRD，当低电平（0）时，存储器读允许学生做：将数据55H写入地址22H，并读出将数据45H写入地址33H，并读出3、将数据打入地址为00的IR 指令寄存器/uPC实验（1）将地址 0写入MAR二进制开关K23-K16 用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据00HK3连接MAREN端，当低电平（0）时，MAR写允许按CLOCK键, 将地址 0 写入MAR（2）将数据11H写入地址00H二进制开关K23-K16 用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据11HK4连接MAROE，当低电平（0）时，MAR输出地址K2连接EEMEN，当低电平（0）时，存储器与数据总线连接K0连接EMWR，当低电平（0）时，存储器写允许按CLOCK键, 将地址11H写入EM（3）读地址00H 中的数据11HK4连接MAROE，，MAR输出地址K1连接EMRD，当低电平（0）时，存储器读允许(4)写地址00H数据11H入 IR及 uPC学生做：将数据22H、33H打入地址为01H、02H的IR 指令寄存器/uPC实验实验 1：微程序存储器 uM 读出置控制信号为：K0为1uM 输出uM[0]的数据按一次CLOCK脉冲键，CLOCK产生一个上升沿，数据uPC 被加一。