《计算机组成原理》实验指导书
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计算机组成原理实验指导书 1
第二章 分部实验
为掌握计算机的基本组成和工作原理，并为课程设计做准备，本章安排
了四个分部实验，这些实验均在COP2000计算机组成原理实验仪上进行。
§2.1 分部实验1
本实验包括寄存器的验证实验及运算器的验证、设计实验。
2.1.1 寄存器实验
寄存器是一种重要的数字电路部件, 常用来暂时存放数据、指令等。一
个触发器可以存储一位二进制代码，存放N位二进制代码，用N个触发器即可。因为我们的模型机是8位的，因此在本模型机中大部分寄存器是8位的，
标志位寄存器(Cy, Z)是二位的。
在COP2000实验仪中，寄存器由74HC574构成，它可以存放8位二进
制代码，其中的一位二进制代码是由一个D触发器来存储的。首先，我们
先介绍一下74HC574的工作原理。图2-1是74HC574的原理图。
图2-1 74HC574原理图
我们可以看到，在CLK的上升沿，输入端的数据被打入到8个触发器
中。当OC = 1 时，触发器的输出被关闭，当OC=0时，触发器输出数据。 表2-1列出了74HC574的使用方法。
表2-1 74HC574使用方法
OC CLK Q7..Q0 注释 1 X ZZZZZZZZ OC为1时触发器的输出被关闭 0 0 Q7..Q0 当OC=0时触发器的输出数据 0 1 Q7..Q0 当时钟为高时，触发器保持数据不变 X D7..D0 在CLK的上升沿将输入端的数据打入到触发器中 计算机组成原理实验指导书 2
图2-2为74HC574的工作波形图。
图2-2 74HC574工作波形图
一、实验一：A，W寄存器实验 1、实验器材
COP2000计算机组成原理实验仪、万用表。
2、实验目的
（1）了解并掌握74HC574的工作原理及使用方法。 （2）掌握寄存器A，W的工作原理。 3、实验要求
分别验证A，W寄存器的功能。
4、实验原理 A，W寄存器是作用于ALU输入端的两个寄存器，两个参与运算的数分别来自A或W。图2-3、图2-4分别为寄存器A，W的原理图。
计算机组成原理实验指导书 3
图 2-3 寄存器A原理图
图 2-4 寄存器W原理图
A，W寄存器的写工作波形如图2-5所示。
图 2-5 寄存器A，W写工作波形图 其中，AEN、WEN分别为A选通和B选通。
5、实验步骤与内容
（1） 按照表2-2连线 表2-2 A，W寄存器实验连线表
连接 信号孔 接入孔 作用 有效电平 1 J1座 J3座 将K23-K16接入DBUS[7:0] 2 AEN K3 选通A 低电平有效 3 WEN K4 选通W 低电平有效 4 ALUCK CLOCK ALU工作脉冲 上升沿打入 计算机组成原理实验指导书 4
（2） 将数据55H写入A寄存器 首先将二进制开关K23-K16用于数据总线DBUS[7：0]的数据输
入，置数据55H。
然后，置如下控制信号：
接下来，按住CLOCK脉冲键，CLOCK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CLOCK键，CLOCK
由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。
（3） 将数据66H写入W寄存器 首先将二进制开关K23-K16用于数据总线DBUS[7：0]的数据输入，置数据66H。
然后，置如下控制信号：
接下来，按住CLOCK脉冲键，CLOCK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CLOCK键，
CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据66H被写入W寄存器。 可以看到，数据是在放开CLOCK键后改变的，也就是CLOCK
的上升沿数据被打入。另外，WEN，AEN为高时，即使CLOCK有
上升沿，寄存器的数据也不会改变。
K23 K22 K21 K20 K19 K18 K17 K16 0 1 0 1 0 1 0 1
K4(WEN) K3(AEN) 1 0
K23 K22 K21 K20 K19 K18 K17 K16 0 1 1 0 0 1 1 0
K4(WEN) K3(AEN) 0 1 计算机组成原理实验指导书 5
二、寄存器组R（R0-R4）实验 1、实验器材
COP2000计算机组成原理实验仪、万用表。
2、实验目的
掌握寄存器组的工作原理。
3、实验要求 验证寄存器组的功能。
4、实验原理 本模块的设置，为实验仪提供了4个8位通用寄存器。它对运算
器结构、运算速度、指令系统的设计等都有密切的关系。我们可以通
过SB、SA进行4个寄存器的选择。寄存器组的原理见图 2-6。
图2-6 寄存器组R原理图
寄存器组R的读、写工作波形图如图 2-7及图2-8所示。
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图 2-7 寄存器组R的写工作波形图
图 2-8寄存器组R的读工作波形图
5、实验内容与步骤 在本实验中，我们会将不同的数据分别写入寄存器组的不同寄存
器中，并分别读出。
（1） 首先，按照表2-3连线。
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表2-3 寄存器组实验连线表
（2） 分别将数据11H、22H、33H、44H写入寄存器R0、R1、 R2和R3。具体步骤如下：
1） 将11H写入R0寄存器 首先，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：
K11(RRD) K10(RWR) K1(SB) K0(SA)
1 0 0 0
按住CLOCK脉冲键，CLOCK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CLOCK键，CLOCK
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
K23 K22 K21 K20 K19 K18 K17 K16
0 0 1 0 0 0 1
0
置控制信号为：
K11(RRD) K10(RWR) K1(SB) K0(SA)
1 0 0 1 连接 信号孔 接入孔 作用 有效电平 1 J1座 J3座 将K23-K16接入DBUS[7:0] 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 RCK CLOCK 寄存器工作脉冲 上升沿打入
K23 K22 K21 K20 K19 K18 K17 K16 0 0 0 1 0 0 0 1 计算机组成原理实验指导书 8
按住CLOCK脉冲键，CLOCK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CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据22H被写入R1寄存器。
3）将33H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33H K23 K22 K21 K20 K19 K18 K17 K16
0 0 1 1 0 0 1 1
置控制信号为： K11(RRD) K10(RWR) K1(SB) K0(SA)
1 0 1 0
按住CLOCK脉冲键，CLOCK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CLOCK键，CLOCK由低变高，产生一个上升沿，数据33H被写入R2寄存器。
4）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 0 0 0 1 0 0
置控制信号为： K11(RRD) K10(RWR) K1(SB) K0(SA)
1 0 1 1
按住CLOCK脉冲键，CLOCK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CLOCK键，CLOCK
由低变高，产生一个上升沿，数据44H被写入R3寄存器。 我们可以看到，K1(SB), K0(SA) 用于选择寄存器。
K1(SB) K0(SA) 选择
0 0 R0
0 1 R1
1 0 R2
1 1 R3
