计算机组成原理实验报告 通用寄存器单元实验

计算机组成原理实验(一)实验项目名: 实验台基本模块认识实验实验要求：学习使用计算机组成原理教学实验系统的，认识组成原理实验台上的各个组成部件模块，熟悉各模块的功能、数据通路和使用方法，为后续实验做准备。

实验内容:（1）了解计算机组成原理硬件实验台各模块的组成和功能✶运算器单元- 74LS181(4位并行运算器),输入端74LS373(锁存器),输出端74LS245(三态缓冲器),74LS74(双D触发器)。

✶寄存器组单元– 3片74LS374 作为三个通用寄存器使用，R0、R1、R2 与总线相连。

✶地址寄存器单元– 2片地址锁存器74LS273锁存地址，通过总线将地址送入到该地址寄存器单元，而该地址寄存器与存储器接口相连，用于访问存储器。

✶数据总线单元–显示当前数据总线输出的内容。

✶主存储器单元–由6116 SRAM（4片）存储器作为主存储器，存储实验用机器指令，连接到数据和地址总线上。

✶程序计数器PC– 8位指令地址，使用2片74LS163构成，通过控制信号，可实现PC内容与总线间的交换。

✶指令寄存器单元—使用1片74LS273锁存器锁存当前执行的指令，IR寄存器的一端连接到数据总线上，另一端则连接到微地址单元的地址输入接口，用于寻址控存。

✶时序启停单元—通过输入系统脉冲源，可产生T1~T4四个标准的周期性信号，并且通过按键控制，可产生单次脉冲。

✶微程序电路单元—模拟微程序结构的CU，根据指令的操作码译码后得到的微程序地址，访问系统中的控存6116，取出微指令后，发出相应的微操作控制信号，控制系统中数据的流动及功能器件的动作。

该实验台各模块共有26个微控制信号，其中有7个（BUS-111，BUS-110，Rd-BUS，Rs-BUS,299-BUS,ALU-BUS,PC-BUS）采用译码输出的方式，而剩余的采用直接控制方式输出。

下一条微指令的地址由微指令的低地址（每条微指令长度为32位，其中（26-7）+3（译码）为微操作控制位，其余的为下地址）部分决定。

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。

计算机组成原理寄存器实验
对于计算机组成原理中的寄存器实验，具体操作如下：
1. 打开仿真软件，选择Verilog HDL模块。

2. 设计寄存器模块，包括输入端口（数据、读写、地址）、输出端口（数据）、内部存储器、控制逻辑等。

3. 编写Verilog HDL代码，并进行仿真验证。

4. 制作电路原型，将寄存器模块连接到其他模块中，并进行电路测试。

5. 测试寄存器模块，输入不同的数据和地址，进行读取和写入操作，并验证数据是否正确。

6. 根据实验结果进行调整、优化，并重新进行电路测试和部署。

需要注意的是，寄存器实验需要掌握Verilog HDL基本语法、数字电路原理、以及计算机组成原理相关知识。

在实验过程中，需要注意电路的正确性和稳定性，并严格遵守实验室安全规范。

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。

一、实验目的1. 理解寄存器在计算机系统中的作用和重要性。

2. 掌握通用寄存器组的设计方法和应用。

3. 通过实验，加深对寄存器读写操作的理解。

二、实验原理寄存器是计算机中用于临时存储数据和指令的存储单元，它具有数据存取速度快、容量小、易于控制等特点。

在计算机系统中，寄存器用于存放指令、数据、地址等，是CPU执行指令的重要基础。

三、实验内容1. 通用寄存器组实验（1）实验目的：了解通用寄存器组的用途、结构和工作原理。

（2）实验内容：- 观察通用寄存器组（如AX、BX、CX、DX等）的内部结构；- 学习寄存器读写操作的基本指令（如MOV、ADD、SUB等）；- 通过编程，实现寄存器之间的数据交换和运算。

（3）实验步骤：- 使用C语言编写程序，实现寄存器之间的数据交换和运算；- 在计算机上编译并运行程序，观察实验结果。

2. 移位寄存器实验（1）实验目的：了解移位寄存器的结构、工作原理和应用。

（2）实验内容：- 观察移位寄存器（如74LS194）的内部结构；- 学习移位操作指令（如SHL、SHR等）；- 通过编程，实现数据的串行/并行转换和构成环形计数器。

（3）实验步骤：- 使用C语言编写程序，实现数据的串行/并行转换和构成环形计数器；- 在计算机上编译并运行程序，观察实验结果。

3. 寄存器仿真实验（1）实验目的：通过仿真软件，加深对寄存器读写操作的理解。

（2）实验内容：- 使用Proteus仿真软件，搭建寄存器实验电路；- 观察寄存器读写操作时，内部信号的变化；- 分析实验结果，验证寄存器读写操作的正确性。

（3）实验步骤：- 在Proteus软件中搭建寄存器实验电路；- 编写测试程序，观察寄存器读写操作时，内部信号的变化；- 分析实验结果，验证寄存器读写操作的正确性。

四、实验结果与分析1. 通用寄存器组实验通过实验，我们了解了通用寄存器组的结构和工作原理，掌握了寄存器读写操作的基本指令。

实验结果表明，寄存器读写操作可以有效地提高程序执行速度。

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。

6.9 通用寄存器实验报告一、实验目的:1、了解通用寄存器组的用途及对CPU的重要性。

2、掌握通用寄存器组的设计方法。

二、实验内容:1、通用寄存器组的作用通用寄存器组是CPU的重要组成部分。

（1）从存储器和外部设备（除DMA方式外）取来的数据要放在通用寄存器中；（2）向存储器和外部设备（除DMA方式外）输出的数据从通用寄存器中取出；（3）参加算术运算和逻辑运算的数据从通用寄存器组中取出，同时通用寄存器也是运算结果的暂存地。

（4）通用寄存器组有两个读端口，负责提供进行算术逻辑单元需要的源操作数和目的操作数；有一个写端口，负责将运算结果保存到指定的寄存器内。

2、通用寄存器组功能实现根据通用寄存器组的功能要求，一个只有四个16位寄存器的通用寄存器组的框图如下图所示：⑴寄存器部分：当reset为低电平时，将四个16位寄存器R0-R3复位为0；当寄存器的write和sel为高电平时，在时钟信号clk的上升沿将D端的输入D[15-0]写入寄存器，然后送到寄存器的输出Q[15-0]。

4个寄存器的允许写信号write和外部产生的目的寄存器写信号DRWr 直接相连。

每个寄存器还有另一个选择信号sel，它决定哪一个寄存器进行写操作。

4个寄存器的选择信号分别和2-4译码器产生的sel00、sel01、sel10、sel11相连。

只有当一个寄存器被选中（sel为高电平时），才允许对该寄存器进行写操作。

⑵ 2-4译码器：2-4译码器的输入sel[1-0]接DR[1-0],2-4译码器对2位的输入信号sel[1-0]进行2-4译码，产生4个输出sel00、sel01、sel10、sel11，分别送往4个寄存器R0、R1、R2和R3的选择端sel。

⑶ 4选1多路器4选1多路选择器1从4个寄存器R0、R1、R2和R3的输出Q[15-0]选择1路送到DR_data[15-0]，给算术逻辑单元提供目的操作数；选择信号sel[1-0]接DR[1-0]。

计算机组成原理实验报告实验一寄存器实验一、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。

二、实验要求(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。

三、实验说明寄存器的作用是用于保存数据的，因为我们的模型机是8位的，因此在本模型机中大部寄存器是8位的，标志位寄存器(Cy, Z)是二位的。

COP2000用74HC574来构成寄存器。

74HC574的功能如下：注意：1. 在CLK的上升沿将输入端的数据打入到8个触发器中74HC574工作波形图四、实验原理实验1：A，W寄存器实验（1）原理图寄存器A原理图寄存器W原理图（2）工作波形图寄存器A，W写工作波形图（4）实验数据a.)将31H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31H。

置控制信号为：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31H被写入A寄存器。

b)将61H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61H。

置控制信号为：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61H被写入A寄存器。

实验2：R0，R1，R2，R3寄存器实验（1）原理图寄存器R0，R1，R2，R3原理图寄存器R写工作波形图（4）实验数据注意观察：1. 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。

6.9 通用寄存器实验报告一、实验目的:1、了解通用寄存器组的用途及对CPU的重要性。

2、掌握通用寄存器组的设计方法。

二、实验内容:1、通用寄存器组的作用通用寄存器组是CPU的重要组成部分。

（1）从存储器和外部设备（除DMA方式外）取来的数据要放在通用寄存器中；（2）向存储器和外部设备（除DMA方式外）输出的数据从通用寄存器中取出；（3）参加算术运算和逻辑运算的数据从通用寄存器组中取出，同时通用寄存器也是运算结果的暂存地。

（4）通用寄存器组有两个读端口，负责提供进行算术逻辑单元需要的源操作数和目的操作数；有一个写端口，负责将运算结果保存到指定的寄存器内。

2、通用寄存器组功能实现根据通用寄存器组的功能要求，一个只有四个16位寄存器的通用寄存器组的框图如下图所示：⑴寄存器部分：当reset为低电平时，将四个16位寄存器R0-R3复位为0；当寄存器的write和sel为高电平时，在时钟信号clk的上升沿将D端的输入D[15-0]写入寄存器，然后送到寄存器的输出Q[15-0]。

4个寄存器的允许写信号write和外部产生的目的寄存器写信号DRWr 直接相连。

每个寄存器还有另一个选择信号sel，它决定哪一个寄存器进行写操作。

4个寄存器的选择信号分别和2-4译码器产生的sel00、sel01、sel10、sel11相连。

只有当一个寄存器被选中（sel为高电平时），才允许对该寄存器进行写操作。

⑵ 2-4译码器：2-4译码器的输入sel[1-0]接DR[1-0],2-4译码器对2位的输入信号sel[1-0]进行2-4译码，产生4个输出sel00、sel01、sel10、sel11，分别送往4个寄存器R0、R1、R2和R3的选择端sel。

⑶ 4选1多路器4选1多路选择器1从4个寄存器R0、R1、R2和R3的输出Q[15-0]选择1路送到DR_data[15-0]，给算术逻辑单元提供目的操作数；选择信号sel[1-0]接DR[1-0]。

实验1 通用寄存器实验一、实验目的1.熟悉通用寄存器的数据通路。

2.了解通用寄存器的构成和运用。

二、实验要求掌握通用寄存器R3~R0的读写操作。

三、实验原理实验中所用的通用寄存器数据通路如下图所示。

由四片8位字长的74LS574组成R1 R0（CX）、R3 R2（DX）通用寄存器组。

图中X2 X1 X0定义输出选通使能，SI、XP控制位为源选通控制。

RWR为寄存器数据写入使能，DI、OP为目的寄存器写选通。

DRCK信号为寄存器组打入脉冲，上升沿有效。

准双向I/O输入输出端口用于置数操作，经2片74LS245三态门与数据总线相连。

图2-3-3 通用寄存器数据通路四、实验容1.实验连线2.寄存器的读写操作①目的通路当RWR=0时，由DI、OP编码产生目的寄存器地址，详见下表。

通用寄存器“手动／搭接”目的编码②通用寄存器的写入通过“I/O输入输出单元”向R0、R1寄存器分别置数11h、22h，操作步骤如下：通过“I/O输入输出单元”向R2、R3寄存器分别置数33h、44h，操作步骤如下：③源通路当X2~X0=001时，由SI、XP编码产生源寄存器，详见下表。

通用寄存器“手动／搭接”源编码④通用寄存器的读出五、实验心得通过这个实验让我清晰的了解了通用寄存器的构成以及通用寄存器是如何运用的，并且熟悉了通用寄存器的数据通路，而且还深刻的掌握了通用寄存器R3~R0的读写操作。

实验2 运算器实验一、实验目的掌握八位运算器的数据传输格式，验证运算功能发生器及进位控制的组合功能。

二、实验要求完成算术、逻辑、移位运算实验，熟悉ALU运算控制位的运用。

三、实验原理实验中所用的运算器数据通路如图2-3-1所示。

ALU运算器由CPLD描述。

运算器的输出FUN经过74LS245三态门与数据总线相连，运算源寄存器A和暂存器B的数据输入端分别由2个74LS574锁存器锁存，锁存器的输入端与数据总线相连，准双向I/O输入输出端口用来给出参与运算的数据，经2片74LS245三态门与数据总线相连。