计算机组成原理实验报告-指令部件模块实验.doc

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计算机组成原理实验报告指令部件模块实验

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：2021级
实验成绩：
指导教师：祝昌宇
姓名：蒋俊
实验名称：指令部件模块实验
学号：31202108068
实验日期：20__-12-15
一、目的1.掌握指令部件的组成方式
2.熟悉指令寄存器的打入方式，PC计数器的设置和+1操作，理解跳转指令的实现过程。
二、实验原理
（1）指令部件模块实验的构成
1片74LS374作为指令模块的指令寄存器IR1，另1片74LS374作为地址锁存器IR2。8芯插座PC-IN作为数据输入端，可通过8芯扁平电缆把数据输入端连接到数据总线上。
2片74LS161作为PC计数器
2片74LS245（同时只有1片输出）作为当前地址的输出。8芯插座PC-OUT作为地址输出端，可通过短8芯扁平电缆把地址输出端连接到地址总线上。
1片74LS373来实现多种条件跳转指令（JZ，JC，JMP等条件跳转指令）
（2）指令部件模块实验原理
指令寄存器IR1（74LS374）的EIR1为低电平并且IR1CK有上升沿时，把来自数据总线的数据打入IR1，IR1的输出就作为本系统内的8位指令I0～I7。在本系统内由这8位指令可最多译码256条不同的指令，通过译码可对应出这些指令在微程序存储器中入口地址，并且输出相应的微指令。
2片74LS161组成了PC计数器，它由信号ELP、信号PC-O、脉冲PCCK来控制PC计数器+1和PC计数器置数操作。在停机状态下，由控制台置起始地址，给出打入脉冲并置入74LS161。当ELP＝0，PCCK有上升沿时可重新置PC值。当PC-O＝0、ELP＝1，PCCK是上升沿时把当前PC计数器+1，并且把PC计数器的值作为地址输出到地址总线上。
置EIR为低电平，并且IR2CK有上升沿时，数据总线的数据打入IR2锁存器后，置IR2-O＝0、PC-O＝1，把IR2的值作为地址输出到地址总线上。
74LS153是4选1的芯片，可通过JS0、JS1来选择用JC还是JZ来实现条件转移的指令
JS0
JS1
功能
0
0
选择JZ当通用寄存器为0时跳转
0
1
选择JC当进位寄存器为0时跳转
1
0
选择JN提供给用户自定义，JN=0时跳转
1
0
重新设置当前PC指针，实现JMP指令
图1指令寄存器原理图
三、使用环境
计算机组成原理实验箱
四、实验步骤
（一）准备工作
按启停单元中的运行按钮，置实验机为运行状态。
把EIR1，EIR2，PC-O，ELP，IR2-O，JS0，JS1接入二进制拨动开关重，把IR1CK，和IR2CK接入脉冲单元PLS1，PCCK接入PLS2中。用长8芯扁平电缆把PC-IN与CPT-B板上的二进制开关单元中的J3相连（对应二进制开关H0～H7），PC-OUT用短8芯扁平电缆连接地址总线AJ1，其它控制信号请按下表接线
信号定义
接入开关位号
IR1CK
PLS1孔
IR2CK
PLS1孔
PCCK
PLS2孔
EIR1
H20孔
EIR2
H19孔
IR2-O
H18孔
PC-O
H17孔
ELP
H16孔
JS0
H15孔
JS1
H14孔
JZ
H13孔
（二）PC计数器置数
二进制开关H0~H7作为数据输入，置05H（对应开关如下表）
H7
H6
H5
H4
H3
H2
H1
H0
数据总线值
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
8位数据
0
0
0
0
0
1
0
1
05H
置控制信号如下：
H20
H19
H18
H17
H16
H15
H14
EIR1
EIR2
IR2-O
PC-O
ELP
JS0
JS1
1
0
1
1
0
1
1
按启停单元中的运行按钮，置实验机为运行状态。
按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在IR2CK上产生一个上升沿，把当前数据总线数据打入IR2锁存器，按脉冲单元中的PLS2脉冲按键，在PCCK上产生一个上升沿，把IR2锁存器中的地址打入PC计数器（2片74LS161）中，这样的操作过程可实现无条件的跳转指令。若要观察输出结果，再置信号PC-O＝0，此时PC计数器把其内容作为地址输出到地址总线上，地址总线上的指示灯IAB0～IAB7应显示05H。
（三）PC计数器+1
完成上述实验后，重置控制信号如下：。
H20
H19
H18
H17
H16
H15
H14
EIR1
EIR2
IR2-O
PC-O
ELP
JS0
JS1
1
1
1
0
1
1
1
按脉冲单元中的PLS2脉冲按键，在PCCK上产生一个上升沿，因PC-O＝0，PC计数器将加1，PC计数器为06H，并且输出至地址总线。此时地址总线上的指示灯IAB0～IAB7应显示06H。
（四）置当前指令寄存器
二进制开关H0~H