【计算机组成原理】实验一：运算器输入锁存器数据写实验

目录

实验要求

实验目的

主要集成电路芯片及其逻辑功能

实验原理

实验内容及步骤

实验内容

思考题

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实验要求

利用CP226实验箱上的K16～K23二进制拨动开关作为DBUS数据输入端，其它开关作为控制信号的输入端，将通过K16～K23设定的数据写入运算器输入锁存器A和W。

实验目的

掌握模型机中运算器输入锁存器的引脚结构、工作原理及其控制方法。

具体到本实验：

通过本实验，学习并掌握运算器输入锁存器的工作原理、引脚结构及其控制方法。具体目标包括：

1. 理解74HC574锁存器的工作原理：掌握如何通过控制时钟信号（CLK）的上升沿，将输入数据通过DBUS写入锁存器，并通过OC信号控制数据输出的过程。
2. 掌握锁存器A和W的操作：通过手动控制实验箱上的开关K16～K23，学习如何将特定数据写入模型机中的锁存器A和W，理解锁存器的选择信号（AEW、WEW）和数据写入的控制逻辑。
3. 熟悉脉冲信号的作用：掌握如何通过脉冲信号CK的控制，在正确的时机将DBUS上的数据稳定地写入相应的锁存器，理解时钟上升沿对数据锁存的关键作用。
4. 实际操作和验证：通过实际操作，将不同数据写入锁存器A和W，并观察实验箱上的指示灯变化，验证数据写入和锁存器的工作状态，进一步巩固对锁存器工作原理的理解。

主要集成电路芯片及其逻辑功能

实验涉及的主要集成电路芯片是74HC574，这是一种用于锁存运算器输入端数据的8位D触发器。其功能表如下：

OC	CLK	Q7～Q0	注释
1	X	高阻态	OC为1时，触发器输出关闭
0	0	Q7～Q0	OC=0时输出有效
0	1	Q7～Q0	保持数据
X	↑	D7～D0	上升沿将输入数据打入触发器

 

实验原理

• 锁存器A和W 通过选通控制信号AEW、WEW和脉冲信号CK来控制数据的写入。74HC574在CLK上升沿时将数据写入锁存器。

实验内容及步骤

1. 实验连接线

   • 使用K23～K16拨动开关作为DBUS输入。
   • AEN (K3) 用于控制锁存器A的选通（低电平有效）。
   • WEN (K4) 用于控制锁存器W的选通（低电平有效）。

2. 清零和手动状态设定

   将K23～K16置零，按下[RST]按钮，并通过[TV/ME]键进入手动模式。

3. 将数据8AH写入锁存器A

   • K23～K16设定为数据8AH。
   • 控制信号K4（WEN）设为1，K3（AEN）设为0。
   • 按住STEP脉冲键，寄存器A的黄色指示灯亮起。释放STEP键后，CK产生上升沿，数据8AH写入A寄存器。

4. 将数据6CH写入锁存器W

   • K23～K16设定为数据6CH。
   • 控制信号K4（WEN）设为0，K3（AEN）设为1。
   • 按住STEP脉冲键，寄存器W的黄色指示灯亮起。释放STEP键后，CK产生上升沿，数据6CH写入W寄存器。

实验内容

1. 将57H写入A锁存器时，填写二进制开关状态：

K23	K22	K21	K20	K19	K18	K17	K16	K4(WEN)	K3(AEN)
0	1	0	1	0	1	1	1	1	0

1. 将0A8H写入W锁存器时，填写二进制开关状态：

K23	K22	K21	K20	K19	K18	K17	K16	K4(WEN)	K3(AEN)
1	0	1	0	1	0	0	0	0	1

思考题

1. 按住STEP脉冲键时的实验现象：
   • 寄存器指示灯亮起，表明该寄存器被选择，数据准备好进行写入。
2. 放开STEP键时的实验现象：
   • CK产生一个上升沿，数据被成功写入到对应锁存器，指示灯恢复到初始状态。
3. 数据写入锁存器的时机：

   • 数据在CLK的上升沿被写入74HC574锁存器。这是因为74HC574是D触发器，数据在时钟上升沿传递至输出，并保持不变。

   1. 按住STEP脉冲键时的实验现象：
      • 当按住STEP脉冲键时，实验箱中的显示现象是对应寄存器的指示灯亮起，表明该寄存器（A或者W）已经被选中，准备进行数据写入。此时锁存器没有执行数据写入动作，而是等待脉冲上升沿触发。系统处于准备状态，数据暂时停留在输入端。
   2. 放开STEP键时的实验现象：
      • 当放开STEP键时，产生一个上升沿脉冲。此时数据通过DBUS从输入端被写入到相应的锁存器A或W中，寄存器的指示灯保持亮起，表示数据写入成功。随后，寄存器的指示灯可能会熄灭或返回初始状态，表示数据已经稳定保存。
   3. 数据是在什么时候被打入锁存器的？并从74HC574锁存器工作原理上加以解释：
      • 数据是在时钟CLK的上升沿被打入锁存器的。根据74HC574的工作原理，当CLK信号从低电平变为高电平（即上升沿）时，锁存器会捕捉输入端D7～D0的数据，并将其存入Q7～Q0中。同时，输出状态取决于OC（输出控制信号）。如果OC为0，数据输出有效；如果OC为1，输出被关闭为高阻态。数据被打入锁存器后，除非时钟再次产生上升沿，否则数据在锁存器中保持不变。