计算机组成原理实验三 数据寄存器组R0..R3， MAR， ST， OUT

• 实验目的和要求

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。

要求：利用CP226 实验系统上的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，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。

• 实验环境

Cp226 实验仪

• 实验内容与过程

【实验涉及的电路及原理】

实验1：R0，R1，R2，R3 寄存器实验

实验内容：

连接线表

|----|--------|--------|-----------------------|---------|
| 连接 | 信号孔 | 接入孔 | 作用 | 状态说明 |
| 1 | J1座 | J3座 | 将K23-K16接入DBUS7:0 | 实验模式：手动 |
| 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 | CK | 已连 | 寄存器工作脉冲 | 上升沿打入 |
| 7 | D7..D0 | L7..L0 | 观察寄存器数据输出 | |

将11H写入R0寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据AAH

|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|
| K23 | K22 | K21 | K20 | K19 | K18 | K17 | K16 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |

置控制信号为：

|----------|----------|--------|--------|
| K11(RRD) | K10(RWR) | K1(SB) | K0(SA) |
| 1 | 0 | 0 | 0 |

按住STEP 脉冲键，CK 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STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据AAH 被写入R0 寄存器。

将29H写入R1寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据29H

|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|
| K23 | K22 | K21 | K20 | K19 | K18 | K17 | K16 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |

置控制信号为：

|----------|----------|--------|--------|
| K11(RRD) | K10(RWR) | K1(SB) | K0(SA) |
| 1 | 0 | 0 | 1 |

按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器R1 的黄色选择指示灯亮，表明

择R1 寄存器。放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据29H被写入R1 寄存器。

将63H写入R2寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据63H

|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|
| K23 | K22 | K21 | K20 | K19 | K18 | K17 | K16 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |

置控制信号为：

|----------|----------|--------|--------|
| K11(RRD) | K10(RWR) | K1(SB) | K0(SA) |
| 1 | 0 | 1 | 0 |

按住STEP 脉冲键，CK 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STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据63H被写入R2 寄存器。

将44H写入R3寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据44H

|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|
| K23 | K22 | K21 | K20 | K19 | K18 | K17 | K16 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |

置控制信号为：

|----------|----------|--------|--------|
| K11(RRD) | K10(RWR) | K1(SB) | K0(SA) |
| 1 | 0 | 1 | 1 |

按住STEP 脉冲键，CK 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STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据44H被写入R3 寄存器。

读R0寄存器

置控制信号为：

|----------|----------|--------|--------|
| K11(RRD) | K10(RWR) | K1(SB) | K0(SA) |
| 0 | 1 | 0 | 0 |

这时寄存器R0 的红色输出指示灯亮，R0 寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7... L0为：00010001. 将K11(RRD)置为1，关闭R0 寄存器输出。

读R1寄存器

置控制信号为：

|----------|----------|--------|--------|
| K11(RRD) | K10(RWR) | K1(SB) | K0(SA) |
| 0 | 1 | 0 | 1 |

这时寄存器R1 的红色输出指示灯亮，R1 寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7... L0为： 00100010. 将K11(RRD)置为1， 关闭R1 寄存器输出。

读R2寄存器

置控制信号为：

|----------|----------|--------|--------|
| K11(RRD) | K10(RWR) | K1(SB) | K0(SA) |
| 0 | 1 | 1 | 0 |

这时寄存器R2 的红色输出指示灯亮，R2 寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7... L0为： 00110011. 将K11(RRD)置为1， 关闭R2 寄存器输出。

读R3寄存器

置控制信号为：

|----------|----------|--------|--------|
| K11(RRD) | K10(RWR) | K1(SB) | K0(SA) |
| 0 | 1 | 1 | 1 |

这时寄存器R3 的红色输出指示灯亮，R3 寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7... L0为： 01000100. 将K11(RRD)置为1， 关闭R3 寄存器输出。

实验2：MAR 地址寄存器，ST 堆栈寄存器，OUT输出寄存器

寄存器MAR原理图

寄存器ST原理图

寄存器OUT原理图

连接线表

|----|-------|-----|---------------------|---------|
| 连接 | 信号孔 | 接入孔 | 作用 | 状态说明 |
| 1 | J2座 | J3座 | 将K23-16接入DBU7:0 | 实验模式：手动 |
| 2 | MAROE | K14 | MAR地址输出使能 | 低电平有效 |
| 3 | MAREN | K15 | MAR寄存器写使能 | 低电平有效 |
| 4 | STEN | K12 | ST寄存器写使能 | 低电平有效 |
| 5 | OUTEN | K13 | OUT寄存器写使能 | 低电平有效 |
| 6 | CK | 已连 | 寄存器工作脉冲 | 上升沿打入 |

将72H写入MAR寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据72H

|-------|-------|-------|-------|-------|-------|-------|-------|
| K23 | K22 | K21 | K20 | K19 | K18 | K17 | K16 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |

置控制信号为：

|------------|------------|------------|-----------|
| K15(MAREN) | K14(MAROE) | K13(OUTEN) | K12(STEN) |
| 0 | 0 | 1 | 1 |

按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器MAR的黄色选择指示灯亮，表明选择MAR寄存器。放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据72H被写入MAR寄存器。

K14(MAROE)为0， MAR寄存器中的地址输出，MAR 红色输出指示灯亮。

将K14(MAROE)置为1，关闭MAR输出。

将34H写入ST寄器

二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据34H

|-------|-------|-------|-------|-------|-------|-------|-------|
| K23 | K22 | K21 | K20 | K19 | K18 | K17 | K16 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |

置控制信号为：

|------------|------------|------------|-----------|
| K15(MAREN) | K14(MAROE) | K13(OUTEN) | K12(STEN) |
| 1 | 1 | 1 | 0 |

按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器ST 的黄色选择指示灯亮，表明选择ST 寄存器。放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据34H被写入ST 寄存器。

将56H写入OUT寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据56H

|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|
| K23 | K22 | K21 | K20 | K19 | K18 | K17 | K16 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |

置控制信号为：

|------------|------------|------------|-----------|
| K15(MAREN) | K14(MAROE) | K13(OUTEN) | K12(STEN) |
| 1 | 1 | 0 | 1 |

按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器OUT 的黄色选择指示灯亮，表明选择OUT 寄存器。放开STEP 键，CK 由低变高，产生一个上升沿，数据56H 被写入OUT寄存器。

• 实验结果与分析

1. 将19H写入R0寄存器。

|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|----------|----------|--------|--------|
| K23 | K22 | K21 | K20 | K19 | K18 | K17 | K16 | K11(RRD) | K10(RWR) | K1(SB) | K0(SA) |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |

置控制信号为：

|----------|----------|--------|--------|
| K11(RRD) | K10(RWR) | K1(SB) | K0(SA) |
| 1 | 0 | 0 | 0 |

2. 将29H写入R1寄存器。

|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|----------|----------|--------|--------|
| K23 | K22 | K21 | K20 | K19 | K18 | K17 | K16 | K11(RRD) | K10(RWR) | K1(SB) | K0(SA) |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |

置控制信号为：

|----------|----------|--------|--------|
| K11(RRD) | K10(RWR) | K1(SB) | K0(SA) |
| 1 | 0 | 0 | 1 |

3. 将39H写入R2寄存器。

|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|----------|----------|--------|--------|
| K23 | K22 | K21 | K20 | K19 | K18 | K17 | K16 | K11(RRD) | K10(RWR) | K1(SB) | K0(SA) |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |

置控制信号为：

|--------------|--------------|------------|------------|
| K11(RRD) | K10(RWR) | K1(SB) | K0(SA) |
| 1 | 0 | 1 | 0 |

4 ．将49H写入R3寄存器。

|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|----------|----------|--------|--------|
| K23 | K22 | K21 | K20 | K19 | K18 | K17 | K16 | K11(RRD) | K10(RWR) | K1(SB) | K0(SA) |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |

置控制信号为：

|----------|----------|--------|--------|
| K11(RRD) | K10(RWR) | K1(SB) | K0(SA) |
| 1 | 0 | 1 | 1 |

5．按住STEP脉冲键实验现象? (实验箱中有什么变化)

按住STEP 脉冲键，CK 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。

6．放开STEP 键实验现象? (实验箱中有什么变化)

放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据29H被写入R1 寄存器。

7．数据是在什么时候被打入寄存器的？

在按下STEP键后。

8．R0,R1,R2,R3能同时输入数据吗？

可以同时向R0,R1,R2和R3寄存器输入数据。要实现同时输入数据到这些寄存器，要确保对于每个寄存器，只有对应的控制信号（如R0EN、R1EN、R2EN、R3EN）为有效状态（例如置1），其他寄存器的控制信号为无效状态（例如置0）。

9． MAR, ST, OUT能同时输入数据吗？你试一试。

可以同时向MAR、ST和OUT寄存器输入数据。每个寄存器都有独立的数据输入线（如DBUS7:0），可以使用二进制开关或其他方式为每个寄存器设置不同的数据值。

在写入数据之前，将相应的控制信号设置为正确的状态，并按需要选择要写入的寄存器。例如，对于MAR寄存器，控制信号K12(STEN)和K13(OUTEN)应该为0，而对于ST寄存器，K12(STEN)应为1，K13(OUTEN)应为0。