计算机组成原理实验
实验四 多寄存器数据输出及运算器移位实验
【实验要求】
利用CP226 实验箱的K16..K23 开关做为DBUS 数据的输入端，其它开关做为控制信号的输入端，将指定寄存器的内容传送到数据总线DBUS上。
【实验目的】
掌握模型机中不同寄存器中的数据传送到数据总线和运算器移位功能实现的工作原理与控制方法。
【主要集成电路芯片及其逻辑功能】 1. 74HC138译码器
本实验所涉及的主要集成电路芯片之一为74HC138，用于控制选择输出寄存器。74HC138是一个3-8译码器，引脚结构及其逻辑功能如下图与表所示。
输 入
输 出
使能 G1 × 0 1 1 1 1 1 1 1 1
G2=G2A?G2B
1 × 0 0 0 0 0 0 0 0
C × × 0 0 0 0 1 1 1 1
代码 B
A
Y0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1
Y1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1
Y2 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1
Y3 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1
Y4 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1
Y5 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1
Y6 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1
Y7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0
ABCG2AG2BG1Y7GND74LS13812345678161514131211109VCCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6× × × × 0 0 1 1 0 0 1 1
0 1 0 1 0 1 0 1
2. 74HC245译码器
本实验所涉及的主要集成电路芯片之二为74HC245，用于ALU输出与总线连接。74HC245是具有驱动能力的8位三态缓冲收发器，引脚结构如下图所示，其逻辑功能如下表所示。DIR
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计算机组成原理实验
为输入输出转换端，置1时由A到B，置0时由B到A；OE为使能端，置1时A与B不通，置0时A与B连通。
【实验涉及的逻辑电路及原理】 1. 多寄存器数据输出
在CP226 实验箱中，有7 个寄存器可以向数据总线输出数据，但同一时刻只能有一个寄存器输出数据，且通过74HC138译码器决定7 个输出寄存器中哪个寄存器输出数据。多寄存器数据输出实验原理逻辑电路及对应逻辑功能如下图与表所示，其中X2、X1、X0为输出寄存器选择控制信号，IN_OE、IA_OE、ST_OE、PC_OE、D_OE、R_OE、L_OE分别为外部输入寄存器、中断向量寄存器、堆栈寄存器、PC寄存器、直通寄存器、右移寄存器、左移寄存器的使能控制信号。
多寄存器数据输出实验原理逻辑电路 多寄存器数据输出实验原理逻辑功能
X2 0 0 0
2
X1 0 0 1
X0 0 1 0
输出寄存存器 IN_OE IA_OE ST_OE
外部输入门 中断向量 堆栈寄存器
计算机组成原理实验
0 1 1 1 1
2. 运算器移位
1 0 0 1 1
1 0 1 0 1
PC_OE D_OE R_OE L_OE 没有输出
PC寄存器 直通门 右移门 左移门
运算器移位实验原理逻辑电路如下图所示，其中Z为运算器结果为零标志位。当X2X1X0=100 时，运算器结果通过直通门送到数据总线，即将运算器结果不移位送总线；同时，直通门上还有判0电路，当运算器的结果为全0时，Z=1。当X2X1X0=101 时，运算器结果通过右通门送到数据总线，即将运算器的结果右移一位送总线。当X2X1X0=110 时，运算器结果通过左通门送到数据总线，即将运算器的结果左移一位送总线。
ALU直通输出和零标志位形成原理逻辑电路
ALU左移输出原理逻辑电路
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ALU右移输出原理逻辑电路
【实验内容及步骤】 (1)实验连接线
实验具体连接线如下表所示。
多寄存器数据输出实验接线
连接 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 信号孔 J1座 X0 X1 X2 AEN CN CyIN S2 S1 S0 CK D0…D7 接入孔 J3座 K5 K6 K7 K3 K9 K8 K2 K1 K0 已连 L0…L7 作用
将K23…K16接入DBUS[7:0]
寄存器输出选择 寄存器输出选择 寄存器输出选择
选通A 移位是否带进位 移位进位输入 ALU功能选择 ALU功能选择 ALU功能选择 ALU工作脉冲 观察寄存器数据输出 状态说明 实验模式：手动
低电平有效 0:不带进位，1:带进位
上升沿打入 数据总线接口→连接显示单元 (2)按下表设置输出寄存器选择控制信号，观察指示灯，检验输出结果是否与理论一致。
X2 0 0
4
X1 0 0
X0 0 1
指示灯(红色)
选通数据总线
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0 0 1 1 1 1
1 1 0 0 1 1
0 1 0 1 0 1
(3)将55H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55H。
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
二进制开关K3、K2、K1、K0分别用于置控制信号AEW、K2、K1、K0。
K3(AEN) K2(S2)
0
1
K1(S1) 1
K0(S0) 1
按住STEP脉冲键，CK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STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。
(4)使运算器结果按直送、左移和右移输出
当S2S1S0=111 时，运算器结果为寄存器A内容。观察直送、左移和右移输出，检验输出结果是否与理论一致。
CN 0 1 1
5
CyIN X 0 1
左移（L）
D（数据）
右移（R）
实验四多寄存器数据输出及运算器移位实验
