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计算机组成原理【专栏】

须知

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实验要求

 基本要求

1. 理解CPU运算器中寄存器的作用

2. 设计并验证寄存器组（至少四个寄存器）

3. 利用寄存器或组合逻辑电路实现移位运算功能（至少含左移、右移、循环左移、循环右移四种运算功能）

 扩展要求

1. (扩展)实现更多的寄存器

2. (扩展)实现多总线结构寄存器访问

 思考内容

  思考随着寄存器的增多，电路设计的复杂度是什么比例增大

实验步骤

 一、理论分析

 本次实验需要验证寄存器组，我们选择74LS373来充当寄存器，在此处我们选择用299芯片来实现移位运算功能，包含了左移、右移、循环左移、循环右移，299的功能图（图片截自电子发烧友网站）如下：

 由于扩展要求：用74LS138配合一个读开关和写开关实现选中8个寄存器中的一个并对其进行读写控制，所以我们用到了一些与或运算，因此，我们采用74LS04来实现非运算，4073来实现3位与运算、4075来实现3位或运算。

 二、实现方法

 基础要求：

 四位寄存器的设计：

 通过使用74LS245将数据输入到总线上，然后数据在总线上流动。如果需要进行移位操作，则进入74LS299芯片，并将数据保存在74LS299芯片中，同时关闭74LS245,进行移位操作，最后将数据放回到总线上，数据流动到寄存器输入端位置，通过74LS138和两个开关进行与或运算，实现选中并控制寄存器的操作，用74LS138选中寄存器之后，打开写开关，将数据写入到选中寄存器中，然后打开读开关，将数据读出到总线上。

 扩展要求：

 八个寄存器的设计：

 在四个的基础上纵向延伸4个寄存器，其重要功能与四个的一样。

 扩展要求：实现138和读、写开关与或运算实现选中读、选中写功能。

 介绍一下读、写开关和74LS138进行的与或运算。

 通过真值表可得：

 OE非=A非+B+C

 LE=(A非)与B与(C非)

 三、实验结果分析

 四个八位寄存器读写：
 让编号为010的寄存器写入0001 0001，输出结果：

读出结果：

 四个寄存器右移（由于篇幅原因，左移右移选择一个实现）：

 四个寄存器循环右移（由于篇幅原因，循环左移循环右移选择一个实现）：

 八个八位寄存器读写：

 让编号为110的寄存器写入0001 0001，输出结果：
 读出结果：

 八个寄存器右移（由于篇幅原因，左移右移选择一个实现）：

 八个寄存器循环右移（由于篇幅原因，循环左移循环右移选择一个实现）：

 四、思考问题

 我在增加寄存器的时候，并没有感到电路设计复杂难度有明显的提高(不是博主装X，应该是博主没有理解题目意思吧！)。

 五、问题和解决办法

 一、 299的使用：
  在接触到这个299的芯片的时候，我就纳闷了，你说你弄成个输入输出分开的不好吗？非要输入输出在一起，不吐槽了，不如正题。
  首先我们先看功能图：

  从这张图上，我们得出，299的功能有：清零、保持、左移、右移和置数功能。但是我们只需要用到他的三个功能：左移、右移和置数功能。
  proteus里面的74LS299：

  简单说一下上面的端口对应：

  看完功能表和端口对应，想必大家对299芯片有了一个初步的认识了，接下来我就来演示如何实现左移功能：
  总体来说，想要让其实现移位，得让要移位的数据存储进299芯片内部，也就是第一步，置数，通过查看功能表，只需要将：MR置为1，OE2非和OE1非置为0，S1和S0置为1，D7和D0置为0。然后让数据流入，此时拨动CLK，实施置数功能即可，然后改变S1或S0通过拨动CLK来实现自己想要的功能。
  具体步骤：
  （1）.将299的端口值设置为置数功能（参考功能表进行设置）
  （2）.打开245，让245内保存的数据流入总线，同时流经299。

   （3）.此时总线上有了数据，而且299还设置为置数功能，此时只需要拨动两下下CLK，实现这个功能即可。

  （4）.拨动完一次CLK之后，记得将其复原为低电平，以便形成下一次上升沿。

  （5）.此时关闭245，因为299已经实现了置数功能，也就是将数据保存在了299芯片中了，我们就不需要245的数据了，而且待会299也需要往总线上输出数据，所以现在需要将245关闭。

  （6）.此时，我们的299内部已经保存了要移位的数据了，我们只需要设置S0和S1来实现我们想要的功能，此处我将S1置为0，S0置为1来实现右移的功能，我们看到，在我设置S1和S0之后，299内部保存的数据就放出来了。

  （7）.拨动CLK，实现数据右移。

 二、74LS373的使用：
  我一直以为74LS373就是一个简单的锁存器，其接口OE非是类似“总闸”的一个芯片开关，LE是让数据流过的开关，结果打错特错！
  OE非是74LS373的读开关，此处的读是讲74LS373芯片内锁存的数据读出芯片，而LE则是74LS373的写开关，同理，此处的写是将外部数据写入到74LS373中。

 六、结论

 通过本次实验，我深刻了解了74LS373的功能，并学会了74LS299芯片的使用，重要的是了解了运算器内部寄存器的工作方式，并运用了数电知识来解决自己遇到的问题。

后话

1. 首先给大家说一下，博主经常在线，如果有什么问题或者想法，可以在下方评论，我会积极反馈的。
2. 其次还是要请大家能够多多指出问题，我也会在评论区等候大家！
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最后

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