2022年《计算机组成原理》实验教学教案 .pdf
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1、名师精编优秀教案计算机组成原理实验教学教案课程编码: 0212006 课程名称:计算机组成原理开设学期:五适用专业:计算机科学与技术网络工程实验学时: 12 学时课程负责人:王成端日期:2006.4.10 一、实验的性质、任务和基本要求( 一) 本实验课的性质、任务计算机组成原理是计算机科学与技术、 网络工程专业的核心专业基础课,本课程旨在培养学生对计算机系统的分析、设计能力,同时为后续专业课程的学习打下坚实的基础。 实验是巩固课堂教学质量必不可少的重要手段。本实验课的任务是通过实验进一步加深对计算机各部件组成以及工作原理的掌握,培养学生计算机硬件动手能力。(二)基本要求1、掌握运算器的基本组
2、成和工作原理;2、掌握半导体存储器的工作原理与使用方法,掌握半导体存储器如何存储和读取数据;3、掌握微程序控制器的组成以及工作过程,掌握用单步方式执行一段微程序以及如何检查每一条微指令正确与否的方法;4、掌握数据传送通路工作原理;5、能够将运算器、微程序控制器和存储器三个部件连机,形成一个基本模型机系统。同时,掌握机器指令与微指令的关系。(三)实验学时分配表(表格说明)序号实验项目实验类型实验学时1 运算器实验验证性2 2 半导体存储器实验验证性2 3 数据通路实验验证性2 4 微程序控制器实验验证性2 5 基本模型机设计与实现设计性、综合性4 合计12 名师归纳总结 精品学习资料 - - -
3、 - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页,共 15 页 - - - - - - - - - 名师精编优秀教案二、实验教学内容实验一运算器实验一、实验目的:(1)结合学过的有关运算器的基本知识,掌握运算器的基本组成、工作原理。特别是了解算术逻辑运算单元ALU 的工作原理;(2)验证多功能算术单元74181、74182的运算功能;(3)熟悉掌握本实验中运算器的数据传输通路。二、实验要求(1)预习 74181、74182的工作原理及逻辑关系;(2)测量数据要求准确;(3)写出实验报告。三、实验内
4、容1、实验原理实验中的运算器由两片74LS181以并/串形成 8 位字长的 ALU 构成。运算器的输出经过一个三态门74LS245到 ALUO1 插座,实验时用 8 芯排线和内部数据总线 BUSD0D7 插座 BUS16 中的任一个相连,内部数据总线通过LZD0LZD7显示灯显示;运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器74LS273 锁存,两个锁存器的输入并联后连至插座ALUBUS ,实验时通过8 芯排线连至外部数据总线 EXD0D7 插座 EXJ1EXJ3 中的任一个;参与运算的数据来自于8 位数据开关 KD0KD7 ,并经过一三态门74LS245 直接连至外部数据总线EXD0EXD7 ,通
5、过数据开关输入的数据由LD0LD7 显示。算术逻辑运算功能发生器74LS181 的功能控制信号 S3、S2、S1、S0、CN、M 并行相连后连至 SJ2插座,实验时通过6 芯排线连至 6 位功能开关插座UJ2,以手动方式用二进制开关S3、S2、S0、CN、M 来模拟 74LS181 的功能控制信号 S3、S2、S1、S0、CN、M;其他电平控制信号也由二进制开关来模拟。2、实验接线本实验主要用到 4 个主要模块:(1) 低 8 位运算器模块;(2) 数据输入并显示模块;(3) 数据总线显示模块;(4) 功能开关模块。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - -
6、 - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 15 页 - - - - - - - - - 名师精编优秀教案根据实验原理详细接线如下:(1)ALUBUS 连 EXJ3;(2)ALUO1 连 BUS1;(3)SJ2连 UJ2;(4)跳线器 J23 上 T4 连 SD;(5)LDDR1、LDDR2、ALUB 、SWB 四个跳线器拨在左边(手动方式) ;(6)AR 跳线器拨在左边,同时开关AR 拨在1电平。3、实验步骤(1)连接线路,仔细查线无误后,接通电源。(2)用二进制数码开关KD0KD7 向 DR1 和 DR2 寄存器置数。方法
7、:关闭 ALU 输出三态门( ALUB=1 ) ,开启输入三态门( SWB=0) ,输入脉冲 T4 按手动脉冲发生按钮产生。(3)检验 DR1和 DR2中存入的数据是否正确,利用算术逻辑运算功能发生器 74LS181 的逻辑功能,即M=1 。具体操作为:关闭数据输入三态门SWB 1,打开 ALU输出三态门 ALUB 0,当置 S3、S2、S1、S0、M为 1 1 1 1 1时,总线指示灯显示 DR1中的数,而置成 1 0 1 0 1时总线指示灯显示DR2中的数。(4)验证 74LS181算术运算和逻辑运算功能的内容(采用正逻辑)。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - -
8、- - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页,共 15 页 - - - - - - - - - 名师精编优秀教案实验二半导体存储器实验一、实验目的(1)掌握静态随机存储器的工作原理与连接方法;(2)掌握半导体存储器如何存储数据和读取数据。二、实验要求(1)熟悉静态 RAM 芯片容量及位数;(2)掌握半导体存储器的组织方法;(3)测量数据要求准确;(4)写出实验报告。三、实验内容1、实验原理主存储器单元电路主要用于存放实验机的机器指令,它的数据总线挂在外部数据总线 EXD0EXD7 上;它的地址总线由地址寄存器单元电路中
9、的地址寄存器 74LS273 给出,地址值由8 个 LED 灯 LAD0 LAD7 显示,高电平亮,低电平灭;在手动方式下,输入数据由8 位数据开关 KD0KD7 提供,并经一三态门 74LS245 连至外部数据总线EXD0EXD7,实验时将外部数据总线EXD0EXD7 用 8 芯排线连到内部数据总线BUSD0BUSD7,分时给出地址和数据。它的读信号直接接地; 它的写信号和片选信号由写入方式确定。该存储器中机器指令的读写分手动和自动两种方式。手动方式下,写信号由W/R提供,片选信号由 CE提供;自动方式下,写信号由控制CPU 的 P1.2提供,片选信号由控制CPU 的 P1.1提供。由于地址
10、寄存器为8 位, 故接入 6264 的地址为 A0A7, 而高 4 位 A8A12接地,所以其实际使用容量为256 字节。6264 有四个控制线: CS1第一片选线、CS2第二片选线、 OE 读线、 WE 写线。 CS1片选线由 CE控制(对应开关CE) 、OE 读线直接接地、 WE 写线由 W/R控制(对应开关WE) 、CS2直接接 +5V。信号线 LDAR 由开关 LDAR 提供,手动方式实验时,跳线器LDAR 拨在左边,脉冲信号 T3 由实验机上时序电路模块TS3提供,实验时只需将J22跳线器连上即可, T3 的脉冲宽度可调。2、实验接线(1)MBUS 连 BUS2;(2)EXJ1 连
11、BUS3;(3)跳线器 J22 的 T3 连 TS3;(4)跳线器 J16 的 SP连 H23;名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页,共 15 页 - - - - - - - - - 名师精编优秀教案(5)跳线器 SWB、CE、WE、LDAR 拨在左边(手动位置)。2、实验步骤(1)连接实验线路,仔细查线无误后接通电源。(2)形成时钟脉冲信号T3,方法如下:在时序电路模块中有两个二进制开关运行控制 和运行方式 。将运行控制 开关置为 运行状态、运行
12、方式 开关置为调节电位器行方式脉冲,其脉冲宽度与连续方式相同。(名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页,共 15 页 - - - - - - - - - 名师精编优秀教案实验三数据通路实验一、实验目的了解如何将运算器和存储器相连接,实现运算结果在存储器的存放。 在前述实验的基础上,进一步掌握计算机的数据通路概念及相关特性。二、实验要求(1)熟悉有关器件及其对应线路的作用;(2)了解各个控制信号的意义;(3)准确记录实验数据;(4)完成实验报告。三、实
13、验内容1、实验原理运算器由两片 74LS181 以并/串形成 8 位字长的 ALU 构成。运算器的输出经过一个三态门74LS245 到 ALUO1 插座,实验时用8 芯排线和内部数据总线BUSD0D7 插座 BUS16 中的任一个相连,内部数据总线通过LZD0LZD7 显示灯显示;运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器74LS273 锁存,两个锁存器的输入并联后连至插座ALUBUS ,实验时通过8 芯排线连至外部数据总线EXD0D7 插座 EXJ1EXJ3 中的任一个;参与运算的数据来自于8 位数据开关KD0KD7 ,并经过一三态门74LS245 直接连至外部数据总线EXD0EXD7,通过数据
14、开关输入的数据由LD0LD7 显示。主存储器单元电路主要用于存放实验机的机器指令,它的数据总线挂在外部数据总线 EXD0EXD7 上;它的地址总线由地址寄存器单元电路中的地址寄存器 74LS273 给出,地址值由8 个 LED 灯 LAD0 LAD7 显示,高电平亮,低电平灭;在手动方式下,输入数据由8 位数据开关 KD0KD7 提供,并经一三态门 74LS245 连至外部数据总线EXD0EXD7,实验时将外部数据总线EXD0EXD7 用 8 芯排线连到内部数据总线BUSD0BUSD7,分时给出地址和数据。它的读信号直接接地; 它的写信号和片选信号由写入方式确定。该存储器中机器指令的读写分手动
15、和自动两种方式。手动方式下,写信号由W/R提供,片选信号由 CE提供;自动方式下,写信号由控制CPU 的 P1.2提供,片选信号由控制CPU 的 P1.1提供。由于地址寄存器为8 位, 故接入 6264 的地址为 A0A7, 而高 5 位 A8A12接地,所以其实际使用容量为256 字节。6264 有四个控制线: CS1第一片选线、CS2第二片选线、 OE 读线、 WE 写线。 CS1片选线由 CE控制(对应开关CE) 、OE 读线直接接地、 WE 写线由 W/R控制(对应开关WE) 、CS2直接接 +5V。2、实验接线名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - -
16、 - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页,共 15 页 - - - - - - - - - 名师精编优秀教案ALUB=1 SWB=0 LDDR1=1 LDDR2=0 T4 DR1 ALUB=1 SWB=0 LDDR1=0 LDDR2=1 T4 DR2 (1)ALUBUS 连 EXJ3;(2)ALUO1 连 BUS1;(3)SJ2连 UJ2;(4)跳线器 J23 上 T4 连 SD;(5)AR 跳线器拨在左边,同时开关AR 拨在1电平。(6)MBUS 连 BUS2;(7)EXJ1 连 BUS3;(8)跳线器 J22 的 T3
17、连 TS3;(9)跳线器 J16 的 SP连 H23;(10)跳线器 LDDR1、LDDR2、ALUB 、SWB、CE、WE、LDAR 拨在左边(手动位置)。(11) “ 运行方式 ” 开关置为“单步”3、实验步骤(1)连接实验线路,仔细查线无误后接通电源。(2)形成时钟脉冲信号T3(3)用二进制数码开关KD0KD7 向 DR1 和 DR2 寄存器置数。(4)检验 DR1和 DR2中存入的数据是否正确(利用算术逻辑运算功能发生器 74LS181 的逻辑功能,即M=1 ,F=A 或 F=B 实现) ,之后完成求和运算(即M=0,F=A+B ) 。(5)设置存储器单元地址,向该单元写入结果。(6)
18、将存储器中该单元的内容输出到数据输出LED 上显示。具体操作如下图所示:1将 35H 通过开关KD7KD0 置入。KD7KD0 2将 48H 通过开关KD7KD0 置入。KD7KD0 3实现求和运算4结果存入存储器00H 单元。SWB=1 ALUB=0 MS3S0=01001cn=1 LZD7LZD0=01111101 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页,共 15 页 - - - - - - - - - 名师精编优秀教案5验证存放结果。SWB=1
19、 CE=0 WE=0 LDAR=0 LZD7LZD0= 01111101(7DH)CE=1 SWB=0 LDAR=1 T3 ALUB=1 SWB=1 KD7KD0=00H SWB=1 ALUB=0 CE=0 WE=1 LDAR=0 T3 CE=1 SWB=0 LDAR=1 T3 ALUB=1 SWB=1 KD7KD0=00H 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页,共 15 页 - - - - - - - - - 名师精编优秀教案实验四微程序控制器实
20、验一、实验目的(1)掌握时序信号发生电路组成原理;(2)掌握微程序控制器的设计思想和组成原理;(3)深入掌握微指令、微命令、微程序的概念;(4)掌握微程序的编制、写入,观察微程序的运行。二、实验要求(1)熟悉机器指令、程序、存储器、微指令、微程序、控制存储器的概念;(2)波形正确、测量数据要求准确;(3)写出实验报告。三、实验内容1、实验原理实验所用的时序电路由可产生4 个等间隔的时序信号TS1TS4 ,其中 SP为时钟信号, 由实验机上时钟源提供, 可产生频率及脉宽可调的方波信号。为了便于控制程序的运行,时序电路发生器设计了一个启停控制触发器UN1B,使TS1TS4信号输出可控。 运行方式
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