2022年《计算机组成原理》实验教学教案.docx
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1、名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师精编 优秀教案运算机组成原理试验教学教案课程编码: 0212006 课程名称:运算机组成原理 开设学期:五适用专业:运算机科学与技术 网络工程 试验学时: 12 学时课程负责人:王成端 日 期:2006.4.10 一、试验的性质、任务和基本要求 一 本试验课的性质、任务运算机组成原理是运算机科学与技术、 网络工程专业的核心专业基础课,本课程旨在培育同学对运算机系统的分析、设计才能,同时为后续专业课程的学习打下坚实的基础; 试验是巩固课堂教学质量必不行少的重要手段;本试验课的任务是通过试验进一步加深对运算机
2、各部件组成以及工作原理的把握,培育同学运算机硬件动手才能;(二)基本要求1、把握运算器的基本组成和工作原理;2、把握半导体储备器的工作原理与使用方法,把握半导体储备器如何储备 和读取数据;3、把握微程序掌握器的组成以及工作过程,把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、把握数据传送通路工作原理;5、能够将运算器、微程序掌握器和储备器三个部件连机,形成一个基本模 型机系统;同时,把握机器指令与微指令的关系;(三)试验学时安排表(表格说明)细心整理归纳 精选学习资料 序号实验项目试验类型试验学时 第 1 页,共 15 页 1 运算器试验验证性2 2 半导体储备器试验
3、验证性2 3 数据通路试验验证性2 4 微程序掌握器试验验证性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 - - - - - - - - - - - - - - -名师精编 优秀教案二、试验教学内容试验一 运算器试验一、试验目的:(1)结合学过的有关运算器的基本学问,把握运算器的基本组成、工作原理;特殊是明白算术规律运算单元 ALU 的工作原理;(2)验证多功能算术单元74181、74182的运算功能;(3)熟识把握本试验中运算器的数据传输通路;二、试验要求(
4、1)预习 74181、74182 的工作原理及规律关系;(2)测量数据要求精确;(3)写出试验报告;三、试验内容 1、试验原理试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,试验时用 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 ,试验时通过 8 芯排线连至外部数据总线 EXD0D7 插座 EXJ1EXJ3 中的任一个
5、;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 ,通过数据开关输入的数据由 LD0LD7 显示;算术规律运算功能发生器74LS181 的功能掌握信号 S3、S2、S1、S0、CN、M 并行相连后连至 SJ2插座,试验时通过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 的功能掌握信号 S3、S2、S1、S0、CN、M;其他电平掌握信号也由二进制开关来模拟;2、试验接线本试验主要用到 4 个主要模块:(1) 低 8 位运算器模块;(2) 数据输入并显
6、示模块;(3) 数据总线显示模块;(4) 功能开关模块;细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 15 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师精编 优秀教案依据试验原理具体接线如下:(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 3、试
7、验步骤AR 拨在1 电平;(1)连接线路,认真查线无误后,接通电源;(2)用二进制数码开关KD0 KD7 向 DR1 和 DR2 寄存器置数;方法: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,利用算术规律运算功能发生器 74LS181 的规律功能,即M=1;具体操作为:关闭数据输入三态门SWB1, 第 3 页,共 15 页 - - - - - - - - - 打开 ALU输出三态门 ALUB0,当置 S3、S2、S1、S0、M为 1 1 1 1 1时,总线指示灯显示 D
8、R1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算术运算和规律运算功能的内容(采纳正规律);细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师精编 优秀教案试验二 半导体储备器试验一、试验目的(1)把握静态随机储备器的工作原理与连接方法;(2)把握半导体储备器如何储备数据和读取数据;二、试验要求(1)熟识静态 RAM 芯片容量及位数;(2)把握半导体储备器的组织方法;(3)测量数据要求精确;(4)写出试验报告;三、试验内容1
9、、试验原理主储备器单元电路主要用于存放试验机的机器指令,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 KD0 KD7 供应,并经一三态门 74LS245 连至外部数据总线 EXD0 EXD7,试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;该储备器中机器指令的读写分手动和自动两种方式;
10、手动方式下,写信号由 W/R供应,片选信号由 CE供应;自动方式下,写信号由掌握 CPU 的 P1.1 供应;CPU 的 P1.2 供应,片选信号由掌握由于地址寄存器为 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 有四个掌握线: CS1 第一片选线、CS2 其次片选线、 OE 读线、 WE 写线; CS1 片选线由 CE掌握(对应开关 CE)、OE 读线直接接地、 WE 写线由 W/R掌握(对应开关WE)、CS2直接接 +5V;信号线 LDAR 由开关 LDAR 供应,手动方式试验时,跳线器 LDAR 拨在左边,脉冲
11、信号 T3 由试验机上时序电路模块 TS3 供应,试验时只需将 J22 跳线器连上即可, T3 的脉冲宽度可调;2、试验接线(1)MBUS 连 BUS2;(2)EXJ1 连 BUS3;(3)跳线器 J22 的 T3 连 TS3;(4)跳线器 J16 的 SP 连 H23;细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页,共 15 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -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、试
12、验步骤(1)连接试验线路,认真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掌握 和运行方式 ;将运行掌握 开关置为 运行 状态、运行方式 开关 置为 调剂电位器 行方式 脉冲,其脉冲宽度与连续方式相同;(细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页,共 15 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师精编 优秀教案试验三 数据通路试验一、试验目的明白如何将运算器和储备器相连接,实现运算结果在储备器的存放;
13、 在前述试验的基础上,进一步把握运算机的数据通路概念及相关特性;二、试验要求(1)熟识有关器件及其对应线路的作用;(2)明白各个掌握信号的意义;(3)精确记录试验数据;(4)完成试验报告;三、试验内容1、试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,试验时用 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 ,试验
14、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 ,通过数据开关输入的数据由 LD0LD7 显示;主储备器单元电路主要用于存放试验机的机器指令,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 KD0 KD7 供应,并经一三态门 74LS245 连至外部
15、数据总线 EXD0 EXD7,试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;该储备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供应,片选信号由 CE供应;自动方式下,写信号由掌握 CPU 的 P1.1 供应;CPU 的 P1.2 供应,片选信号由掌握由于地址寄存器为 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 有四个掌握线: CS1 第一片选线、CS2 其次片选线、 OE
16、 读线、 WE 写线; CS1 片选线由 CE掌握(对应开关 CE)、OE 读线直接接地、 WE 写线由 W/R掌握(对应开关 2、试验接线WE)、CS2直接接 +5V;细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页,共 15 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师精编 优秀教案(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(6)M
17、BUS 连 BUS2;(7)EXJ1 连 BUS3;(8)跳线器 J22 的 T3 连 TS3;(9)跳线器 J16 的 SP 连 H23;AR 拨在1 电平;(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、试验步骤(1)连接试验线路,认真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KD0 KD7 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(利用算术规律运算功能发生器 74LS181 的规律功能,即 M=0,F=A+B);M
18、=1,F=A 或 F=B 实现),之后完成求和运算(即(5)设置储备器单元地址,向该单元写入结果;(6)将储备器中该单元的内容输出到数据输出 具体操作如下图所示:1将 35H 通过开关 KD7KD0 置入;LED 上显示;KD7KD0 ALUB=1 LDDR1=1 T4 DR1 SWB=0 LDDR2=0 2将 48H 通过开关 KD7KD0 置入;KD7KD0 ALUB=1 LDDR1=0 DR2 SWB=0 LDDR2=1 T4 3实现求和运算SWB=1 MS3S0=01001LZD7LZD0细心整理归纳 精选学习资料 ALUB=0 00H 单元;cn=1 =01111101 第 7 页,
19、共 15 页 4结果存入储备器 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -ALUB=1 SWB=1 名师精编优秀教案LDAR=1 CE=1 T3 KD7KD0=00H SWB=0 SWB=1 ALUB=0 CE=0 WE=1 LDAR=0 T3 5验证存放结果;ALUB=1 SWB=1 CE=1 LDAR=1 KD7KD0=00H SWB=0 T3 LZD7LZD0= SWB=1 CE=0 WE=0 LDAR=0 01111101(7DH )细心整理归纳
20、精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页,共 15 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师精编 优秀教案试验四 微程序掌握器试验一、试验目的(1)把握时序信号发生电路组成原理;(2)把握微程序掌握器的设计思想和组成原理;(3)深化把握微指令、微命令、微程序的概念;(4)把握微程序的编制、写入,观看微程序的运行;二、试验要求(1)熟识机器指令、程序、储备器、微指令、微程序、掌握储备器的概念;(2)波形正确、测量数据要求精确;(3)写出试验报告;三、试验内容1、试
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