计算机组成原理实验指导书正文.pdf





《计算机组成原理实验指导书正文.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《计算机组成原理实验指导书正文.pdf(128页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第 一 章Dais-CMH+系统概述1.1 系统简介Dais-CMH+计算机组成原理教学实验系统是启东达爱思计算机有限公司沿用国际流行的EPLD(CPLD)大规模可编程逻辑器件精心设计、研制的新一代适合于计算机组成原理教学的智能型实验装置,系统采用内、外总线结构,按开放式的要求设计了各关联的单元实验电路,除进一步规范了可组成的原理计算机结构外,也为开放式实验教学提供了充足的软硬件可设计空间,在实验电路构造方面,系统提供了多种手段,可按部件层次组合方式逐次构造不同结构和复杂程度的部件实验电路及模型计算机,可以通过多种“原理计算机”的设计和实现方法灵活全面地支持“计算机组成原理”课程的实验教学,满
2、足不同层次和不同教学环节的要求,是完全符合教学规律及开放式实验教学方法的高档次实验设备。Dais-CMH+创造了按键式操作环境,实验方式灵活多样。在系统监控程序的管理下向用户提供“L”(单元手动)、“H”(单元自动)、“M”(模型机)三种工作方式;并配有Windows&DOS双操作平台的动态跟踪调试软件包,具有极佳的示教效果。1 .2 系统特点1.开放式的实验电路结构系统支持三种实验电路构造方式,即实验元件零连线方式、单元电路跨接方式和实验电路“软连线”方式。对于实验元件零连线方式,可采用双头实验导线及4芯、8芯排线和8芯扁平线从零开始在扩展区上逐一搭起一个实验电路;对于各单元电路,只需使用双
3、头实验导线及8芯扁平线作简单的跨接,就可构造出(即使是较复杂的)实验电路:同时,也可使用可编程逻辑器件在线设计下载实验电路,实现实验电路“软接线”。用户可以根据实验教学的需要,自由选择、灵活组态,单独使用一种方式或儿种方式结合使用,从而做到“搭接过的实验线路不再重搭”,彻底改变传统的实验教学模式,使教学双方可把实验教学的重点放在实验设计、调试和分析上。由于采用箭头示意式跨接方式,缩短了硬件接线时间,而不减少接线内容,因而获得极佳的实验效果。2.按键式操作环境,实验方式灵活多样系统提供4 X 8键盘,8位LED显示,向用户提供三种工作方式。(-)单元手动实验“L”通过拨动开关及发光二极管以二进制
4、数码形式进行手动单元实验。(二)单元键盘实验“H”以键盘、LED显示作为操作平台,用十六进制数码形式进行按键式单元实验。(三)模型机实验M通过键盘及LED显示可直接输入或装载用户模型机程序(机器程序和微控制程序),系统具备单步一条微指令、单步一条机器指令、连续运行程序等常规调试命令,能动态跟踪数据流向、捕捉各种控制信息、100%展现模型机现场,有无限止暂停等智能化调试途径,设置灵活、操作方便、进一步优化了模型机的实验环境,使其组成原理一目了然。3.配备W indow s&DO S双操作平台的集成调试软件包系统通过RS-232-C串行通讯接口与PC机联接,借 助 PC资源形成了强大的在线文挡与图
5、形的动态管理系统,支持机器代码和与其对应微控制程序的混合编辑,次点击即可完成程序和与淇对应微程序的链接装载并自动弹出调试窗口,在视图栏中开辟了程序和与其对应微程序的调试、模型机示意图、寄存器代码空间、微代码空间、逻辑示波器等跟踪显示窗口,供用户选择,可动态显示数据流向、实时捕捉数据、地址、控制总线的各种信息,使调试过程极为生动形象。4.选 用 R A M 器件营造一个灵活可变的微程序控制空间R AM 是一种具刷新功能的静态存贮器,因此可根据实验需要随机装载不同类型的模型机控制程序。5.可重定义的运算器结构及微指令格式系统中运算器结构、微控制器的指令格式均可由用户根据自身教学需要灵活设计、自行定
6、义。6.具 2 路逻辑测试通道适用于实验中逻辑信号的观测,能够动态的跟踪实验现场,记录外部事件。7.信号测试功能适用于各种高、低电平信号及脉冲信号的测试。8.可调式脉冲源系统提供窄、宽脉冲两种时钟信号,配脉宽调节器,可根据实验需要调整当前脉冲宽度。9.单脉冲系统配有T1、T2、T3、T 4 四个单脉冲按钮,在单元实验时可结合时序手动加载单脉冲信号,产生实验所需的时序信号。10.时序启停系统配有时序启停按钮,通过时序电路的启停了解运行时的时序电路过程。11.锁紧式通用型扩展区(仅 Dais-CMH卡 提供此单元)在做扩展实验时可扩展4 0 芯以内所有I/O 接口芯片。12.下 载 式 P LD
7、扩展区(仅 D ais-C M H+提供此单元)系统以扩展方式提供了 PLD实验单元,在 ispEXPERT/Synario设计软件的支持下,可对PLD 器件进行在线编程和下载,完成芯片的功能设计,实现实验线路“软连线”方式。设计者可以灵活定义芯片的内部逻辑与管脚,增强了实验设计的灵活性,提高了实验效率。13.部件跟踪显示器系统提供1 4 组部件单元显示器,在实验中以十六进制方式静态跟踪显示每个部件的状态。14.实验连线诊断软件可检测实验连线的正确性,提示错误连接的区域和位置,为实验连接的排错提供了方便。15.选用高性能开关电源系统选用高性能开关电源,具过流、过压、短路保护、静电隔离等功能。1
8、 .3 系统构成Dais-CMH+硬件内容如表1-1所示,系统硬件结构如图1-1所示:表1-1 Dais-CMH+硬件内容电路名称主要电路内容运算器单元(ALU UNIT)运算器、进位控制器、移位寄存器、寄存器堆、内部总线计数器与地址寄存器单元(ADDRESS UNIT)地址寄存器、程序地址计数器微控器单元(MICRO CONTROLLER UNIT)指令寄存器、指令择码器、微代码控制寄存器及其26位二进制控制模拟开关、逻辑译码单元、时序电路、启停电路、单脉冲电路、脉冲源、中断控制主存单元(MAIN MEM)SRAM6116输入设备、输出设备(INPUT DEVICES OUTPT DEVIC
9、E)开关、显示灯、8位LED显示、16个数字键、16个命令键,每个部件都有双位显示器逻辑信号测量单元2路逻辑信号PC示波器、信号测试单片机控制单元(PC UNIT)控制单片机、MACH、R&232-C串口等电源高性能开关电源、输出为+5V/3A通用实验单元(扩展实验)*2个1 0-40/28芯通用型锁紧式扩展插座PLD单元(扩展实验)*2个PLCC扩展方插座注:带“*”的项目为D a is-C M F T的扩展实验单元,而D a is-C M H则不提供此单元。内总线外总线*中1!熏曜信号源力O IBP蕤担上叩i!liE蛆曜微控信号输出J移位寄存器厂中i!s靠担o l ni!鼐拐地址V寄存器程
10、序卜 数 器舲码数据总线h控制输出微程序控制模块89c51控制模块控制输入地址总线图1-1 Dais-CMH+系统硬件结构1 .4 系统主要实验项目1.运算器组成实验 算术逻辑运算实验;进位控制实验:移位运算实验2.移位寄存器实验3.堆栈寄存器实验4.寄存器判零实验5.缓冲输入/锁存输出实验6.存储器和总线实验7.微程序控制单元实验8.指令部件模块实验9.时序与启停实验10.基本模型机设计与实现11.带移位运算的模型机的设计与实现12.复杂模型机实验13.中断源在模型机中的设计与实现14.可重构原理计算机组成实验 运算器部件实验;指令译码实验15.扩展8 2 5 5并行口实验16.PLD应用实
11、验1.5与众不同的独特之处1.操作剔除了烦琐的状态选择开关,用软件设定法创造了一个按键式操作系统,为实验者提供了一个智能型的实验环境。2.连线采用箭头式提示连接法,引导学生正确连接构成计算机组成原理所必需的关联性电路,加快了连线速度,提高了实验效率,避免了实验连线过程中的盲目与误连。3.指令构造支持计算机组成必不可少的中断、调用、返回等操作,涉及的指令如下:助记符 注释C A L L X X H ;调用R E T ;返回E I ;开中断D I ;关中断D J N Z R O,a d d r ;R 0 减 1,不为零转向 a d d rC J N E RO,#d a t a,a d d r ;比
12、较指令,R 0与立即数d a t a比较,不相等转a d d r4.带部件跟踪显示系统对计算机组成的每一个部件单元都配有静态显示器,以十六进制方式跟踪显示实验过程中的部件状态,进一步优化了模型机的实验环境,使其组成原理 书了然,获得极性的实验效果。5.锁紧式扩展单元系统以锁紧式通用插座扩展实验区,适用于双列直插式4 0脚以内的接口芯片的实验扩展,并且选用镀金孔和排针两种跨接方式供学生有选择地进行外部扩展连接,大大提高了实验连接的可靠性,为扩展实验的稳定运行奠定了基础。第 二 章Dais-CMH+系统的配置与安装2.1 系统配置Dais-CMH+出厂配置如表2-1 所示:表 2-1 Dais-C
13、MH+系统主要硬件配置项目内容数量项目内容数量运算器74LS1812键盘显示TP801键盘32移位器74LS2991LT547显示8指令存贮器61161输入设备74LS2451累加器74LS2731数据开关8辅助寄存器74LS2731输出设备74LS2731通用寄存器74LS3744发光二极管8指令寄存器74LS2731逻辑控制开关二进制开关26程序计数器74LS1632状态显示灯发光二极管26微程序控制存储器61164逻辑控制器件GAL16V8/20V832微指令寄存器74LS2732并行接口8255174LS1751单片机89C521微地址寄存器74LS743系统控制器MACH1281时序
14、发生器74LS1751串行通信接口RS232C174LS7419 芯插座174LS201通信电缆9 芯 RS-232-C1时序启停单元74LS002配套光盘集成实验环境1启/停按钮2电源+5V输出1单次脉冲74LS002部件显示器LC4021(双位)1474LS321信号测试74LS1231脉冲信号源74LS3931LM319174LS1231扩展单元*IC锁紧式插座2NE5551PLOC方插座2注:带“*”的项目为D ais-C M H+的扩展实验单元,而 D ais-C M H 则不提供此单元。2.2 系统联机(1)用随机提供的RS-232-C通信电缆将PC微机的串行口与Dais-CMH+
15、实验系统的串行口连接起来,如图2-1 所示。图2-1 Dais-CMH+系统与PC微机联机示意图Dais-CMH+系统联机操作软件的安装及使用请参阅本手册第五章。2.3 关于Dais-CM H的说明Dais-CMH是Dais-CMH*的基础型产品,它拥有与CMH*完全一致的操作环境,在部件组成、指令构造、实验途径、测试手段、示教方法及软硬件可设计方面与CMH+完全兼容,但它省缺PLD与1/0两个扩展单元,可拓展性略欠一筹,对于本实验指导书的第七章实验十四至实验十六所列举的项目与内容无法实现。第三章Dais-CMH+系统硬件环境3.1 系统实验单元电路1.运算器单元(ALU UNIT)运算单元”
16、由以下部分构成:两片74LS181构成了并/串型8 位 ALU:两个8 位寄存器DR1和 DR2作为暂存工作寄存器,保存参数或中间运算结果;ALU的输出由三态74LS245通过8 芯扁平线连接到数据总线上,一 片 8 位的移位寄存器74LS299通过8 芯扁平线连接到数据总线上,由GAL和 74LS74锁存器组成进位标志控制电路和判零标志控制电路、进位标志和判零标志指示灯。其电路构成如图3-1(a,b,c)所示,图中虚线框内的线已在线路板上连好,虚线框为双排8 芯总线输入/输出接口,在实验平台的丝印层标有数据流向。I I I数据一线;四)运算单元IIMU-B6I CN+41/炉云篁器输出将口I
17、B?B 7 4L S 245A 7.AO71 IW I lCb813.BlCN+4 F3.F0ALU CS2、CS3受控于管理CPU(89C52)。(6)微控制程序存贮器(6116)读、写端OE、WE均受控于管理CPU(89C52)。SE5SE0是指令译码的输入端,通过译码器确定相应机器指令的微代码入口地址。(8)4片245在CPU管理下产生装载微代码程序所需的四路8位数据总线及低5位地址线。(9)管理CPU(89C52)及大规模可编程逻辑器件MACH128N是系统的指挥与控制中心。I微地址入口,通译码,它们5ES.SEC图 3-8(a)基本模型机指令译码电路 图3-8(b)带移位运算模型机及
18、复杂模型机指令译码电路9.主存储器单元(MAIN MEM)“(内存”单元用于存储实验中的机器指令,其电路原理如图3-9 所示。rr-rA7.A0OA100A90 6 81 a a PC=01H addr=00H、BUS=20H【单步】0 1 0 1 00 8 Aua=01Hs PC=01H、addr=00H、BUS=8AH【单步】0 2 0 2 01 0 2ua=02H、PC=02H、addr=01H、BUS=02H【单步】0 A 0 2 01 4 0ua=0AH.PC=02H、addr=01H、BUS=40H【单步】0 3 0 3 02 0 3ua=03H PC=03H、addr=02H、B
19、US=03H【单步】0 4 0 3 09 5 5ua=04H PC=03H、addr=09H、BUS=55H【单步】0 5 0 3 09 5 5ua=05H、PC=03H、addr=09H、BUS=55H【单步】0 6 0 3 09 8 Aua=06H、PC=03H、addr=09H.BUS=8AH【单步】0 1 0 3 09 D Fua=01H、PC=03H addr=09H、BUS=0DFH【单步】0 2 0 4 03 0 4ua=02H PC=04H、addr=03H、BUS=04H【单步】0 B 0 4 03 6 0ua=0BH、PC=04H、addr=03H、BUS=60H【单步】0
20、 7 0 5 04 0 5ua=07H.PC=05H addr=04H.BUS=05H【单步】1 6 0 5 0B X Xua=16H PC=05H、addr=0BH、BUS=XXH【单步】0 1 0 5 0B D Fua=01H PC=05H、addr=0BH、BUS=0DFH【单步】0 2 0 6 05 0 6ua=02H、PC=06H、addr=05H、BUS=06H【单步】0 C 0 6 05 8 0ua=0CH.PC=06H addr=05H、BUS=80H【单步】1 3 0 7 06 0 7ua=13H PC=07H、addr=06H、BUS=07H【单步】1 4 0 7 0A A
21、 Aua=14H、PC=07H addr=0AH、BUS=0AAH【单步】0 1 0 7 0A A Aua=01H PC=07H addr=0AH、BUS=0AAH【单步】0 2 0 8 07 0 8ua=02H、PC=08H、addr=07H、BUS=08H【单步】0 D 0 8 07 A 0ua=0DH、PC=08H、addr=07H、BUS=0A0H【单步】1 5 0 9 08 0 9ua=15H PC=09H、addr=08H、BUS=09H【单步】01090800ua=01H、PC=09H addr=08H、BUS=OOH【宏单】0101018A运行一条机器指令、PC=01H【宏单】
22、010309DFua=01H.PC=03H、addr=09H、BUS=OdfH【宏单】01050BDFua=01H、PC=05H addr=OBH、BUS=ODFH【宏单】01070AAAua=01H、PC=07H addr=OAH BUS=OAAH【宏单】0100018Aua=11H、PC=OOH、addr=01H、BUS=8AH【运行】XXXXXXXX以连续方式运行,动态显示模型机现场等待XXXXXXXX以连续方式运行,动态显示模型机现场【宏单】XXXXXXXX按【宏单】命令键暂停运行,显示卜.一条微指令【运行】XXXXXXXX从暂停位置起以连续方式继续运行模型机程序等待XXXXXXXX以
23、连续方式运行,动态显示模型机现场【宏单】XXXXXXXX按【宏单】命令键暂停运行,显示下一条微指令【返回】DY-HP.按【返回】键退出当前操作,返回初始待命状态4.4.8检 查 测 试 命 令【计数】、【微址】、【运算】、【输入】、【输出】(一)PC计数器读命令按键8位LED显示说 明【返回】D YH P.返回初始待命状态【计数】D YH P C 0 0初始状态直按【计数】命令从零开始【增址】D YH P C 0 1按【增址】命 令 键PC加1【减址】D YH P C 0 1按【减址】命令键无效【返回】D YH P返回“H”方式下闪动的“P.”待令状态20D YH 2 0按数字键20【计数】D
24、 YH P C 2 0从20H开始计数【增址】D YH P C 2 1按【增址】命 令 键PC加1【返回】D YH P返回初始待命状态(二)运算器读命令按键8位LED显示说 明【返回】DY-HP.返回初始待命状态0DY-H0输 入DR1代号“0”【寄存】DY-H0XX按【寄存】命令键01DY-H001输入数字01【写】DY-H001按【写】命令键把0 1打 入DR1【增址】DY-H1XX按【增址】键 指 向DR2代号为“1”10DY-H110输入数字10【写】DY-H110按【写】命令键把1 0打 入DR2【返回】DY-HP.返回初始待命状态5DY-H5输 入CN代号“5”【寄存】DY-H5X
25、X按【寄存】命令键28DY-H528输入加法控制字28【写】DY-H528按【写】键 把2 8打 入CN【返回】DY-HP.返回闪动的H待令状态【运算】DY-HAU11按【运算】命令键,其结果是:DR1+DR2=01+10=11H【返回】DY-HP.返回初始待命状态(三)微地址读命令按键8位LED显示说 明【返回】D YH P.返回初始待命状态【微址】D YH U A 0 0初 始 状态按【微址】命令从。开始【增址】D YH U A 0 1按【增址】命令键微址加1【减址】D YH U A 0 0按【减址】命令键微址减1【返回】D YH H返回“H”方式下闪动的“P.”待令状态18D YH U
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 计算机 组成 原理 实验 指导书 正文

限制150内