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《計(jì)算機(jī)組成原理》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱
一、課程基本信息
課程名稱：計(jì)算機(jī)組成原理
英文名稱：Principles of Computer Organization
課程編碼：11031301407
實(shí)驗(yàn)屬性：非獨(dú)立設(shè)課
適用專業(yè)：物聯(lián)網(wǎng)工程
二、《計(jì)算機(jī)組成原理》本門課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的與基本要求
《計(jì)算機(jī)組成原理》本實(shí)驗(yàn)課程是計(jì)算機(jī)類相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過(guò)計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，能夠掌握計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的各主要組成部分以及相互聯(lián)系。掌握一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本工作原理，建立完整清晰的整機(jī)概念。并依靠實(shí)驗(yàn)平臺(tái)獨(dú)立完成系統(tǒng)的部分設(shè)計(jì)、調(diào)試任務(wù)。能夠讀懂系統(tǒng)的邏輯框圖和電路圖，掌握各部件（存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制存儲(chǔ)器、輸入輸出組織等）的功能及用法。能夠分析和讀懂微程序清單、掌握微程序的設(shè)計(jì)。
三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一覽表
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實(shí)驗(yàn)序號(hào) |
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱 |
實(shí)驗(yàn)類型 |
實(shí)驗(yàn)室名稱 |
實(shí)驗(yàn)要求 |
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項(xiàng)目一 |
算術(shù)邏輯運(yùn)算 |
驗(yàn)證性 |
計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)室 |
必做 |
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項(xiàng)目二 |
進(jìn)位控制 |
驗(yàn)證性 |
計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)室 |
必做 |
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項(xiàng)目三 |
移位控制 |
驗(yàn)證性 |
計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)室 |
必做 |
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項(xiàng)目四 |
存儲(chǔ)器讀/寫 |
綜合性 |
計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)室 |
必做 |
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項(xiàng)目五 |
總線數(shù)據(jù)傳送控制 |
綜合性 |
計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)室 |
必做 |
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項(xiàng)目六 |
時(shí)序 |
綜合性 |
計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)室 |
必做 |
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項(xiàng)目七 |
微程序控制器的組成 |
綜合性、設(shè)計(jì)型 |
計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)室 |
必做 |
四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容與要求
實(shí)驗(yàn)一 算術(shù)邏輯運(yùn)算
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
學(xué)習(xí)和掌握簡(jiǎn)單運(yùn)算器的組成以及數(shù)據(jù)傳送通路；驗(yàn)證運(yùn)算功能發(fā)生器（74LS181）的組合功能。
2.實(shí)驗(yàn)原理
實(shí)驗(yàn)圖如下，實(shí)驗(yàn)中運(yùn)算器采用兩片 74LS181 以并/串形式構(gòu)成 8 位字長(zhǎng)的 ALU。運(yùn)算器的兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端分別由兩個(gè)鎖存器（74LS273）鎖存，鎖存器的輸入連至數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)輸入開關(guān)（ INPUT）用來(lái)給出參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過(guò)一三態(tài)門（74LS245）和數(shù)據(jù)總線相連。運(yùn)算器的輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)三態(tài)門（74LS245）和數(shù)據(jù)總線相連。數(shù)據(jù)顯示燈已和數(shù)據(jù)總線（"DATA BUS"）相連，用來(lái)顯示數(shù)據(jù)總線內(nèi)容。
3.實(shí)驗(yàn)要求及內(nèi)容
（1）按圖連接實(shí)驗(yàn)線路；
（2）用 INPUT UNIT 的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)向寄存器 DR1 和 DR2 置數(shù)；
（3）驗(yàn)證74LS181的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能。
實(shí)驗(yàn)二 進(jìn)位控制
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
學(xué)習(xí)和掌握驗(yàn)證帶進(jìn)位控制的算術(shù)運(yùn)算功能發(fā)生器的功能。
2.實(shí)驗(yàn)原理
實(shí)驗(yàn)圖如下 ，在實(shí)驗(yàn)一的基礎(chǔ)上增加進(jìn)位控制部分，其中74LS181的進(jìn)位進(jìn)入一個(gè)鎖存器，其寫入是由T4和AR信號(hào)控制，T4是脈沖信號(hào)，實(shí)驗(yàn)時(shí)將T4連至"SIGNAL+UNIT"的TS4上。AR是電平控制信號(hào)（低電平有效），可用于實(shí)現(xiàn)帶進(jìn)位控制實(shí)驗(yàn)，而T4脈沖是將本次運(yùn)算的進(jìn)位結(jié)果鎖存到進(jìn)位鎖存器中。
3.實(shí)驗(yàn)要求及內(nèi)容
（1）按圖連接實(shí)驗(yàn)線路；
（2）進(jìn)位標(biāo)志清零；
（3）用 INPUT UNIT 的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)向寄存器 DR1 和 DR2 置數(shù)；
（4）驗(yàn)證帶進(jìn)位運(yùn)算及進(jìn)位鎖存功能。
實(shí)驗(yàn)三 移位控制
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
學(xué)習(xí)和掌握驗(yàn)證移位控制的功能。
2.實(shí)驗(yàn)原理
移位運(yùn)算中使用了一片74LS299作為移位發(fā)生器，其八位輸入/輸出端以排針方式和總線單元連接。299_G信號(hào)控制其使能端，T4時(shí)序?yàn)槠鋾r(shí)鐘脈沖，由S1?S0?M控制信號(hào)控制其功能狀態(tài)。
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299_G |
S1 |
S0 |
M |
功能 |
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0 |
0 |
0 |
任意 |
保持 |
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0 |
1 |
0 |
0 |
循環(huán)右移 |
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0 |
1 |
0 |
1 |
帶進(jìn)位循環(huán)右移 |
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0 |
0 |
1 |
0 |
循環(huán)左移 |
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0 |
0 |
1 |
1 |
帶進(jìn)位循環(huán)左移 |
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任意 |
1 |
1 |
任意 |
裝數(shù) |
74LS299功能表
3.實(shí)驗(yàn)要求及內(nèi)容
（1）按圖連接實(shí)驗(yàn)線路；
（2）用INPUTUNIT的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)把數(shù)據(jù)寫入74LS299；
（3）改變S0S1M?299_G的狀態(tài)，按動(dòng)觸動(dòng)開關(guān)START，觀察移位結(jié)果。
實(shí)驗(yàn)四 存儲(chǔ)器讀/寫
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
學(xué)習(xí)和掌握靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM工作特性；掌握靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM的數(shù)據(jù)讀寫方法。
2.實(shí)驗(yàn)原理
實(shí)驗(yàn)所用的半導(dǎo)體靜態(tài)存儲(chǔ)器電路原理如圖所示，實(shí)驗(yàn)中的靜態(tài)存儲(chǔ)器由一片6116（2Kx8）
構(gòu)成，其數(shù)據(jù)線接至數(shù)據(jù)總線，地址由地址鎖存器（74LS273）給出。地址燈LI01-LI08與地址總線相連，顯示地址內(nèi)容。INPUT單元的數(shù)據(jù)開關(guān)經(jīng)一三態(tài)門（74LS245）連至數(shù)據(jù)總線，分時(shí)給出地址和數(shù)據(jù)。
地址總線為8位，接入6116的地址A7-A0，將6116的高三位A8－A10接地，所以其實(shí)際容量為256字節(jié)。6116有三個(gè)控制線：CE（片選線）、OE（讀線）、/WE（寫線）。本實(shí)驗(yàn)中將OE常接地，在此情況，當(dāng)CE=0、WE=0時(shí)進(jìn)行寫操作，CE=0、WE=1時(shí)進(jìn)行讀操作，其寫時(shí)間與T3脈沖寬度一致。?
實(shí)驗(yàn)時(shí)，將T3脈沖接至實(shí)驗(yàn)板上時(shí)序電路模塊的TS3相應(yīng)插針中，其它電平控制信號(hào)由"SWITCH"單元的二進(jìn)制開關(guān)給出，其中SW_G為低電平有效，LDAR為高電平有效。?
3.實(shí)驗(yàn)要求及內(nèi)容
（1）形成時(shí)鐘脈沖信號(hào)T3，按圖連接實(shí)驗(yàn)線路；
（2）給存儲(chǔ)器的00、01、02、03、04地址單元中分別寫入數(shù)據(jù)；
（3）依次讀出第00、01、02、03、04號(hào)單元中的內(nèi)容，在DATA?BUS單元的指示燈上進(jìn)行顯示，觀察上述各單元中的內(nèi)容是否與前面寫入的一致。
實(shí)驗(yàn)五總線數(shù)據(jù)傳送控制
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
學(xué)習(xí)和掌握總線的概念及其特性；總線傳輸控制特性。
2.實(shí)驗(yàn)原理
不同的設(shè)備掛至總線上，有存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、寄存器。這些設(shè)備都需要有三態(tài)輸出控制，按照傳輸要求恰當(dāng)有序的控制它們，就可實(shí)現(xiàn)總線信息傳輸。借助總線連接，計(jì)算機(jī)在系統(tǒng)各部件之間實(shí)現(xiàn)傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信息的操作。
3.實(shí)驗(yàn)要求及內(nèi)容
（1）根據(jù)掛在總線上的幾個(gè)基本部件，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的流程：?
A.輸入設(shè)備將一個(gè)數(shù)寫入地址寄存器。?
B.輸入設(shè)備將另一個(gè)數(shù)寫入到存儲(chǔ)器的當(dāng)前地址單元中。
C.將存儲(chǔ)器當(dāng)前地址單元中的數(shù)用LED數(shù)碼管顯示。
（2）實(shí)驗(yàn)接線；
（3）設(shè)置初始控制電平；
（4）改變控制電平在OUTPUT?UNIT的數(shù)碼管上觀察結(jié)果。
實(shí)驗(yàn)六時(shí)序?qū)嶒?yàn)
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
學(xué)習(xí)和掌握時(shí)序產(chǎn)生器的組成原理和設(shè)計(jì)思想，提高對(duì)基本邏輯部件的分析和設(shè)計(jì)能力；?觀察、分析和測(cè)量實(shí)驗(yàn)箱的控制時(shí)序，提高實(shí)際動(dòng)手能力；增加對(duì)系統(tǒng)時(shí)序的理解，進(jìn)一步深化理解計(jì)算機(jī)的工作原理。
2.實(shí)驗(yàn)原理
使用4個(gè)相位等間隔的時(shí)序信號(hào)TS1-TS4，時(shí)序電路發(fā)生器設(shè)置了一個(gè)啟�？刂朴|發(fā)器，使TS1一TS4信號(hào)輸出可控。當(dāng)SP03、SP04開關(guān)狀態(tài)都為RUN時(shí)，一旦按下啟動(dòng)鍵，運(yùn)行觸發(fā)器一直處于"1"狀態(tài)，P17一直為"1"，時(shí)序信號(hào)TS1-TS4將周而復(fù)始地發(fā)送出去。當(dāng)SP03為1（STEP）時(shí)，一旦接下啟動(dòng)鍵，機(jī)器便處于單步運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)只發(fā)送一個(gè)微指令周期的時(shí)序信號(hào)就停機(jī)。
3.實(shí)驗(yàn)要求及內(nèi)容
（1）實(shí)驗(yàn)接線；
（2）將SP03和SP04開關(guān)的狀態(tài)均設(shè)為"RUN"狀態(tài)，按動(dòng)START觸動(dòng)開關(guān)；
（3）聯(lián)機(jī)并用聯(lián)機(jī)軟件的示波器功能來(lái)觀察輸出波形。
實(shí)驗(yàn)七 微程序控制器的組成
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
學(xué)習(xí)和掌握微程序控制器的組成原理；微程序的編制、寫入，觀察微程序的運(yùn)行。
2.實(shí)驗(yàn)原理
采用3片2816?E2PR0M，具有掉電保護(hù)功能。微命令寄存器18位，用兩片8D觸發(fā)器（74LS273）和一片4D（74LS175）觸發(fā)器組成。微地址寄存器6位，用三片上升沿觸發(fā)的雙D觸發(fā)器（74LS74）組成，它們帶有清"0"端和置"1"端。在不進(jìn)行判別測(cè)試的情況下，T2時(shí)刻打入微地址寄存器的內(nèi)容即為下一條微指令地址。當(dāng)T4時(shí)刻進(jìn)行判別測(cè)試時(shí)，轉(zhuǎn)移邏輯滿足條件后輸出的負(fù)脈沖通過(guò)強(qiáng)置端將某一觸發(fā)器設(shè)置為"1"狀態(tài)，完成地址修改。
3.實(shí)驗(yàn)要求及內(nèi)容
（1）編制微程序；
（2）連接實(shí)驗(yàn)線路；
（3）觀察微程序控制器的工作原理。
五、考核方式
1．考核方式
以實(shí)驗(yàn)報(bào)告或作業(yè)形式和出勤情況、現(xiàn)場(chǎng)考察等進(jìn)行多種形式考核。
2．實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容：本次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的目的、內(nèi)容要求、實(shí)現(xiàn)方案和需要的實(shí)驗(yàn)條件、操作過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果、對(duì)關(guān)鍵性的實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析以及對(duì)本次實(shí)驗(yàn)操作方法與內(nèi)容作進(jìn)一步改革與擴(kuò)充的設(shè)想等等。
六、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材或參考資料
《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書
