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《計算機組成原理》課程實驗教學(xué)大綱
一、課程基本信息
課程名稱：計算機組成原理
英文名稱：Principles of Computer Organization
課程編碼：11031301407
實驗屬性：非獨立設(shè)課
適用專業(yè)：物聯(lián)網(wǎng)工程
二、《計算機組成原理》本門課程實驗教學(xué)的目的與基本要求
《計算機組成原理》本實驗課程是計算機類相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過計算機組成原理教學(xué)實驗系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，能夠掌握計算機硬件系統(tǒng)的各主要組成部分以及相互聯(lián)系。掌握一臺計算機系統(tǒng)的基本工作原理，建立完整清晰的整機概念。并依靠實驗平臺獨立完成系統(tǒng)的部分設(shè)計、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（存儲器、運算器、控制存儲器、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。
三、實驗項目一覽表
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實驗序號 |
實驗項目名稱 |
實驗類型 |
實驗室名稱 |
實驗要求 |
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項目一 |
算術(shù)邏輯運算 |
驗證性 |
計算機組成原理實驗室 |
必做 |
|
項目二 |
進位控制 |
驗證性 |
計算機組成原理實驗室 |
必做 |
|
項目三 |
移位控制 |
驗證性 |
計算機組成原理實驗室 |
必做 |
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項目四 |
存儲器讀/寫 |
綜合性 |
計算機組成原理實驗室 |
必做 |
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項目五 |
總線數(shù)據(jù)傳送控制 |
綜合性 |
計算機組成原理實驗室 |
必做 |
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項目六 |
時序 |
綜合性 |
計算機組成原理實驗室 |
必做 |
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項目七 |
微程序控制器的組成 |
綜合性、設(shè)計型 |
計算機組成原理實驗室 |
必做 |
四、實驗教學(xué)的內(nèi)容與要求
實驗一 算術(shù)邏輯運算
1.實驗?zāi)康?/span>
學(xué)習(xí)和掌握簡單運算器的組成以及數(shù)據(jù)傳送通路；驗證運算功能發(fā)生器（74LS181）的組合功能。
2.實驗原理
實驗圖如下，實驗中運算器采用兩片 74LS181 以并/串形式構(gòu)成 8 位字長的 ALU。運算器的兩個數(shù)據(jù)輸入端分別由兩個鎖存器（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）用來給出參與運算的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過一三態(tài)門（74LS245）和數(shù)據(jù)總線相連。運算器的輸出經(jīng)過一個三態(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，用來顯示數(shù)據(jù)總線內(nèi)容。
3.實驗要求及內(nèi)容
（1）按圖連接實驗線路；
（2）用 INPUT UNIT 的二進制數(shù)據(jù)開關(guān)向寄存器 DR1 和 DR2 置數(shù)；
（3）驗證74LS181的算術(shù)運算和邏輯運算功能。
實驗二 進位控制
1.實驗?zāi)康?/span>
學(xué)習(xí)和掌握驗證帶進位控制的算術(shù)運算功能發(fā)生器的功能。
2.實驗原理
實驗圖如下 ，在實驗一的基礎(chǔ)上增加進位控制部分，其中74LS181的進位進入一個鎖存器，其寫入是由T4和AR信號控制，T4是脈沖信號，實驗時將T4連至"SIGNAL+UNIT"的TS4上。AR是電平控制信號（低電平有效），可用于實現(xiàn)帶進位控制實驗，而T4脈沖是將本次運算的進位結(jié)果鎖存到進位鎖存器中。
3.實驗要求及內(nèi)容
（1）按圖連接實驗線路；
（2）進位標志清零；
（3）用 INPUT UNIT 的二進制數(shù)據(jù)開關(guān)向寄存器 DR1 和 DR2 置數(shù)；
（4）驗證帶進位運算及進位鎖存功能。
實驗三 移位控制
1.實驗?zāi)康?/span>
學(xué)習(xí)和掌握驗證移位控制的功能。
2.實驗原理
移位運算中使用了一片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信號控制其使能端，T4時序為其時鐘脈沖，由S1?S0?M控制信號控制其功能狀態(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.實驗要求及內(nèi)容
（1）按圖連接實驗線路；
（2）用INPUTUNIT的二進制數(shù)據(jù)開關(guān)把數(shù)據(jù)寫入74LS299；
（3）改變S0S1M?299_G的狀態(tài)，按動觸動開關(guān)START，觀察移位結(jié)果。
實驗四 存儲器讀/寫
1.實驗?zāi)康?/span>
學(xué)習(xí)和掌握靜態(tài)隨機存儲器RAM工作特性；掌握靜態(tài)隨機存儲器RAM的數(shù)據(jù)讀寫方法。
2.實驗原理
實驗所用的半導(dǎo)體靜態(tài)存儲器電路原理如圖所示，實驗中的靜態(tài)存儲器由一片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，所以其實際容量為256字節(jié)。6116有三個控制線：CE（片選線）、OE（讀線）、/WE（寫線）。本實驗中將OE常接地，在此情況，當CE=0、WE=0時進行寫操作，CE=0、WE=1時進行讀操作，其寫時間與T3脈沖寬度一致。?
實驗時，將T3脈沖接至實驗板上時序電路模塊的TS3相應(yīng)插針中，其它電平控制信號由"SWITCH"單元的二進制開關(guān)給出，其中SW_G為低電平有效，LDAR為高電平有效。?
3.實驗要求及內(nèi)容
（1）形成時鐘脈沖信號T3，按圖連接實驗線路；
（2）給存儲器的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號單元中的內(nèi)容，在DATA?BUS單元的指示燈上進行顯示，觀察上述各單元中的內(nèi)容是否與前面寫入的一致。
實驗五總線數(shù)據(jù)傳送控制
1.實驗?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.實驗原理
不同的設(shè)備掛至總線上，有存儲器、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，按照傳輸要求恰當有序的控制它們，就可實現(xiàn)總線信息傳輸。借助總線連接，計算機在系統(tǒng)各部件之間實現(xiàn)傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信息的操作。
3.實驗要求及內(nèi)容
（1）根據(jù)掛在總線上的幾個基本部件，設(shè)計一個簡單的流程：?
A.輸入設(shè)備將一個數(shù)寫入地址寄存器。?
B.輸入設(shè)備將另一個數(shù)寫入到存儲器的當前地址單元中。
C.將存儲器當前地址單元中的數(shù)用LED數(shù)碼管顯示。
（2）實驗接線；
（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。
實驗六時序?qū)嶒?/span>
1.實驗?zāi)康?/span>
學(xué)習(xí)和掌握時序產(chǎn)生器的組成原理和設(shè)計思想，提高對基本邏輯部件的分析和設(shè)計能力；?觀察、分析和測量實驗箱的控制時序，提高實際動手能力；增加對系統(tǒng)時序的理解，進一步深化理解計算機的工作原理。
2.實驗原理
使用4個相位等間隔的時序信號TS1-TS4，時序電路發(fā)生器設(shè)置了一個啟�？刂朴|發(fā)器，使TS1一TS4信號輸出可控。當SP03、SP04開關(guān)狀態(tài)都為RUN時，一旦按下啟動鍵，運行觸發(fā)器一直處于"1"狀態(tài)，P17一直為"1"，時序信號TS1-TS4將周而復(fù)始地發(fā)送出去。當SP03為1（STEP）時，一旦接下啟動鍵，機器便處于單步運行狀態(tài)。此時只發(fā)送一個微指令周期的時序信號就停機。
3.實驗要求及內(nèi)容
（1）實驗接線；
（2）將SP03和SP04開關(guān)的狀態(tài)均設(shè)為"RUN"狀態(tài)，按動START觸動開關(guān)；
（3）聯(lián)機并用聯(lián)機軟件的示波器功能來觀察輸出波形。
實驗七 微程序控制器的組成
1.實驗?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，觀察微程序的運行。
2.實驗原理
采用3片2816?E2PR0M，具有掉電保護功能。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。在不進行判別測試的情況下，T2時刻打入微地址寄存器的內(nèi)容即為下一條微指令地址。當T4時刻進行判別測試時，轉(zhuǎn)移邏輯滿足條件后輸出的負脈沖通過強置端將某一觸發(fā)器設(shè)置為"1"狀態(tài)，完成地址修改。
3.實驗要求及內(nèi)容
（1）編制微程序；
（2）連接實驗線路；
（3）觀察微程序控制器的工作原理。
五、考核方式
1．考核方式
以實驗報告或作業(yè)形式和出勤情況、現(xiàn)場考察等進行多種形式考核。
2．實驗報告要求
實驗報告應(yīng)包含以下內(nèi)容：本次實驗項目的目的、內(nèi)容要求、實現(xiàn)方案和需要的實驗條件、操作過程和實驗結(jié)果、對關(guān)鍵性的實驗步驟及實驗現(xiàn)象的分析以及對本次實驗操作方法與內(nèi)容作進一步改革與擴充的設(shè)想等等。
六、實驗指導(dǎo)教材或參考資料
《計算機組成原理》實驗指導(dǎo)書
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高性能電工技術(shù)實訓(xùn)考核裝置、高性能電工電子技術(shù)實訓(xùn)考核裝置、高性能電工電子電力拖動技術(shù)實訓(xùn)考核裝置 |
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電子技術(shù)綜合實訓(xùn)考核裝置,電工電子技術(shù)實訓(xùn)考核裝置,電工電子技術(shù)·電力拖動實訓(xùn)考核裝置 |
