TEC5计算机组成原理实验

,计算机组成原理实验,一课程实验二课程设计北京邮电大学计算机科学与技术学院实验中心系统结构实验室2011年2月,2,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,课程实验,TEC-5计算机组成原理实验系统1运算器组成实验（3学时）；2双端口存储器原理实验（3学时）；3数据通路组成实验（3学时）；4微程序控制器组成实验（3学时）；5CPU组成和机器指令执行实验（4学时）；,3,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,课程设计,1常规型硬联线控制器的设计与调试（3周时）；,4,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验系统简介,控制台；数据通路；控制器；用户自选器件试验区；时序电路；电源部分；,5,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验系统简介,控制台开关,控制器,数据通路,时序电路,数据开关,脉冲按钮,拨动开关,6,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,数据通路总体图,7,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,逻辑测试笔,TTL/CMOS逻辑测试笔测试TTL/CMOS逻辑高(H)低(L)电平；测试连续脉冲()；单次脉冲计数器(D)；,8,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,逻辑测试笔使用说明,将黑色鱼夹接地，红色接被测设备的正5V电源。本产品寻找故障的方法有两种：一种是先用逻辑笔检出关键信号（如时钟、起动、移位、复位）丢失的地方，根据被测设备的逻辑原理把故障缩小到一个较小的范围内，再对被怀疑的组件配合脉冲笔进行脉冲注入响应测试，判断组件的好坏。另一种方法是先对某串电路进行脉冲注入响应测试，看信号能否从始端送到终端，用同样方法检查每一串电路，直到把故障找出来。,9,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,10,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,逻辑测试笔使用说明,若需拆卸，先把电源插座上的螺帽旋下，然后旋开笔壳与探针即可维修。注：、当测试TTL电路逻辑笔的开关拨到标有“TTL”的一侧，测试CMOS电路将开关拨到标有“CMOS”的一侧。、逻辑笔测试电平指标与TTL和CMOS标准相一致。、逻辑笔测试电平指标与TTL和CMOS标准相一致。,11,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,一运算器组成实验,实验目的:1.熟悉双端口通用寄存器堆的读写操作。2.熟悉简单运算器的数据传送通路。3.验证运算器74LS181的算术逻辑功能。4.按给定数据，完成指定的算术、逻辑运算。,12,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验电路,13,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验设备,TEC-5计算机组成原理实验系统1台；TDS1001数字存储示波器1台；逻辑测试笔1支。,14,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,参考连线：,15,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验任务,1.按图要求,将运算器模块与实验台操作板上的线路进行连接。2.用开关SW7-SW0向通用寄存器堆RF内的R0-R3寄存器置数。演示然后读出R0R3的内容，在数据总线DBUS上显示出来。演示4.将R0写入DR1，将R1写入DR2。演示3.验证ALU的正逻辑算术运算，演示逻辑运算功能。演示,16,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,74LS181ALU算数/逻辑运算功能表,17,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验要求,做好实验预习，掌握运算器的数据传输通路及其功能特性，熟悉实验中所用模拟开关的作用和使用方法。写出实验报告，内容：实验目的实验任务的数据表格，控制信号模拟开关值，运算结果。,18,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,二双端口存储器原理实验,实验目的：了解双端口静态随机存储器IDT7132的工作特性及使用方法。了解半导体存储器怎样存储和读出数据。了解双端口存储器怎样并行读写，产生冲突的情况如何。,19,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验电路,20,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验设备,TEC-5计算机组成原理实验系统1台；TDS1001数字存储示波器1台；逻辑测试笔1支。,21,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,参考连线：,置DP=1,DB=0,编程开关拨到正常位置,AR+1和PC+1两个信号接地,22,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验任务,1）按电路图将有关信号和二进制开关对应接好，接通电源。（2）将数码开关SW7SW0设置为00H，将此数据作为地址置入AR；然后重新设置二进制开关控制，将数码开关SW7SW0上的数据00H写入RAM中。演示依此方法，向存储器的10H、20H、30H、40H单元写入10H、20H、30H、40H。（3）使用双端口存储器的左端口，依次读出RAM第00H，10H，20H，30H，40H单元中的内容。演示,23,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验任务,观察上述各单元中的内容是否正确。注意：总线上禁止两个以上部件同时向总线输出数据。当存储器进行读出操作时，必须关闭SWBUS三态门！当向AR送入地址时，双端口存储器不能被选中。（4）通过双端口存储器的右端口，读出数据，观察结果是否正确。演示（5）双端口存储器的并行读写和访问冲突测试。演示,24,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验要求,做好实验预习，掌握IDT7132双端口存储器的功能特性及使用方法。写出实验报告，内容：实验目的实验任务的数据表格，检测结果。,25,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,三数据通路组成实验,进一步熟悉计算机的数据通路；将双端口通用寄存器堆和双端口存储器模块联机；掌握数字逻辑电路中故障的一般规律，以及排除故障的一般原则和方法；锻炼分析问题与解决问题的能力，在出现故障的情况下，独立分析故障现象并排除故障。,26,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验电路,27,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验设备,TEC-5计算机组成原理实验系统1台；TDS1001数字存储示波器1台；逻辑测试笔1支。,28,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,参考连线：,29,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验任务,将实验电路与控制台的有关信号进行线路连接，方法同前面的实验。用8位SW7SW0数据开关向RF中的四个通用寄存器分别置入以下数据：R0=0FH,R1=0F0H,R2=55H,R3=0AAH。演示用8位数据开关向AR送入地址0FH，然后将R0中的数据0FH写入双端口存储器中。用同样的方法，依次将R1，R2，R3中的数据分别置入RAM的0F0H，55H，0AAH单元。演示,30,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验任务,分别将RAM的0AAH单元数据写入R0，55H单元数据写入R1，0F0H单元数据写R2，0FH单元数据写入R3。然后将R0-R3中的数据读出，验证数据的正确性，并记录数据。演示,31,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验要求,做好实验预习，掌握实验电路的数据通路特点和通用寄存器堆的功能特性。写出实验报告，内容：实验目的详细的实验步骤，记录实验数据。其他值得讨论的问题。,32,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,四微程序控制器组成实验,掌握时序产生器的组成原理。掌握微程序控制器的组成原理。,33,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,时序发生器,34,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,基本时序波形,35,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,微指令格式,36,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,微程序控制器的组成,37,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,微程序控制器的组成,38,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,指令功能与格式,39,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,控制台工作方式,40,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,控制台微程序流程图,41,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,机器指令微程序流程图,42,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,设计验收程序,43,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,数据通路总体图,44,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验设备,TEC-5计算机组成原理实验系统1台；TDS1001数字存储示波器1台；逻辑测试笔1支。,45,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,微程序控制器组成实验接线参考,注意:接线表中TJ是时序电路中的TJ,不是控制器中的TJ(该TJ由控制器产生,不能接输入信号),千万不要接错。,46,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验任务,观察时序信号的波形置DP=0,DB=0。先按CLR#按钮复位,再按QD按钮。则时序部分开始不停地运动,直到按CLR#按钮为止。用双踪示波器观察MF,T1-T4,W1-W3信号。观察的方法是同时观察两路信号,以便于比较相位。可按下述顺序进行观察：MF和T1,T1和T2，T2和T3,T3和T4,T1和W1,W1和W2,W2和W3。根据观察的结果，可绘出波形图。,47,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,控制台操作微程序流程举例,写存储器(WRM)：按下复位按钮CRL#，置SWC=0，SWB=0，SWA=1。在SW7SW0中设置存储器地址，按QD按钮将此地址打入AR。在SW7SW0置好数据，按QD按钮，将数据写入AR指定的存储器单元，这时AR加1。返回。依次进行下去，直到按下复位按钮CRL#为止。实现对RAM的手动写入（主要是自己编写的程序和数据）。演示,48,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,控制台操作微程序流程举例,启动程序(PR)：按下复位按钮CRL#后，微地址寄存器清零。这时，置SWC=0，SWB=0，SWA=0，用数据开关SW7SW0设置RAM中的程序首地址，按QD按钮后，启动程序执行。演示,49,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验要求,做好实验预习，掌握微程序控制器和时序发生器的工作原理。根据实验任务所提要求，在预习时完成表格填写、数据和理论分析。写出实验报告，内容：实验目的时序波形图和测量值，记录数据表格。,50,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,五CPU组成与机器指令执行实验,将微程序控制器同执行部件（整个数据通路）联机，组成一台模型计算机；用微程序控制器控制模型机数据通路；通过TEC-5执行由8条机器指令组成的简单程序，掌握指令与微指令的关系，牢固建立计算机的整机概念。,51,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验电路,52,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,设计验收程序,53,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验程序,54,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,模型机连线示意图,55,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,CPU组成与机器指令执行实验接线参考：,56,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,CPU组成与机器指令执行实验接线参考,57,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,CPU组成与机器指令执行实验接线参考,只要把上表同列的信号用线连接即可,一共接线33条。接好线后,将编程开关拨到“正常位置”,合上电源,按CLR#按钮,使TEC-5实验系统处于初始状态。注意：IR1IR0将是写通用寄存器时寄存器的选择信号；IR3IR2将是读通用寄存器时寄存器的选择信号。,58,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验步骤1,按CLR#按钮使系统处于初始状态；实验系统处于连续运行状态（DP=DB=0）；利用控制台指令WRM（SWCSWBSWA=001）将程序机器代码写入存储器；利用控制台指令RRM（SWCSWBSWA=010）将程序机器代码从存储器读出验证；预置存储器存储单元10H=55H，并验证；注意：每一控制台指令操作完毕应使系统复位，然后转换控制台指令。,59,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验步骤2,按CLR#按钮使系统处于初始状态；实验系统处于连续运行状态（DP=DB=0）；利用控制台指令WRF（SWCSWBSWA=011）预置寄存器R0=35H，R1=43H，R=10H，R3=07H；利用控制台指令RRF（SWCSWBSWA=100）将预置寄存器内容读出验证；注意：每一控制台指令操作完毕应使系统复位，然后转换控制台指令。IR1IR0将是写通用寄存器时寄存器的选择信号；IR3IR2将是读通用寄存器时寄存器的选择信号。,60,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验步骤3,执行程序PR（置SWCSWBSWA=000），置SW7SW0=00H，使程序从地址00H开始执行。按CLR#按钮使系统处于初始状态；以单拍方式（DP=1，DB=0）从地址00H开始；对照微程序流程图，监测微地址指示灯和判别字段指示灯，以判别正在进行的微操作；注意观察AR2和IR指示灯，以判断程序的执行情况，直至程序执行完毕；,61,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验步骤3,系统复位，按CLR#按钮使系统处于初始状态；利用控制台指令检测寄存器的内容：R0=35H，R1=78H，R2=29H，R3=07H；检测存储器存储单元内容：10H=78H。,62,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验步骤4,用连续方式（DP=DB=0）执行一遍程序；系统复位，利用控制台指令检测寄存器R0，R1，R2，R3的内容；检测存储器存储单元10H的内容；注意：连续方式执行程序时，实验结果与前面单拍方式执行程序的结果有关。,63,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,预祝各位同学实验成功!,64,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,结束,参考资料：计算机组成原理题解题库与实验白中英杨春武主编科学出版社计算机硬件基础课实验教程白中英杨春武冯一兵主编清华大学出版社TEC-5计算机组成原理实验系统教师用实验指导书清华大学科教仪器厂,65,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,计算机组成原理课程设计,采用硬布线控制器的模型计算机的设计与调试北京邮电大学计算机科学与技术学院实验中心系统结构实验室2006年2月,66,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,教学目的,融会贯通计算机组成原理课程和计算机系统结构课程设计的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识，特别是对硬布线控制器的认识；学习运用ISP（在系统编程）技术进行设计和调试的基本步骤和方法，熟悉集成开发软件中设计，模拟调试工具的使用，体会ISP技术相对于传统开发技术的优点培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计与组装调试的实践经验。,67,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,实验设备,TEC5计算机组成原理实验系统一台双踪示波器一台直流万用表一只逻辑测试笔一支集成电路若干片，取决于设计方案集成电路使用ISP芯片（一片ISPLS1032）。采用ISP器件，则需要一台PC机运行设计自动化软件（例如ISPEXPERT）作设计，编程和下载使用。,68,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,设计与调试任务,按给定的数据格式和指令系统，在所提供的器件范围内，设计一台硬布线控制器控制的模型计算机；根据设计图纸，在通用实验台上进行组装，并调试成功；在组装调试成功的基础上，整理出设计图纸和其他文件。,69,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,设计与调试任务,总框图（数据通路）硬布线控制器逻辑模块图ABEL语言源程序硬布线控制流程图模拟向量测试方程元件排列图设计说明书调试小结,70,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,数据格式和指令系统,采用与模型计算机相同的指令系统，即保留8条指令。,71,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,硬布线控制器结构方框图,72,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,73,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,74,TEC-5计算机科学与技术学院系统结构实验室,编译下载和接线,首先，在PC机上运行ISPEXPERT软件，建立一个新项目，在该项目下，输入ABEL语言源文件，经过编译和适配，生成JED文件。用出厂时提供的下载电缆将PC机的打印机接口和实验台上的下载插座(编程插座)相连。打开实验系统电源，即可在ISPEXPERT软件内向ISP1032下载。有关ISPEXPERT的使用，可参考有关资料。接固定连线和数据通路内部连线控制台和ISP1032的连线时序电路和ISP1032的连线数据通路和ISP1032的接线,75,TEC-5计算机科学与技术学院系统