计算机组成实践M_3090_140929

1、华东师范大学实验教学大纲课程名称：数字逻辑与计算机组成实验（中文）Digital Logic and Computer Organization（英文）课程编号：25101017开课院系：软件学院课程总学时：36课程总学分： 1实验总学时： 36课程负责人： 刘献忠课程开设专业：软件工程课程类别：专业实践课程一、 课程的目的、任务数字逻辑是研究数字逻辑电路与数字系统的分析、设计和应用的课程，是学习计算机知识的入门课，也是学习后续课程“计算机组成”之前必须掌握的基础课。该课程实践性很强，因此需要通过辅助的实验课程，使得同学能直观地理解逻辑电路的工作方法，认识和了解常用的逻辑器件，并在此基础上能自

2、己设计简单的逻辑电路，加强学生对课堂知识的感性认识。 计算机组成课程是一门理论性较强的课程，但是也必须有一定的实践操作课时来消化、巩固和提高课堂教学的效果，并在实验中加深对计算机的工作原理的认识。学生通过实验教学理解课堂的理论，加深掌握计算机基本组成、工作原理和基本的软硬件知识。二、 课程的教学要求1. 熟悉常用门电路使用方法2. 熟悉各种触发器器件使用方法3. 熟悉常用组成器件使用方法4. 熟悉常用时序逻辑器件使用方法5. 掌握数字逻辑电路测试方法6. 掌握设计数字逻辑电路的基本方法7. 理解总线数据传送控制原理8. 理解存储器的工作原理，掌握存储器容量的扩充方法。9. 理解运算器的工作原理

3、。10. 理解控制器的组成和工作原理，强化计算机整机概念，学会用微程序设计方法设计新机器指令所对应的微指令码点。11. 完成简单模型机设计与实现实验三、 教学方法、教学形式、教学手段的特色数字逻辑与计算机组成实验课程的教学方式使用多媒体课堂教学及网络辅助教学，学生可随时下载多媒体课件进行预习、复习及实验时参考。学生实验时必须有网络环境，同时遇到问题也可通过网上实时与教师交流。加强实践环节，培养学生动手能力，使学生学完全课程后，对计算机内部的运作有一定感性认识，对计算机的软、硬件工作原理都有较清晰的概念，对计算机硬件系统中常见的一般故障，具有一定的判断和解决问题的能力。使学生具有对各子系统初步设

4、计及互联组合的能力。四、教学内容序号实验项目名称学时实验类型每组人数实验要求备注1门电路功能测试2设计1必选上机2译码器和数码显示电路2设计1必选上机3数据选择器2设计1必选上机4全加器2设计1必选上机5数据比较器和奇偶校验电路2设计1必选上机6触发器2综合1必选上机7计数器4设计1必选上机8移位寄存器4设计1必选上机9运算器运算实验4设计1必选上机10微程序实验5设计1必选上机11简单模型机设计与实现实验5综合1必选上机12存储器读写过程实验2设计1必选上机13总线数据传送控制实验2设计1必选上机实验一 门电路逻辑功能测试1、 实验目的1、 认识基本逻辑门。2、 熟悉基本门电路的逻辑功能。3

5、、 熟悉逻辑电路的测试方法。4、 熟悉实验系统的使用方法。2、 实验要求 必选3、 实验内容1、与门和与非门逻辑功能测试1) 用逻辑电平开关给定逻辑门输入端A和B的高低电平信号。用“1”表示输入信号为高电平，用“0”表示输入信号为低电平。2) 用发光二极管（LED）显示门电路的输出状态。当LED亮时，表示输出为“1”；当LED灭时，表示输出为“0”。3) 用万用表测试输出电压取值。4) 填写下表 输入A输入B输出Y输出电压000110112、非门逻辑功能测试实验步骤同上。3、或门和或非门逻辑功能测试 实验步骤同上。4、异或门和同或门逻辑功能测试实验步骤同上。5、三态门逻辑功能测试 实验步骤同上

6、。实验二 译码器和数码显示电路1、 实验目的1、 掌握4线10线译码器的逻辑功能。2、 掌握7段BCD显示译码器的逻辑功能。3、 熟悉7段数码管的使用方法。2、实验要求 必选3、 实验内容1、 验证4线16线译码器逻辑功能1) 用逻辑电平开关给定译码器件输入端高低电平信号。用“1”表示输入信号为高电平，用“0”表示输入信号为低电平。2) 用发光二极管（LED）显示译码器的输出状态。当LED亮时，表示输出为“1”；当LED灭时，表示输出为“0”。3) 写出译码器功能表。 2、验证7段BCD显示译码器的逻辑功能1) 用逻辑电平开关给定显示译码器件输入端高低电平信号。用“1”表示输入信号为高电平，用

7、“0”表示输入信号为低电平。2) 通过数码管显示状态，观察显示译码器对数码管的驱动作用。实验三 数据选择器和数据分配器1、实验目的1、熟悉4选1数据选择器逻辑功能。2、掌握数据选择器的应用。4、 熟悉数据分配器逻辑功能。2、实验要求 必选3、实验内容1、验证4选1数据选择器逻辑功能1) 用逻辑电平开关给定数据选择器地址信号和数据信号。用“1”表示输入信号为高电平，用“0”表示输入信号为低电平。2) 用发光二极管（LED）观察输出状态，。当LED亮时，表示输出为“1”；当LED灭时，表示输出为“0”。3) 填写数据选择器功能表，理解数据选择器的数据选通功能。 地址AB数据输出Y000110112

8、、 验证1到4的数据分配器的功能 实验步骤同上。实验四 全加器1、 实验目的1、 熟悉3位全加器逻辑功能。2、 掌握全加器的功能应用。2、实验要求 必选3、实验内容 1、 验证4选1数据选择器逻辑功能1) 用逻辑电平开关给定全加法其输入加数。用“1”表示输入信号为高电平，用“0”表示输入信号为低电平。2) 用发光二极管（LED）观察输出状态，。当LED亮时，表示输出为“1”；当LED灭时，表示输出为“0”。3) 填写全加器功能表，理解全加器和半加器的功能区别。 2、 综合实验 1) 使用3位全加器实现减法器，测试其运算结果，并考虑为什么通用集成器件中，只有加法器，而没有减法器？。2) 考虑：如

9、何用全加器实现乘法功能以及码值转换功能，并画出电路图。实验五 数据比较器和奇偶校验电路1、 实验目的1、 掌握3位数据比较器的逻辑功能。2、 掌握奇偶校验电路的逻辑功能。3、 熟悉奇偶校验电路的应用。2、实验要求必选3、实验内容1、数据比较器逻辑功能测试1) 用逻辑电平开关给定3位待比较的数据。用“1”表示输入信号为高电平，用“0”表示输入信号为低电平。2) 用发光二极管（LED）观察输出状态，。当LED亮时，表示输出为“1”；当LED灭时，表示输出为“0”。3) 填写数据比较器功能表，理解数据比较器的逻辑功能。 2、 奇偶校验电路逻辑功能测试实验步骤同上。 3、 综合实验1) 叙述实验中3位

10、数据比较器的工作原理。2) 画出奇偶校验电路校验数据的电路图。实验六 触发器1、 实验目的1、 熟悉RS触发器逻辑功能。2、 熟悉JK触发器逻辑功能。3、 熟悉D触发器逻辑功能。4、 掌握JK触发器和D触发器逻辑功能的转换方法。2、实验要求 必选3、实验内容1、RS触发器逻辑功能测试1) 用逻辑电平开关给定RS触发器其输入信号。用“1”表示输入信号为高电平，用“0”表示输入信号为低电平。2) 用发光二极管（LED）观察输出状态，。当LED亮时，表示输出为“1”；当LED灭时，表示输出为“0”。3) 填写RS触发器功能表，理解触发器的记忆功能。 2、D触发器逻辑功能测试1) 用逻辑电平开关给定D

11、触发器输入控制信号D、清零信号CLR、置位信号PR。2) 给定D触发器时钟信号CLR。3) 用发光二极管观察D触发器输出状态。4) 填写D触发器功能表，理解D触发器工作原理以及边沿触发器的工作方式。3、JK触发器功能测试实验步骤同上。 4、综合实验1) 画出JK触发器实现D触发器和T触发器逻辑功能的电路图，并用实验来验证，列出功能表。2) 实验中的触发器是边沿触发还是电平触发？两者有什么区别？实验七 计数器1 实验目的1、 熟悉同步计数器工作方式和逻辑功能。2、 掌握同步计数器的变模实现方法。3、 熟悉异步计数器工作方式和逻辑功能。4、 掌握异步计数器的变模实现方法。 2、实验要求必选 3、实

12、验内容1、 同步计数器1) 用电平开关给定计数器输入控制信号，给定同步计数器的时钟信号，用发光二极管观察计数器输出状态。2) 测试同步计数器功能，内容包括：递增加数功能、递减计数功能、预置功能、清零功能。并根据实验结果，填写计数器功能表。3) 用示波器观察同步计数器波形，理解边沿计数的功能。2、异步计数器1) 用电平开关给定计数器输入控制信号，给定异步计数器的时钟信号，用发光二极管观察计数器输出状态。2) 理论上分析异步计数器电路，确定计数器的模。3) 测试该计数器的计数功能。4) 画出计数器的状态迁移图，并能用示波器观察计数波形，理解异步计数器的异步功能。实验八 移位寄存器1、 实验目的1、

13、 理解双向移位寄存器工作原理2、 掌握双向移位寄存器的应用。2、 实验要求必选3、实验内容验1、移位寄存器功能测试1) 用逻辑电平开关给定移位寄存器输入控制信号，给定移位寄存器的时钟信号，用发光二极管（LED）观察输出状态。2) 依据下表，测试移位寄存器功能，并填写该表。3) 用示波器观察移位器的输出波形。 2、综合实验1) 如果采用右移寄存器，1101的次态为什么？2) 用移位寄存器实现扭环/环形计数器，画出电路图，并用实验验证。实验九 总线数据传送控制实验1、实验目的1) 理解总线的概念、作用和特点。2) 掌握用总线控制数据传送的方法。2、实验要求 必选3、实验内容1) 连接实验线路，自行

14、设计并连接实验线路，并用RS-232串口线将上位机与实验台连接。仔细检查接线无误后，打开面板电源开关。点按B0进行复位，并将“OBUF/CONO”拨动到“OBUF”。2) 拨动K5为“1”状态，通过上位机仿真软件编写程序，编译后下载到实验板的CPU中。3) 通过SW0SW7设置要输入的8位数据，K1、K0开关设置成“00”（表示单指令运行态）。4) 拨动K5到“0”，每次点按B1，CPU顺序执行一条指令。可对比分析指令的执行结果。结果在D0D7发光二极管上显示。5) 通过SW0SW7设置要输入的8位数据，K1、K0开关设置成“11”（表示时钟不受控）。6) 拨动K5到“0”，点按B1，CPU执

15、行后续的所有程序指令。结果在D0D7发光二极管上显示。与输入的数据对比分析。4、主要仪器设备及试剂1) DL1型计算机组成教学实验系统一台；2) 上位机（PC）一台；3) RS-232串口线一根，排线若干。实验十 存储器读/写实验1、实验目的1) 掌握主存储器的构成和工作特性。2) 掌握读和写主存储器的方法。2、实验要求 必选3、实验内容1) 连接实验线路，自行设计并连接实验线路，并用RS-232串口线将上位机与实验台连接。仔细检查接线无误后，打开面板电源开关。点按B0进行复位，并将“OBUF/CONO”拨动到“OBUF”。2) 拨动K5为“1”状态，通过上位机仿真软件编写程序，编译后下载到实

16、验板的CPU中。3) 拨动K5到“0”，通过SW0SW7设置8位存储器地址信息，K1、K0开关设置成“00”（表示单指令运行态）。每次点按B0，CPU顺序执行一条指令。可对比分析指令的执行结果。输入的地址信息在D0D7发光二极管上显示。4) 通过SW0SW7设置8位待写入的数据，将数据写入输入的存储器地址单元，并在“OUTPUT”区的D7D0发光二极管上显示。4、主要仪器设备及试剂1) DL1型计算机组成教学实验系统一台；2) 上位机（PC）一台；3) RS-232串口线一根，排线若干。实验十一 运算器算术逻辑运算实验1、实验目的1) 掌握简单运算器的数据传送通路。2) 掌握运算器的组合功能。

17、2、实验要求 必选3、实验内容运算器是CPU的一个主要部件，通常由算术逻辑单元（ALU）和一些寄存器组成。ALU单元是对操作数进行各种算术运算（加、减、乘、除等）和逻辑运算（与、或、非、移位、传送等）。寄存器用来存放操作数预算结果或中间结果，以及结果的状态标志。实验模型的运算器结构如下图所示。试验模型的运算器结构图 该ALU实现的功能和对应的控制信号参见下表。控制信号ALU操作ALU输出S2S1S0000MOVA001ADDA+B011ANDAB100ORA | B101XORAB110NOT! AothersCLEAR00hALU功能表1) 连接实验线路，按照上图自行设计并连接实验线路，并用

18、RS-232串口线将上位机与实验台连接。仔细检查接线无误后，打开面板电源开关。点按B0进行复位，并将“OBUF/CONO”拨动到“OBUF”。2) 拨动K5为“1”状态，通过上位机仿真软件编写程序，编译后下载到实验板的CPU中。3) 拨动K5到“0”，通过SW0SW7设置8位数据，K1、K0开关设置成“00”（表示单指令运行态）。每次点按B0，CPU顺序执行一条指令。可对比分析指令的执行结果。输入的数据信息在D0D7发光二极管上显示。4) 通过SW0SW7设置8位的数据，将数据写入某存储器地址单元，并在“OUTPUT”区的D7D0发光二极管上显示该数据。5) 执行ADD指令，结果显示在D7D0

19、发光二极管上。6) 进位CZ显示在D0处。（亮代表有进位，灭代表无进位）4、主要仪器设备及试剂1) DL1型计算机组成教学实验系统一台；2) 上位机（PC）一台；3) RS-232串口线一根，排线若干。实验十二 微程序实验1、实验目的1) 掌握时序产生器、微控制器的工作原理。2) 掌握微程序的编制、装入及执行方法，观察微程序的运行过程。3) 在现有的微控制器结构和微指令格式下，实现异或指令（XOR）。该指令为双字节指令，功能为：AC M AC，指令码为：00010。2、实验要求 必选3、实验内容1) 连接实验线路，自行设计并连接实验线路，并用RS-232串口线将上位机与实验台连接。仔细检查接线

20、无误后，打开面板电源开关。点按B0进行复位，并将“OBUF/CONO”拨动到“OBUF”。2) 拨动K5为“1”状态，通过上位机编写数据文件XOR.DAT，通过仿真软件将该数据文件下载到CM中。3) 编辑./bin/code.ini文件，增加双字节指令xor的对应指令码。在code.ini文件中DoubleByte区域的对应位置增加一行：xor=0x02。4) 通过上位机仿真软件编写程序，编译后下载到实验板的CPU中。5) 拨动K5到“0”，通过SW0SW7设置两个8位数据，K1、K0开关设置成“11”。点按B1，CPU顺序执行所有指令。可对比分析指令的执行结果。输入的两个8位数据信息以及执行

21、xor指令后的数据结果先后在D0D7发光二极管上显示。4、主要仪器设备及试剂1) DL1型计算机组成教学实验系统一台；2) 上位机（PC）一台；3) RS-232串口线一根，排线若干。实验十三 简单模型机设计与实现实验1、实验目的1) 掌握各部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统，并构造一台基本模型计算机。2) 为模型机定义七条基本机器指令，编写相应的微程序和测试程序，并调试，以掌握整机概念。2、实验要求 必选3、实验内容1) 首先设计模型机的指令系统，然后根据实验四的实验原理对模型机的指令系统进行实现。模型机的整体结构如下图所示。模型机的总体结构2) 连接实验线路，按照上图自行设计并连接实验线路，并用RS-232串口线将上位机与实验台连接。仔细检查接线无误后，打开面板电源开关。点按B0进行复位，并将“OBUF/CONO”拨动到“OBUF”。3) 拨动K5为“1”状态，通过上位机编写数据文件Module.DAT，通过仿真软件将该数据文件下载到CM中。4) 编辑./bin/code.ini文件，将新指令的指令名与指令码对应起来（参见code.ini文件）。5) 通过上位机仿真软件编写汇编程序，编译后下载到实验板的CPU中。6) 拨动K5到“0”，通过SW0SW7设置两个8位数据，K1、K0开关设置成“11”。点按B1，CPU顺序执行所有指令。可对比分析指令的执行结果