计算机组成原理实验PPT-软件工程

1、2022-3-512022-3-52实验一实验一 运算器实验运算器实验 实验二实验二 进位运算和移位运算实验进位运算和移位运算实验实验四实验四 数据通路实验数据通路实验实验三实验三 存储器实验存储器实验实验目录实验五实验五 微程序控制实验微程序控制实验实验六实验六 基本模型机的设计与实现基本模型机的设计与实现2022-3-53实验一 运算器实验 实验目的和要求 实验设备 实验内容 实验步骤 实验注意事项2022-3-541.1 实验目的和要求实验目的和要求 熟悉实验装置熟悉实验装置学习算术逻辑单元电路的构成及其工作原理，学习算术逻辑单元电路的构成及其工作原理，掌握运算器实验的数据传送通路的结构

2、及不同掌握运算器实验的数据传送通路的结构及不同实验状态下的各运算数据的流程。实验状态下的各运算数据的流程。验证运算功能发生器（验证运算功能发生器（74LS18174LS181）的组合功能）的组合功能 按指定的数据完成几种指定的算术和逻辑运算按指定的数据完成几种指定的算术和逻辑运算 2022-3-551.2 实验设备实验设备 JYS-4JYS-4计算机组成原理教学实验装置计算机组成原理教学实验装置排线、导线若干排线、导线若干实验仿真软件一套实验仿真软件一套2022-3-562022-3-572022-3-582022-3-592022-3-5102022-3-5111.3 实验内容实验内容 1

3、1）熟悉实验设备及使用方法）熟悉实验设备及使用方法JYS-4JYS-4计算机组成原理实验装置是一种能够通计算机组成原理实验装置是一种能够通过多种过多种“原理计算机原理计算机”的设计和构造，来灵活的设计和构造，来灵活地实现地实现“计算机组成原理计算机组成原理”课程的实验教学，课程的实验教学，以满足不同层次和不同教学环节实验要求的开以满足不同层次和不同教学环节实验要求的开放式教学实验设备。放式教学实验设备。使用使用JYS-4JYS-4计算机组成原理实验装置可完成运计算机组成原理实验装置可完成运算器实验、进位和移位控制实验、静态存储器算器实验、进位和移位控制实验、静态存储器原理实验、计算机的数据通路

4、实验、微程序控原理实验、计算机的数据通路实验、微程序控制器实验、基本模型机的设计与实现实验、带制器实验、基本模型机的设计与实现实验、带移位运算的模型机的设计与实现等实验。移位运算的模型机的设计与实现等实验。2022-3-5121.3 实验内容实验内容 1 1）熟悉实验设备及使用方法）熟悉实验设备及使用方法JYS-4JYS-4计算机组成原理实验装置采用内、外总计算机组成原理实验装置采用内、外总线结构，并按开放式结构要求设计了各关联的线结构，并按开放式结构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，也为实验教学提供了充足的硬计算机

5、结构外，也为实验教学提供了充足的硬件可设计空间和软件可设计空间，在实验电路件可设计空间和软件可设计空间，在实验电路构造方面，系统也提供了多种手段，可按部件构造方面，系统也提供了多种手段，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。部件实验电路及模型计算机。2022-3-5131.3 实验内容实验内容 1 1）熟悉实验设备及使用方法）熟悉实验设备及使用方法整个实验仪器是由分散元器件构成，包括计算整个实验仪器是由分散元器件构成，包括计算机中的各组成部件：运算器、存储器、控制器机中的各组成部件：运算器、存储器、控制器等，这些器件的

6、内部连线已经连好，需要连接等，这些器件的内部连线已经连好，需要连接的是一些控制信号线。实验板上对各个器件的的是一些控制信号线。实验板上对各个器件的划分比较清楚，都用白色框线表示，每个器件划分比较清楚，都用白色框线表示，每个器件的名称也用白色注明。的名称也用白色注明。 2022-3-514JYS-4硬件系统 布局图2022-3-5151.3 实验内容实验内容 1 1）熟悉实验设备及使用方法）熟悉实验设备及使用方法掌握拿线的方法和要点（如手指捏住的不是导掌握拿线的方法和要点（如手指捏住的不是导线，而是导线的线座）。线，而是导线的线座）。插拔导线的方法要点（注意线座的角度与排针插拔导线的方法要点（注

7、意线座的角度与排针保持零角度方向运动）。保持零角度方向运动）。对于两根一股以上的对于两根一股以上的“排线排线”，注意连接信号，注意连接信号的对号入座（以不同的色彩来区分不同的信的对号入座（以不同的色彩来区分不同的信号）。防止线座与相对应的排针之间的窜位连号）。防止线座与相对应的排针之间的窜位连接或反顺序连接。接或反顺序连接。2022-3-516接线时将电源断开，全部接好线后检查无误，方接线时将电源断开，全部接好线后检查无误，方可打开电源，严禁带电插拔连线。可打开电源，严禁带电插拔连线。相互冲突的总线控制信号要确保互斥出现，否则相互冲突的总线控制信号要确保互斥出现，否则会出现总线冲突，导致烧毁器

8、件。会出现总线冲突，导致烧毁器件。认真对待，反复检查、确认；不太确定的事情不认真对待，反复检查、确认；不太确定的事情不能草率行事，经指导老师确认后再做。能草率行事，经指导老师确认后再做。插拔排线时动作要慢，对准板子上的排针垂直插插拔排线时动作要慢，对准板子上的排针垂直插入和拔出，以免损伤排针和排线。入和拔出，以免损伤排针和排线。当使用排线连接多个数据线和控制信号时，注意当使用排线连接多个数据线和控制信号时，注意对应关系，排线中各条线的颜色可以帮助辨认。对应关系，排线中各条线的颜色可以帮助辨认。2022-3-5171.3 实验内容实验内容 2 2）熟悉算术逻辑运算单元电路的结构与工作原理）熟悉算

9、术逻辑运算单元电路的结构与工作原理算术逻辑运算单元电路的结构算术逻辑运算单元电路的结构使用使用2 2片片74LS18174LS181以并串连形式构成以并串连形式构成8 8位字长位字长ALUALU，ALUALU输出经过三态门同数据总线相连。运算器的两输入端输出经过三态门同数据总线相连。运算器的两输入端的数据分别由两个锁存器锁存，锁存器输入与数据总的数据分别由两个锁存器锁存，锁存器输入与数据总线相连，数据开关用来给出参与运算的数据，通过三线相连，数据开关用来给出参与运算的数据，通过三态门和数据总线相连，数据显示灯与数据总线相连，态门和数据总线相连，数据显示灯与数据总线相连，用来显示数据总线内容。实

10、验过程中，用来显示数据总线内容。实验过程中，ALUALU根据不同根据不同运算控制信号对运算控制信号对2 2个锁存器中的二进制数进行算术或个锁存器中的二进制数进行算术或逻辑运算。运算结果经三态门送到数据总线。逻辑运算。运算结果经三态门送到数据总线。2022-3-518运算器电路结构图2022-3-5191.3 实验内容实验内容 2 2）熟悉算术逻辑运算单元电路的结构与工作原理）熟悉算术逻辑运算单元电路的结构与工作原理算术逻辑运算单元电路的主要控制信号算术逻辑运算单元电路的主要控制信号 算术逻辑单元电路中用到的控制信号主要有算术逻辑单元电路中用到的控制信号主要有T4T4、S0S0、S1S1、S2S

11、2、S3S3、CnCn、M M、LDDR1LDDR1、LDDR2LDDR2、SW-BSW-B、ALU-BALU-B。在实际应用中，只需将在实际应用中，只需将“W/R UNIT”W/R UNIT”的的T4T4接至接至“STATE UNIT”STATE UNIT”的微动开关的微动开关KK2KK2的输出端，按动微动的输出端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲，其中开关，即可获得实验所需的单脉冲，其中CnCn、SW-BSW-B、ALU-BALU-B为低电平有效，它们是分别控制运算器进位、为低电平有效，它们是分别控制运算器进位、数据开关至数据总线的三态门以及运算器输出至数据数据开关至数据总线的三态门

12、以及运算器输出至数据总线三态门的控制信号。总线三态门的控制信号。2022-3-5201.3 实验内容实验内容 3 3）利用上述）利用上述ALUALU电路实现算术与逻辑运算电路实现算术与逻辑运算利用上述算术逻辑运算单元电路完成多个算术与逻辑利用上述算术逻辑运算单元电路完成多个算术与逻辑运算操作，并将实验结果与正确结果进行比较。运算操作，并将实验结果与正确结果进行比较。74LS18174LS181型型ALUALU在正逻辑下的功能如下表所示：在正逻辑下的功能如下表所示：2022-3-521工作方式输入选择工作方式输入选择S3 S2 S1 S0S3 S2 S1 S0正逻辑输入与输出正逻辑输入与输出逻辑

13、运算（逻辑运算（M=HM=H）算术运算（算术运算（M=LM=L）(/Cn=H,(/Cn=H,无进位无进位) )（/Cn=L,/Cn=L,有进位）有进位）L L L LL L L LA A非非A AA A加加1 1L L L HL L L H（A+BA+B）非）非A+BA+B（A+BA+B）加）加1 1L L H LL L H L(A(A非非)B)BA+(BA+(B非非) )(A+(B(A+(B非非)加加1 1L L H HL L H H0 0减减1 10 0L H L LL H L L(AB)(AB)非非A A加加A(BA(B非非) )A A加加A(BA(B非非) )加加1 1L H L HL

14、 H L HB B非非(A+B)(A+B)加加A(BA(B非非) )(A+B)(A+B)加加A(BA(B非非) )加加1 1L H H LL H H LA A异或异或B BA A减减B B减减1 1A A减减B BL H H HL H H HA(BA(B非非) )(A(B(A(B非非)减减1 1A(BA(B非非) )H L L LH L L L(A(A非非)+B)+BA A加加ABABA A加加ABAB加加1 1H L L HH L L H(A(A异或异或B)B)非非A A加加B BA A加加B B加加1 1H L H LH L H LB B(A+(B(A+(B非非)加加ABAB(A+(B(A

15、+(B非非)加加ABAB加加1 1H L H HH L H HABABABAB减减1 1ABABH H L LH H L L1 1A AA A加加A A加加1 1H H L HH H L HA+(BA+(B非非) )(A+B)(A+B)加加A A(A+B)(A+B)加加A A加加1 1H H H LH H H LA+BA+B(A+(B(A+(B非非)加加A A(A+(B(A+(B非非)加加A A加加1 1H H H HH H H HA AA A减减1 1A A2022-3-5221.4 实验步骤实验步骤 先用实验仿真软件模拟硬件实验的过程，熟悉先用实验仿真软件模拟硬件实验的过程，熟悉实验的操作

16、步骤，并可以将得到的实验数据用实验的操作步骤，并可以将得到的实验数据用于验证硬件实验的结果。于验证硬件实验的结果。在正式开始硬件实验之前，先熟悉实验装置各在正式开始硬件实验之前，先熟悉实验装置各部分结构和功能部分结构和功能;练习正确的插拔线方法。练习正确的插拔线方法。2022-3-5231.4 实验步骤实验步骤 1）按要求打开实验装置，把上述原理图中用到的按要求打开实验装置，把上述原理图中用到的单元电路及控制信号与实验装置上各单元电路单元电路及控制信号与实验装置上各单元电路和相关信号控制开关等实物相对照，熟悉应用和相关信号控制开关等实物相对照，熟悉应用和操作对象。本次实验用到的所有数据开关和和

17、操作对象。本次实验用到的所有数据开关和控制开关如果不在初始状态，则要先将其打到控制开关如果不在初始状态，则要先将其打到初始状态（即断开状态），在本装置中，开关初始状态（即断开状态），在本装置中，开关断开，其输出均为高电平状态（开关指示灯灭）断开，其输出均为高电平状态（开关指示灯灭）2022-3-5241.4 实验步骤实验步骤 2）按图按图2-2连连接线路，连接线路，连接完毕后要接完毕后要进行仔细检进行仔细检查，确保无查，确保无误后方可通误后方可通电实验电实验 2022-3-5251.4 实验步骤实验步骤 3）用二进制数据开关向用二进制数据开关向DR1(寄存器寄存器A)和和DR2(寄存寄存器器B

18、)置运算数据，步骤如下：置运算数据，步骤如下：再次查看开关单元再次查看开关单元ALU-B开关是否处于初始状态开关是否处于初始状态不在初始状态则打到初始状态（不在初始状态则打到初始状态（ALU-B=1），关闭），关闭ALU输出的三态门。输出的三态门。接通接通WS-B开关，打开数据输入单元的三态门。开关，打开数据输入单元的三态门。分别向寄存器分别向寄存器A和寄存器和寄存器B置数，操作流程如图置数，操作流程如图关闭数据输入三态门，即断开关闭数据输入三态门，即断开SW-B开关（开关（SW-B=1） 2022-3-5261.4 实验步骤实验步骤 3）用二进制数据开关向用二进制数据开关向DR1(寄存器寄存

19、器A)和和DR2(寄存寄存器器B)置运算数据置运算数据拨动输入单元的数据开关生成八位二进制数据X 向寄存器A置 数 据 ： LDDR1=1 LDDR2=0 T4= 拨 动 输 入单 元 的 数据 开 关 生成 八 位 二进制数据Y 向寄存器B置数据： LDDR1=0 LDDR2=1 T4= 2022-3-5271.4 实验步骤实验步骤 4）验证寄存器验证寄存器A(DR1)和寄存器和寄存器B(DR2)中数据的正中数据的正确性，步骤如下：确性，步骤如下：关闭数据输入三态门关闭数据输入三态门(SW-B=1)，打开，打开ALU输出三态门输出三态门(ALU-B=0)。当当S3S0、初始状态时，控制开关均

20、在断开状态，、初始状态时，控制开关均在断开状态，ALU输出寄存器输出寄存器A的数据，对照总线指示灯数据。只接通的数据，对照总线指示灯数据。只接通S2和和S0控制开关控制开关(S2=0,S0=0)，其余开关状态不变，其余开关状态不变，ALU输出寄存器输出寄存器B的数据，对照总线指示灯数据。的数据，对照总线指示灯数据。如果两个寄存器显示数据与置入数据一致，表明实验装如果两个寄存器显示数据与置入数据一致，表明实验装置所用到单元电路、实验接线和操作都正确。否则必有置所用到单元电路、实验接线和操作都正确。否则必有实验环节发生错误，必须认真检查分析，找出出错原因。实验环节发生错误，必须认真检查分析，找出出

21、错原因。后续实验必须在上述结果正确无误的基础方可进行。后续实验必须在上述结果正确无误的基础方可进行。2022-3-5281.4 实验步骤实验步骤 5）验证验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能的算术运算和逻辑运算功能(正逻正逻辑辑)，在给定寄存器，在给定寄存器A(DR1=X)和寄存器和寄存器B(DR2=Y)数据的情况下，改变运算器的功能，数据的情况下，改变运算器的功能，观察运算器的输出，把相关功能下的输出结果观察运算器的输出，把相关功能下的输出结果填入表填入表2-2，并做出理论分析和比较，验证实，并做出理论分析和比较，验证实验的正确性。验的正确性。2022-3-529表2-2 运算器实验数

22、据记录表 2022-3-5301.5 实验注意事项实验注意事项 接线时将电源断开，全部接好线后检查无误，方可打开电源，严禁接线时将电源断开，全部接好线后检查无误，方可打开电源，严禁带电插拔连线。带电插拔连线。相互冲突的总线控制信号要确保互斥出现，否则会出现总线冲突，相互冲突的总线控制信号要确保互斥出现，否则会出现总线冲突，导致烧毁器件。导致烧毁器件。认真对待，反复检查、确认；不太确定的事情不能草率行事，经指认真对待，反复检查、确认；不太确定的事情不能草率行事，经指导老师确认后再做。导老师确认后再做。插拔排线时动作要慢，对准板子上的排针垂直插入和拔出，以免损插拔排线时动作要慢，对准板子上的排针垂

23、直插入和拔出，以免损伤排针和排线。伤排针和排线。当使用排线连接多个数据线和控制信号时，注意对应关系，排线中当使用排线连接多个数据线和控制信号时，注意对应关系，排线中各条线的颜色可以帮助辨认。各条线的颜色可以帮助辨认。实验前要认真阅读实验前要认真阅读实验指导书实验指导书，联系课堂所学知识，搞清楚电，联系课堂所学知识，搞清楚电路结构及工作原理，达到理论与实践相结合的目的。路结构及工作原理，达到理论与实践相结合的目的。每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录。每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录。根据实验内容写出实验报告。根据实验内容写出实验报告。2022-3-531实验一实验一 运算器实验

24、运算器实验 实验二实验二 进位运算和移位运算实验进位运算和移位运算实验实验四实验四 数据通路实验数据通路实验实验三实验三 存储器实验存储器实验实验目录2022-3-532实验二 进位运算和移位运算实验 实验目的和要求 实验设备 实验内容 实验步骤 实验注意事项2022-3-5332.1 实验目的和要求实验目的和要求 验证待进位控制的算术运算功能发生器的进位验证待进位控制的算术运算功能发生器的进位功能功能 验证移位控制的组合功能验证移位控制的组合功能 2022-3-5342.2 实验设备实验设备 JYS-4JYS-4计算机组成原理教学实验装置计算机组成原理教学实验装置排线、导线若干排线、导线若干

25、2022-3-5352.3 实验内容实验内容 1）进位计算实验原理）进位计算实验原理进位控制单元电路是在算术逻辑运算单元基础上增加进位控制单元电路是在算术逻辑运算单元基础上增加进位控制部分形成的单元电路，其作用是验证运算器进位控制部分形成的单元电路，其作用是验证运算器在进行运算的过程中是否产生进位，并将结果用指示在进行运算的过程中是否产生进位，并将结果用指示灯显示出来灯显示出来进位控制单元电路结构原理如图进位控制单元电路结构原理如图3-13-1，进位控制单元，进位控制单元电路以算术逻辑运算单元电路为基础，具有算术逻辑电路以算术逻辑运算单元电路为基础，具有算术逻辑运算单元所有控制信号，为控制进位

26、锁存器，增加了运算单元所有控制信号，为控制进位锁存器，增加了ARAR控制信号，当该信号处于低电平，同时发送控制信号，当该信号处于低电平，同时发送T4T4信号，信号，ALUALU进位被锁存在锁存器中进位被锁存在锁存器中 进位控制单元电路的数据通路进位控制单元电路的数据通路 2022-3-536图图3-1进位控制单进位控制单元电路结构元电路结构原理图原理图2022-3-5372.3 实验内容实验内容 2）移位运算实验原理）移位运算实验原理移位运算单元电路是运算器单元电路中负责完成二进移位运算单元电路是运算器单元电路中负责完成二进制数的逻辑左移、逻辑右移、算术左移、算术右移的制数的逻辑左移、逻辑右移

27、、算术左移、算术右移的器件及其移动控制操作电路来实现的器件及其移动控制操作电路来实现的 移位运算结构如图移位运算结构如图3-33-3，使用一片，使用一片74LS29974LS299作为移位发作为移位发生器，其八位输入生器，其八位输入/ /输出端以排针方式和总线单元电输出端以排针方式和总线单元电路连接。路连接。299-B299-B信号控制使能端，信号控制使能端，T4T4时序为时钟脉冲，时序为时钟脉冲，实验时将读写单元的实验时将读写单元的T4T4接至状态单元的接至状态单元的KK2KK2脉冲发生脉冲发生器，由器，由S0 S1 MS0 S1 M信号控制功能状态，其列表信号控制功能状态，其列表3-13-

28、1通过控制信号，改变单元功能。每使用一次通过控制信号，改变单元功能。每使用一次T4T4信号，信号，产生一次移位运算产生一次移位运算 2022-3-538表表3-1 移位控制功能表移位控制功能表2022-3-539图图3-3移位运算结移位运算结构图构图2022-3-5402.4 实验步骤实验步骤 1）进位计算实验步骤）进位计算实验步骤1按图按图3-2连接试验线路，连接完毕仔细检查无误后通电连接试验线路，连接完毕仔细检查无误后通电 2022-3-5412.4 实验步骤实验步骤 1）进位计算实验步骤）进位计算实验步骤2从输入单元电路向寄存器从输入单元电路向寄存器A和寄存器和寄存器B置数，步骤为：置数

29、，步骤为：关闭关闭ALU输出三态门输出三态门,开启输入三态门，开启输入三态门，要向要向DR1寄存器中输入寄存器中输入01010101，先将数据开关置，先将数据开关置01010101，将将LDDR1置置1，LDDR2置置0，按，按KK2发送发送T4脉冲，数脉冲，数据据01010101便送入寄存器便送入寄存器A中。再将数据开关置中。再将数据开关置10101010，将，将LDDR1置置0，LDDR2置置1，按，按KK2发送发送T4脉冲，数据脉冲，数据10101010便送入寄存器便送入寄存器B中。中。 2022-3-5422.4 实验步骤实验步骤 1）进位计算实验步骤）进位计算实验步骤3进位标志位清零

30、进位标志位清零 ，清零的方法是，将，清零的方法是，将S3 S2 S1 S0 M的状态置为的状态置为0 0 0 0 0，AR状态置为状态置为0（要注意的是清（要注意的是清零时零时DR1寄存器中的数不能等于寄存器中的数不能等于FF）。然后按动微动）。然后按动微动开关开关KK2。 。 2022-3-5432.4 实验步骤实验步骤 1）进位计算实验步骤）进位计算实验步骤4验证带进位运算及进位锁存功能验证带进位运算及进位锁存功能 ，实验使用加法运算，实验使用加法运算来验证。首先向来验证。首先向DR1、DR2置数，并将进位标志位清置数，并将进位标志位清零。然后使零。然后使ALU-B=0，S3 S2 S1

31、S0 M状态为状态为 1 0 0 1 0，此时将数据显示灯上显示的数据位，此时将数据显示灯上显示的数据位DR1、DR2加当加当前进位标志位，这个结果是否产生进位，则要按动微前进位标志位，这个结果是否产生进位，则要按动微动开关动开关KK2，若进位标志灯亮，表示无进位；反之，若进位标志灯亮，表示无进位；反之，则表示有进位则表示有进位 。 2022-3-5442.4 实验步骤实验步骤 2）移位运算实验步骤）移位运算实验步骤1按图按图3-4连接线路，将连接线路，将“W/R UNIT”的的T4接至接至“STATE UNIT”的的KK2。ALU UNIT的的AUJ1连接至连接至BUS UNIT再接再接到到

32、INPUT UNIT的的SWJ3，299-B S1 S0 M接到接到SWITCH UNIT相应接口。连接完毕检查无误后接通电源相应接口。连接完毕检查无误后接通电源 。 2022-3-5452.4 实验步骤实验步骤 2）移位运算实验步骤）移位运算实验步骤2置数：将数据输入单元的数据开关置成置数：将数据输入单元的数据开关置成01101011状状态，然后将态，然后将SW-B置为置为0。要置数时将。要置数时将S0置成置成1，S1置成置成1，此时，此时74LS299处于装数状态，按动微动开关处于装数状态，按动微动开关KK2发送发送T4信号，数据装入后再将信号，数据装入后再将SW-B置为置为1。移位操作：

33、参照表移位操作：参照表3-1改变改变S0 S1 M 299-B 状态，按状态，按动微动开关动微动开关KK2，就可观察移位结果。在实验过程，就可观察移位结果。在实验过程中，每按动一次中，每按动一次KK2键，显示灯显示数据就移动一键，显示灯显示数据就移动一位位 。 2022-3-5462.5 实验注意事项实验注意事项 1）全部接好线并检查无误方可通电，严禁带电插拔全部接好线并检查无误方可通电，严禁带电插拔排线；排线；2）每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录；每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录；3）根据实验内容写出实验报告；根据实验内容写出实验报告；2022-3-547实验一实验一 运

34、算器实验运算器实验 实验二实验二 进位运算和移位运算实验进位运算和移位运算实验实验四实验四 数据通路实验数据通路实验实验三实验三 存储器实验存储器实验实验目录2022-3-548实验三 存储器实验 实验目的和要求 实验设备 实验内容 实验步骤 实验注意事项2022-3-5493.1 实验目的和要求实验目的和要求 掌握静态随机存储器（掌握静态随机存储器（61166116）的工作原理及数）的工作原理及数据的读写方法据的读写方法 2022-3-5503.2 实验设备实验设备 JYS-4JYS-4计算机组成原理教学实验装置计算机组成原理教学实验装置排线、导线若干排线、导线若干示波器一台示波器一台202

35、2-3-5513.3 实验内容实验内容 1）存储器实验原理）存储器实验原理实验所用的静态存储器原理如图实验所用的静态存储器原理如图4-14-1，存储器，存储器由一片由一片61166116（2K2K* *8 8）构成，其数据线接至数据）构成，其数据线接至数据总线，地址线由地址锁存器给出。数据开关经总线，地址线由地址锁存器给出。数据开关经三态门连至数据总线，分时给出地址和数据。三态门连至数据总线，分时给出地址和数据。因地址寄存器为因地址寄存器为8 8位，接入位，接入61166116的地址的地址A7-A0A7-A0，而高三位而高三位A8-A10A8-A10接地，所以其实际容量为接地，所以其实际容量为

36、256256字节。字节。61166116有有3 3个控制线：个控制线：CECE（片选），（片选），OEOE（读控制），（读控制），WEWE（写控制）（写控制） 2022-3-5523.3 实验内容实验内容 1）存储器实验原理）存储器实验原理当片选信号有效（当片选信号有效（CE=0CE=0）时，）时，OE=0OE=0时进行读操时进行读操作（本电路中，作（本电路中，OEOE接地，只要片选信号接地，只要片选信号CE=0CE=0有有效，不在写状态就在读状态），效，不在写状态就在读状态），CE=0CE=0，WE=1WE=1时时进行写操作，其写时间与进行写操作，其写时间与T3T3脉冲宽度一致。实脉冲宽度一

37、致。实验时将验时将T3T3脉冲接至时序电路模块的脉冲接至时序电路模块的TS3TS3插孔中，插孔中，其脉宽可调，其他电平控制信号由其脉宽可调，其他电平控制信号由“SWITCH SWITCH UNIT”UNIT”单元的二进制开关模拟，其中单元的二进制开关模拟，其中SW-BSW-B为低为低电平有效，电平有效，LDARLDAR为高效电平有效为高效电平有效 2022-3-5533.3 实验内容实验内容 2）实验原）实验原理图理图2022-3-5543.4 实验步骤实验步骤 1）形成时钟脉信号形成时钟脉信号T3，操作步骤如下操作步骤如下 接通电源，接入示波器方波信号源输出孔接通电源，接入示波器方波信号源输

38、出孔H24H24，调节，调节电位器电位器W1W1，使，使H24H24端输出实验期望频率方波。端输出实验期望频率方波。将时序电路模块的将时序电路模块的和和H23H23排针相连。排针相连。将时序电路模块将时序电路模块“STOP”STOP”开关置为开关置为“RUN”RUN”状态，状态，“STEP”STEP”开关置为开关置为“EXEC”EXEC”状态，按动微动开关状态，按动微动开关STARTSTART，T3T3输出连续方波信号，调节电位器输出连续方波信号，调节电位器W W，用示波器观察，用示波器观察，使使T3T3输出实验要求脉冲信号。当输出实验要求脉冲信号。当“STOP”STOP”开关置为开关置为“R

39、UN”RUN”状态，状态，“STEP”STEP”开关置为开关置为“STEP”STEP”状态时，每状态时，每按动一次微动开关按动一次微动开关STARTSTART，则，则T3T3输出一个单脉冲，其脉输出一个单脉冲，其脉冲宽度与连续方式相同。冲宽度与连续方式相同。关闭电源。关闭电源。 2022-3-5553.4 实验步骤实验步骤 2）按图按图4-2连接实验线路，检查无误后接通电源连接实验线路，检查无误后接通电源 2022-3-5563.4 实验步骤实验步骤 3）存储器的存储器的00,01,02,03,04地址单元中分别写入地址单元中分别写入数据数据11,12,13,14,15, 操作步骤如下操作步骤

40、如下 2022-3-5573.4 实验步骤实验步骤 4）将存储器的）将存储器的00,01,02,03,04地址单元数据读出，地址单元数据读出，观察上述各单元内容是否与前面写入一致观察上述各单元内容是否与前面写入一致 , 操操作步骤如下（以从作步骤如下（以从0号单元读出数据为例）号单元读出数据为例） 2022-3-5583.5 实验注意事项实验注意事项 1）全部接好线并检查无误方可通电，严禁带电插拔全部接好线并检查无误方可通电，严禁带电插拔排线；排线；2）每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录；每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录；3）根据实验内容写出实验报告；根据实验内容写出实验报告

41、；2022-3-559实验一实验一 运算器实验运算器实验 实验二实验二 进位运算和移位运算实验进位运算和移位运算实验实验四实验四 数据通路实验数据通路实验实验三实验三 存储器实验存储器实验实验目录2022-3-560实验四 数据通路实验 实验目的和要求 实验设备 实验内容 实验步骤 实验注意事项2022-3-5614.1 实验目的和要求实验目的和要求 在在JYS-4JYS-4实验装置上模拟计算机最基本的工作实验装置上模拟计算机最基本的工作过程，打通过程，打通“键盘键盘”、“CPU”CPU”、“RAM”RAM”之间之间的数据通路的数据通路 。掌握计算机的数据通路组成及其工作原理掌握计算机的数据通

42、路组成及其工作原理 2022-3-5624.2 实验设备实验设备 JYS-4JYS-4计算机组成原理教学实验装置计算机组成原理教学实验装置排线、导线若干排线、导线若干2022-3-5634.3 实验内容实验内容 1）数据通路实验原理）数据通路实验原理该实验实际是上述实验一与实验三的综合实验。该实验实际是上述实验一与实验三的综合实验。把把JYS-4实验装置上的实验装置上的INPUT DEVICE、SWITCH UNIT、SIGNAL UNIT、STATE UNIT、ALU UNIT、MAIN MEM、ADDRESS UNIT、BUS UNIT、W/R UNIT、OUTPUT DEVICE等单元电

43、路连接起来，构等单元电路连接起来，构成一个最基本的计算机系统，以模拟计算机的成一个最基本的计算机系统，以模拟计算机的实际工作过程。电路构成也是运算器实验和存实际工作过程。电路构成也是运算器实验和存储器实验电路的综合，如图储器实验电路的综合，如图5-12022-3-564图5-1数据通路实验原理图 2022-3-5654.3 实验内容实验内容 1）数据通路实验原理）数据通路实验原理在本装置开关单元里，在本装置开关单元里，LDDR1LDDR1与与CECE、LDDR2LDDR2与与WEWE分别共用一个控制开关，在前面实验中，这两分别共用一个控制开关，在前面实验中，这两个开关不矛盾。但本实验里，这四个

44、控制信号个开关不矛盾。但本实验里，这四个控制信号都用到，因而产生矛盾，为解决这个问题，规都用到，因而产生矛盾，为解决这个问题，规定在本实验接线时，保持图定在本实验接线时，保持图2-22-2接线不变，将接线不变，将图图4-24-2中存储器单元的片选信号中存储器单元的片选信号(CE)(CE)输入端连输入端连接至开关单元里的接至开关单元里的ARAR控制端，同时将写存储器控制端，同时将写存储器控制信号控制信号(WE)(WE)输入端连接至开关单元里的输入端连接至开关单元里的SWASWA输。如有其他信号冲突，可用类似办法解决输。如有其他信号冲突，可用类似办法解决 2022-3-5664.4 实验步骤实验步

45、骤 1）接线前的准备、实验电路的接线程序参见实验接线前的准备、实验电路的接线程序参见实验一和实验三。一和实验三。 2）从输入单元电路输入四个八位二进制数据，并从输入单元电路输入四个八位二进制数据，并存入存储器单元存入存储器单元(四个数据及四个存放数据的内四个数据及四个存放数据的内存单元地址由各组定义，但要求不能与其它组存单元地址由各组定义，但要求不能与其它组定义的数据相同定义的数据相同) 2022-3-5674.4 实验步骤实验步骤 3）从内存单元取出两组八位二进制分别送入从内存单元取出两组八位二进制分别送入DR1和和DR2，并进行四种不同的算术运算，并把不，并进行四种不同的算术运算，并把不同

46、算术运算的结果保存在存储器单元里同算术运算的结果保存在存储器单元里4）再从内存单元里取出剩下的两个原始数据分别再从内存单元里取出剩下的两个原始数据分别送入送入DR1和和DR2，并进行四种不同的逻辑运算，并进行四种不同的逻辑运算，并把不同逻辑运算结果存入存储器单元里并把不同逻辑运算结果存入存储器单元里5）分别从存储器单元读出算术运算和逻辑运算的分别从存储器单元读出算术运算和逻辑运算的结果，并进行理论分析其正确性结果，并进行理论分析其正确性 2022-3-5684.5 实验注意事项实验注意事项 1）全部接好线并检查无误方可通电，严禁带电插拔全部接好线并检查无误方可通电，严禁带电插拔排线；排线；2）

47、每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录；每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录；3）根据实验内容写出实验报告；根据实验内容写出实验报告；2022-3-569实验一实验一 运算器实验运算器实验 实验二实验二 进位运算和移位运算实验进位运算和移位运算实验实验四实验四 数据通路实验数据通路实验实验三实验三 存储器实验存储器实验实验目录实验五实验五 微程序控制实验微程序控制实验实验六实验六 基本模型机的设计与实现基本模型机的设计与实现2022-3-570实验五 微控制器实验 实验目的和要求 实验设备 实验内容 实验步骤 实验注意事项2022-3-5715.1 实验目的和要求实验目的和要求 掌握

48、时序产生器的组成原理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掌握微程序控制器的组成原理掌握微程序的编制、写入，观察微程序掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行的运行2022-3-5725.2 实验设备实验设备 JYS-4JYS-4计算机组成原理教学实验装置计算机组成原理教学实验装置排线、导线若干排线、导线若干2022-3-5735.3 实验内容实验内容 1 实验原理实验原理（1 1）微程序控制器工作）微程序控制器工作原理原理微程序控制器是根据微地址微程序控制器是根据微地址寄存器指向的微代码地址，寄存器指向的微代码地址，把预先存储在微程序控制存把预先存储在微程序控制存储器里面的微代码

49、，在时序储器里面的微代码，在时序电路的控制下，通过指令译电路的控制下，通过指令译码器解释成各单元电路的控码器解释成各单元电路的控制信号，以协调整机工作的制信号，以协调整机工作的单元电路单元电路 2022-3-5745.3 实验内容实验内容 时序电路时序电路 实验所用的时序电路原理如图实验所用的时序电路原理如图5-15-1所所示，可产生示，可产生4 4个等间隔的时序信号个等间隔的时序信号TS1-TS4TS1-TS4，为时钟信号，由实验台为时钟信号，由实验台左上方的方波信号源提供，可产生左上方的方波信号源提供，可产生频率及脉冲宽度可调的方波信号频率及脉冲宽度可调的方波信号 。当当STEPSTEP开

50、关为开关为EXECEXEC时，按下启动键，时，按下启动键，时序信号时序信号TS1-TS4TS1-TS4将周而复始地发送将周而复始地发送出去。当出去。当STEPSTEP为为STEPSTEP时，按下启动时，按下启动键，机器便处于单步运行状态，此键，机器便处于单步运行状态，此时只发送一个时只发送一个CPUCPU周期的时序信号就周期的时序信号就停机。利用单步方式，每次只读一停机。利用单步方式，每次只读一条微指令，可观察微指令的代码与条微指令，可观察微指令的代码与当前微指令的执行结果当前微指令的执行结果 2022-3-5755.3 实验内容实验内容 （2）微程序控制器单元电路微程序控制器单元电路 微程序

51、控制电路的组成如图微程序控制电路的组成如图5-25-2，其中控制存储器采用，其中控制存储器采用3 3片片28162816的的E2PROME2PROM，具有断电保护功能，微指令寄存器，具有断电保护功能，微指令寄存器1818位，用两片位，用两片8D8D触发器触发器(273)(273)和一片和一片4D(175)4D(175)触发器组成。触发器组成。微地址寄存器微地址寄存器6 6位，用三片正沿触发的双位，用三片正沿触发的双D D触发器触发器(74)(74)组组成成 。实验中设有一个编程开关实验中设有一个编程开关( (位于实验板右上方位于实验板右上方) )，它具有，它具有三种状态：三种状态：PROM(P

52、ROM(编程编程) )、READ(READ(校验校验) )、RUN(RUN(运行运行) ) 。“编程状态编程状态”时，可根据微地址和微指令格式将微指令时，可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器二进制代码写入到控制存储器2816E2PROM2816E2PROM中。中。 “ “校验校验状态状态”时，可对写入控制存储器中的二进制代码进行验时，可对写入控制存储器中的二进制代码进行验证。证。“运行状态运行状态”时，给出微程序的入口微地址，可根时，给出微程序的入口微地址，可根据微程序流程图自动执行微程序。据微程序流程图自动执行微程序。2022-3-5762022-3-5775.3 实验

53、内容实验内容 (3) (3) 微指令格式微指令格式 ，微指令长共微指令长共2424位，其控制位顺序表位，其控制位顺序表5-15-12022-3-5785.3 实验内容实验内容 （4）指令译码电路的原理）指令译码电路的原理 uA5-uA0uA5-uA0为为6 6位后续的微地址，位后续的微地址，A,B,CA,B,C三个译码字段，分三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位。别由三个控制位译码出多位。C C字段中的字段中的P(1)-P(4)P(1)-P(4)是四个测试字位。其功能是根据机是四个测试字位。其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微器指令及相应微代码进行译码，使微程序转

54、入相应的微地址入口，从而实现微程序中的顺序、分支、循环进行，地址入口，从而实现微程序中的顺序、分支、循环进行，其原理如图其原理如图5-35-3所示，图中所示，图中I7-I2I7-I2为指令寄存器的第为指令寄存器的第7-27-2位输出，位输出，SE5-SE1SE5-SE1为微程序控制器单元微地址锁存器的为微程序控制器单元微地址锁存器的强置端输出强置端输出 。2022-3-579图5-3 C字段译码原理图2022-3-5805.4 实验步骤实验步骤 1）编制微程序，图编制微程序，图5-5为几条机器指令对应的参考微程序为几条机器指令对应的参考微程序流程图，将全部微程序按微指令格式变成二进制代码流程图

55、，将全部微程序按微指令格式变成二进制代码 2022-3-5812022-3-582图5-5 微程序流程图2022-3-5835.4 实验步骤实验步骤 2）根据上述微程序流程图，将其微命令转换成相应的二根据上述微程序流程图，将其微命令转换成相应的二进制代码如下表进制代码如下表5-2。其内容实质即为可运行的微程序。其内容实质即为可运行的微程序2022-3-5842022-3-5855.4 实验步骤实验步骤 3）实验线路连接实验线路连接 2022-3-5865.4 实验步骤实验步骤 4）微程序的写入与运行微程序的写入与运行 编程编程p将编程开关置为将编程开关置为PROM(编程编程)状态。状态。p将实

56、验板将实验板“STEP”开关置开关置“STEP”状态，状态，“STOP”开关置开关置“RUN”状态状态p用二进制模拟开关置微地址用二进制模拟开关置微地址MA5-MA0。p在在MK24-MK1开关上置微代码，开关上置微代码，24位开关对应位开关对应24位显示灯，位显示灯，p开关置为开关置为“0”时灯亮，开关置为时灯亮，开关置为“1”时灯灭。时灯灭。p启动时序电路启动时序电路(按动自动按钮按动自动按钮“START”),即将微代码写入到即将微代码写入到2816EPROM的相应地址对应的单元中。的相应地址对应的单元中。p重复重复-步骤，将表步骤，将表6-2的微代码写入的微代码写入2816EPROM 2

57、022-3-5875.4 实验步骤实验步骤 4）微程序的写入与运行微程序的写入与运行 校验校验p将编程开关设置为将编程开关设置为READ(校验校验)状态。状态。p将实验板将实验板“STEP”开关置开关置“STEP”状态，状态，“STOP”开关置开关置“RUN”状态状态p用二进制开关置好微地址用二进制开关置好微地址MA5-MA0。p按动按动“START”键，启动时序电路，读出微代码，观察显示灯键，启动时序电路，读出微代码，观察显示灯MD24-MD1的状态的状态( 灯亮为灯亮为“0”，灭为，灭为“1”),检查读出的微代码是检查读出的微代码是否与写入的相同。若不同，则将开关置于否与写入的相同。若不同

58、，则将开关置于PROM编程状态，重新执编程状态，重新执行行“编程编程”即可即可p重复重复、步骤，直至把需要校验的内容都校验完成为止步骤，直至把需要校验的内容都校验完成为止 2022-3-5885.4 实验步骤实验步骤 4）微程序的写入与运行微程序的写入与运行 单步运行单步运行p将编程开关置于将编程开关置于“RUN(运行运行)”状态。状态。p实验板的实验板的“STEP”及及“STOP”开关保持原状。开关保持原状。p按动按动CLR开关使开关使CLR信号信号101。微地址寄存器。微地址寄存器MA5-MA0清零，清零，从而明确本机的运行入口微地址为从而明确本机的运行入口微地址为000000(二进制二进

59、制)。p按动按动“START”键，启动时序电路，读出一条微指令后停机，此键，启动时序电路，读出一条微指令后停机，此时实验台上的微地址显示灯和微命令显示灯将显示所读出的一条指时实验台上的微地址显示灯和微命令显示灯将显示所读出的一条指令。令。p将将“MICRO-CONTROLLER”单元的单元的SE6-SE1接至接至“SWITCH UNIT”中的中的UA5-UA0对应二进制开关上，通过强置端对应二进制开关上，通过强置端SE1-SE6人为人为设置分支地址。人为设置分支地址时，是将某个或几个二进制开关设置分支地址。人为设置分支地址时，是将某个或几个二进制开关置为置为“”,相应的微地址位即被强置为相应的

60、微地址位即被强置为“”,从而改变下一条微从而改变下一条微指令的地址。指令的地址。 2022-3-5895.4 实验步骤实验步骤 4）微程序的写入与运行微程序的写入与运行 连续运行连续运行p将编程开关置为将编程开关置为“RUN(运行运行)”状态。状态。p将实验板的单步开关将实验板的单步开关“STEP”置为置为“EXEC”状态。状态。p使使CLR从从101，此时微地址寄存器清，此时微地址寄存器清“0”,从而给出取从而给出取指微指令的入口地址为指微指令的入口地址为000000(二进制二进制)。p启动时序电路，则可连续读出微指令启动时序电路，则可连续读出微指令 2022-3-5905.5 实验注意事项