计算机组成原理实验.docVIP

目 录 第1篇　概 述 １ 第2篇 实验项目 4 实验1 运算器算术逻辑运算 4 实验2 运算器进位控制实验 7 实验3 运算器移位控制实验 8 实验4 存储器读/写实验 10 实验5 总线数据传送控制实验 12 实验六 控制器实验一（微码装入与执行） 14 实验7 控制器实验二（简单模型机设计与实现） 18 实验8　带移位功能的模型机设计与实现 24 实验9　具有中断功能的模型机设计与实现 29 实验10 复杂模型机的设计与实现 35 第3篇　附　录 45 附录1 指 令 系 统 45 附录2 系统硬件构成 52 附录3 上位机软件操作 78 附录4 芯片资料 88 第1篇　概 述 1 系统的功能特点 该实验系统主要是为配合《计算机组成原理》、《计算机组成与系统结构》课程的教学而研制的，具有如下特点： 实验仪硬件主要由微过程控制器、存储器、运算器、寄存器、中断向量、地址、指令译码、输入输出及总线各单元电路组成；实验时只需将各单元之间有关的信号线进行连接即可；具有接线错误诊断功能。 实验仪具有8位指令系统，24位微指令格式，提供了Windows软件支持，通过采集实验仪各单元的控制信号和数据，使上位机（PC机）实时监测实验仪的指令运行过程、数据流向、信号状态和时序波形等，并可在界面上设置、修改、下装指令码和微指令码，从而对下位机（实验仪）的工作进行单步、连续及快慢执行的控制。还可以在仿真方式下，实现实验仪的操作过程和实验结果状态分析。 实验指导书提供了循序渐进的实验项目。首先是在脱机方式下用手动开关给出控制信号，控制运算器、寄存器、存储器、输入/输出各单元的运行，通过观察数据灯、地址灯和状态灯了解运行情况，使学生分别理解各单元的工作原理。然后在联机方式下，由少至多地进行指令类型设置，最终掌握整机部件的工作原理。 实验仪具有中断响应、中断允许、中断禁止和中断向量的读入等中断处理控制功能。 实验仪可选择配置CPLD芯片，应用EDA设计环境对硬件电路单元进行设计编程，下载到CPLD芯片，通过连接线来取代实验仪上的某个单元电路，这样可以培养学生的硬件设计能力。 2 技术指标 机器字长为8位。即运算器、存储器、寄存器和数据总线均为8位，地址总线也是8位。 指令条数为28条。指令字长8位，其中基本操作码4位，即当寄存器地址为两个时，这些指令操作码为4位，源寄存器地址2位，目标寄存器地址2位，而当寄存器地址为单个时，可实现指令操作码的扩展，这些指令操作码为6位，寄存器地址2位。指令寻址方式有直接寻址、间接寻址、变址寻址、相对寻址。指令类型有传送指令、算术逻辑运算指令、条件转移和无条件转移指令、输入/输出指令、调用子程序指令、返回指令、停机指令。还可以根据硬件组成自己设计各种指令。 采用6116RAM芯片作为指令主存。使用低8位地址寻址，256个字节单元存放用户程序和数据，可在RAM中设置堆栈区，由堆栈指针SP指向。 由二片74LS181芯片串联形成8位算术和逻辑运算器，再由74LS299组成移位运算器，并由GAL芯片组成进位控制和判零电路。由4片74LS374组成4个8位的通用寄存器，其中R3可做为堆栈指针SP，R2可做为变址寄存器SI。 微控制存储器由3片2816EEPROM组成，容量为12824位，可存放128条指令。控存中的微指令可根据指令的功能及微指令的格式自行设计。 指令的输入可通过下位机上的手动单元拨动输入，也可在上位机的软件界面内输入或修改并下装到实验仪上。 实验仪上的时钟产生电路产生300HZ左右的时钟信号及T1、T2、T3、T4时钟周期，以提供整个实验仪电路的时序所需。在执行指令和微指令期间，上位机界面可实时显示整机所有的控制信号时序状态。 实验仪上提供了指令地址灯（8位）、控制信号开关及灯18个、数据总线灯（8位）、微地址灯（7位）、微指令灯（24位）。 第2篇 实验项目 实验1 运算器算术逻辑运算 1.实验目的 （1）掌握运算器的简单数据传送通路； （2）验证运算器功能发生器（74LS181）的运算功能。 2.实验设备 YY-Z02计算机组成原理教学实验系统一台,排线若干。 3.实验原理 运算器数据通路如图1-1所示。其中运算器单元（ALU UNIT）的两个暂存器DA1和DA2的数据输入端已由暗线连接至总线（BUS UNIT）的D7～D0，两片74LS181的输出通过三态缓冲器74LS245，由排针短路器引出到总线，数据开关输入设备（INPUT DEVICE）经排线短路器接至总线，以拨入或输出数据D7～D0。其它相关的各种控制信号可直接从手动单元（MANUAL UNIT）控制。实验时，进行运算的两个数据从总线上分别打入暂存器DA1和DA2（先下后上拨动一下），在控制信号S0、S1、