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计算机组成原理实验指导书

计算机科学技术学院硬件实验室

周天剑

TOC\o1-3\h\z\u目录

第一章 实验箱介绍 １

1.1、DVCC实验机系统硬件性能 １

1.2、DVCC实验机系统软件性能 ２

1.3、DVCC实验机系统技术指标 ２

第二章 实验指导 ４

实验一8位算术逻辑运算实验 ５

实验二带进位控制8位算术逻辑运算实验 ７

实验三移位运算器实验 ９

实验四存储器实验 １０

实验五微控制器实验 １２

实验六根本模型机的设计与实现 １７

实验七带移位运算的模型机的设计与实现 ２３

实验八复杂模型机的设计与实现 ２９

实验九*大规模集成电路应用实验 ３６

实验箱介绍

1.1、DVCC实验机系统硬件性能

一、8位字长、16位字长兼容设计

教学计算机字长主要取决于运算器。运算器的主体局部，在用2片74LS181芯片级联而成时，就构成8位的运算器；在用4片74LS181芯片级联而成时，就构成16位的运算器。教学计算机的字长是8位还是16位，对学习计算机组成原理这门课虽然没有什么实质性的影响，但为了让学生对字长的概念有更深刻的理解和认识，在本机上可同时提供出8位、16位字长的两种运算器功能。

二、采用总线结构

实验机采用总线结构，使实验计算机具有结构简单清晰、扩展方便、灵活易变等诸多优点，系统内有3组总线；数据总线，地址总线和控制总线。其中，数据总线和地址总线用8芯排针引出，实验时只要少些接线即可。

三、提供计算机根本功能模块

DVCC实验机为学生提供了运算器模块ALU、存放器堆模块、指令部件模块、内存模块、微程序模块、启停和时序电路模块、控制台控制模块以及扩展模块。各功能模块的输出均通过三态器件，局部模块〔每个实验均用到〕间的总线已连好，另一局部模块的总线实验者可按需要连接。各模块所用的控制线全部用跳线器跳接，简单方便。

四、提供扩展模块

DVCC实验计算机为实验者提供创造性设计的平台，板上扩展了在系统可编程大规模电路CPLD器件ISP1032E(LATTICE公司)，他的全部引脚对外开放，实验者完全根据自己的设计思路进行计算机组成原理设计、仿真、综合，并且下载到器件中，再验证其设计的正确性，最终完成设计。

五、提供智能化控制台

控制台由8位单片微机控制，为调试和使用实验计算机提供良好的条件。

实验计算机在时，实验者可通过控制台将程序装入控存中，可以读出控存或内存指令单元中的内容并且显示。

实验计算机运行时，可由控制台控制实验计算机从指定的地址开始运行程序，并可以人工干预使其停止运行；业可控制实验计算机逐条逐拍的运行，并自动测量和显示每一拍运行后的地址总线、数据总线和微地址以及微程序的内容。

六、实验接线量少、实验效率高

具有上述特性的DVCC实验计算机很大程度减少了实验者的接线工作量，因而减少了出错的可能性，以利于实验的正常顺利进行，让实验者在有限的实验时间内将精力集中在实验的关键局部。特别是进行整机实验时，学生可以集中时间和精力按要求设计实验计算机整机逻辑、指令系统及相应的控制器。但在用CPLD器件设计时，实验者接线量相对多些，因为采用CPLD器件设计时，本身就是一种创新性设计，实践性强，更有利于培养实验者的实践能力和创新开拓能力。

1.2、DVCC实验机系统软件性能

DVCC实验机系统在控制软件的协调下，提供灵活的实验操作方式。在实验计算机独立使用时，通过拨动开关及发光二极管以及二进制数码形式进行输入、编程、显示、调试，而且数据的输入/输出显示为高电平亮，低电平灭，符合人们的习惯；在实验计算机通过RS232通信接口与上位机联机时，可以在上位机上进行编程、相互传送装载实验程序、动态调试和运行实验程序等全部操作，实验者可根据实验题目的需要在两种实验操作方式之间随意切换。

DVCC实验计算机系统提供WINDOWS环境下集成调试软件，有多个显示窗口，如存放器窗、微代码窗、程序代码窗、动态代码调试窗、实时数据流动显示窗等，可在屏幕上显示本实验计算机的组成逻辑示意图，如图1－2所示；微代码、程序代码直接屏幕修改、编程；微代码字段直接动作解释；调试运行过程实时动态跟踪显示，如数据流的流向及数据总线、地址总线、控制总线的各种信息，使调试过程极为生动形象；并具有逻辑示波器测量等强大功能。为实验者提供了良好的实验操作环境，增强实验者学习、实验的兴趣，从而提高教学效果。

在DVCC实验计算机上还配有双通道虚拟示波器测量软件，用于实验过程中信号的观察，以便在设计性、创新性实验过程中及时分析排除故障，这样，可以减少实验室硬件设备的投入，提高实验设备的综合利用率。

1.3、D