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计算机组成与结构 实验

计算机组成与结构 实验. 苏州大学计算机基础课实验教学中心. 目录. 实验准备 实验一：运算器实验 实验二：存储器实验 实验三：微控器实验 实验四：基本模型机设计与实现 实验五：复杂模型机设计与实现. 实验准备. 实验箱介绍 导线 实验接线. ALU 单元. 微控单元. 输出单元. 总线单元. 主存单元. 输入单元. 开关单元. 实验准备. 实验箱介绍（ 1 ）. 实验设备采用 TDN-CM++ 教学实验箱. 实验准备. 实验箱介绍（ 2 ）. 灯亮表示 0 ，灯灭表示 1 开关的值（ 0 或 1 ）标在开关组的左边

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计算机组成与结构 实验

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Presentation Transcript

  1. 计算机组成与结构实验 苏州大学计算机基础课实验教学中心

  2. 目录 • 实验准备 • 实验一：运算器实验 • 实验二：存储器实验 • 实验三：微控器实验 • 实验四：基本模型机设计与实现 • 实验五：复杂模型机设计与实现 计算机基础课实验教学中心

  3. 实验准备 • 实验箱介绍 • 导线 • 实验接线 计算机基础课实验教学中心

  4. ALU 单元 微控单元 输出单元 总线单元 主存单元 输入单元 开关单元 实验准备 实验箱介绍（1） 实验设备采用TDN-CM++教学实验箱 计算机基础课实验教学中心

  5. 实验准备 实验箱介绍（2） • 灯亮表示0，灯灭表示1 • 开关的值（0或1）标在开关组的左边 • 有白线连起来的表示导通 计算机基础课实验教学中心

  6. 8线 2线 实验准备 导线 实验使用排线，一根排线相当于2～8根导线 计算机基础课实验教学中心

  7. 实验准备 实验接线 注意：1.接线时必须断电 2.接线时注意高位对高位，低位对低位 计算机基础课实验教学中心

  8. 实验一 运算器实验 • 实验目的 • 实验原理 • 实验步骤 计算机基础课实验教学中心

  9. 实验一 运算器实验 实验目的 • 验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能 计算机基础课实验教学中心

  10. 实验一 运算器实验 实验原理（1） 计算机基础课实验教学中心

  11. 实验一 运算器实验 实验原理（2） 74LS181 计算机基础课实验教学中心

  12. 实验一 运算器实验 实验原理（3） 计算机基础课实验教学中心

  13. 实验一 运算器实验 实验步骤（1） 1.按实验接线图连接实验线路，查线无误，接通电源。 计算机基础课实验教学中心

  14. LDDR1=1 LDDR2=0 T4= ALU-B=1 SW-B=0 LDDR1=0 LDDR2=1 T4= ALU-B=1 SW-B=0 实验一 运算器实验 实验步骤（2） 2.数A送入DR1，数B送入DR2 数A 数B 计算机基础课实验教学中心

  15. S3 S2 S1 S0 M 1 1 1 1 1 总线指示灯 显示数A S3 S2 S1 S0 M 1 0 1 0 1 总线指示灯 显示数B 实验一 运算器实验 实验步骤（3） 3.检验DR1，DR2中存的数据是否正确 ALU-B=0 SW-B=1 ALU-B=0 SW-B=1 计算机基础课实验教学中心

  16. 实验一 运算器实验 实验步骤（4） 4.验证74LS181的功能，记录实验结果 改变运算器的功能设置，记录总线指示灯显示的数据，并和理论分析进行比较、验证。 计算机基础课实验教学中心

  17. 实验二：存储器实验 • 实验目的 • 实验原理 • 实验步骤 计算机基础课实验教学中心

  18. 实验二 存储器实验 实验目的 • 掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法。 计算机基础课实验教学中心

  19. 实验二 存储器实验 实验原理 计算机基础课实验教学中心

  20. 实验二 存储器实验 实验步骤（1） 1.按实验接线图连接实验线路，查线无误，接通电源。 计算机基础课实验教学中心

  21. SW-B=0 CE=1 LDAR=1 T3= CE=0 WE=1 T3= SW-B=0 LDAR=0 数A 实验二 存储器实验 实验步骤（2） 2.给存储器的00地址单元写入数A 地址 00 计算机基础课实验教学中心

  22. SW-B=0 CE=1 LDAR=1 T3= SW-B=1 CE=0 WE=0 LDAR=0 总线指示灯 显示数A 实验二 存储器实验 实验步骤（3） 3.读出存储器00地址单元的数据 地址 00 计算机基础课实验教学中心

  23. 实验二 存储器实验 实验步骤（4） 4.参照步骤2，分别将数据11、12、13写入存储器的01、02、03地址单元； 5.参照步骤3，分别读出存储器01、02、03地址单元的内容，观察各单元的内容是否与前面写入的一致。 计算机基础课实验教学中心

  24. 实验三：微控器实验 • 实验目的 • 实验原理 • 实验步骤 计算机基础课实验教学中心

  25. 实验三 微控器实验 实验目的 • 掌握微程序控制器的组成原理。 • 掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行。 计算机基础课实验教学中心

  26. 实验三 微控器实验 实验原理 计算机基础课实验教学中心

  27. 实验三 微控器实验 微指令格式 微指令字长共24位,uA5~uA0为6位的后继地址。A,B,C为三个译码字段 计算机基础课实验教学中心

  28. 实验三 微控器实验 微指令解释（1） • S3,S2,S1,S0,M,Cn是74LS181的控制信号: • 000000且ALU-B为A加1 • 000001且ALU-B为F=A • 000011且ALU-B为F=A’ • 001111且ALU-B为F=0 • 100101且ALU-B为A加B • 101110且ALU-B为F=AB • WE是存储器的读/写控制信号: • WE=0为读信号 WE=1为写信号 计算机基础课实验教学中心

  29. 实验三 微控器实验 微指令解释（2） • 扩展单元(EX UNIT): • A9A8=00时,Y0=0, A9A8=01时, Y1=0 • A9A8=10时,Y2=0, A9A8=11时, Y3=0 • A9A8=(0)00:由Y0和SW-B相连，即SW-B=0 • A9A8=(1)01:由Y1和CE相连，即CE(CS)=0 • A9A8=(2)10: 由Y2和LED-B相连，即LED-B=0 • A9A8=(3)11:不用 计算机基础课实验教学中心

  30. 实验三 微控器实验 微指令解释（3） 计算机基础课实验教学中心

  31. A字段 • LDR0=LDRi·(I1·I0=00), R0接收BUS数据 LDR1=LDRi·(I1·I0=01), R1接收BUS数据 LDR2=LDRi·(I1·I0=10), R2接收BUS数据 LDDR1是运算单元的第一操作数存储单元DR1 接收BUS数据 LDDR2是运算单元的第二操作数存储单元DR2接收BUS数据 LDIR 是指令寄存器接收BUS数据 LOAD+ LDPC 是PC接收BUS的数据 LDPC PC增1 LDAR 是BUS送地址到地址寄存器AR 计算机基础课实验教学中心

  32. 寄存器选通 • LDR0=LDRi·(I1I0=00) • LDR1=LDRi·(I1I0=01) • LDR2=LDRi·(I1I0=10) • R0-B=RS-B·(I3I2=00)或RD-B·(I1I0=00) • R1-B=RS-B·(I3I2=01)或RD-B·(I1I0=01) • R2-B=RS-B·(I3I2=10)或RD-B·(I1I0=10)或RI-B(变址只能是R2) 计算机基础课实验教学中心

  33. B字段 • R0-B=RS-B(I3I2=00)+RD-B(I1I0=00),R0送数据到BUS • R1-B=RS-B(I3I2=01)+RD-B(I1I0=01),R1送数据到BUS • R2-B=RS-B(I3I2=10)+RD-B(I1I0=10)+RI-B,R2送数据到BUS • +是或操作 • RI-B:RI(变址,规定为R2)送数据到BUS • 299-B:74LS299送数据到BUS • ALU-B:74LS181送数据到BUS • PC-B:74LS161送数据到BUS 计算机基础课实验教学中心

  34. C字段 • P(1): 将I7I6I5I4(操作码)加入微地址 • P(2): 将寻址模式M加入微地址 • P(3): 将条件转移成功加入微地址 • P(4): 将SWB,SWA的状态加入微地址 • AR: 是否将运算结果置CY(进位)和ZI(零) • LDPC: PC+1 • LDPC+LOAD：BUS的数据送PC 计算机基础课实验教学中心

  35. 实验三 微控器实验 微地址转移 • SE6=1 • SE5= • SE4 SE3 SE2 SE1=(I7 I6 I5 I4) ·P1(操作码) • SE2 SE1=(I3 I2) ·P2(寻址方式M) • SE2 SE1=(SWB SWA) ·P4 计算机基础课实验教学中心

  36. 实验三 微控器实验 实验步骤（1） 1.按实验接线图连接实验线路，查线无误，接通电源。 计算机基础课实验教学中心

  37. STEP=STEP STOP=RUN UA5~UA0 微地址 微代码 写入 2816 MK24～MK1 微代码 按START 实验三 微控器实验 实验步骤（2） 2.写微程序 MJ20 PROM 计算机基础课实验教学中心

  38. STEP=STEP STOP=RUN UA5~UA0 微地址 MD24～MD1 微代码 按START 实验三 微控器实验 实验步骤（3） 3.校验 MJ20 READ 计算机基础课实验教学中心

  39. STEP=STEP/EXEC STOP=RUN CLR 1 0 1 UA5~UA0＝ 微地址 MD24～MD1＝微代码 按START 实验三 微控器实验 实验步骤（4） 4.运行 MJ20 RUN 计算机基础课实验教学中心

  40. 微地址修改操作 • S3~Cn接SE6~SE1 • 若要执行002301则应 • CLR 101 • 按START，此时微地址灯显示“20” • 将SE2，SE1置00，此时微地址灯显示“23” • 将SE2 ，SE1置11 • 按START，此时微地址灯显示“01” • 按START执行01微地址里的微代码 计算机基础课实验教学中心

  41. 实验四：基本模型机设计与实现 • 实验目的 • 指令系统 • 数据通路框图 • 微程序流程图 • 程序 • 微程序 • 实验步骤 计算机基础课实验教学中心

  42. 实验四 基本模型机 实验目的 • 在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其构造成一台基本模型计算机。 • 为该模型机定义五条机器指令，并编写相应的微程序，调试掌握整机概念。 计算机基础课实验教学中心

  43. 实验四 基本模型机 指令系统 注：xxxx xxxx为addr对应的二进制地址码 计算机基础课实验教学中心

  44. 实验四 基本模型机 数据通路框图 计算机基础课实验教学中心

  45. 实验四 基本模型机 微程序流程图 计算机基础课实验教学中心

  46. 机器指令 代码 十六进制 地址 实验四 基本模型机 程序 $P0000 $P0110 $P020A $P0320 $P040B $P0530 $P060B $P0740 $P0800 $P0A01 计算机基础课实验教学中心

  47. 十六进制 地址 微指令 代码 实验四 基本模型机 微程序 $M00018110 $M0D02820l $M0101ED92 $M0E00E00F $M0200C048 $M0F00A015 $M0300E004 $M1001ED92 $M0400B005 $M1101ED94 $M0501A206 $M1200A017 $M06959A01 $M13018001 $M0700E00D $M14002018 $M08001001 $M15070A01 $M0901ED83 $M1600D181 $M0A01ED87 $M17070A10 $M0B0lED8E $M18068A11 $M0C01ED96 计算机基础课实验教学中心

  48. 实验四 基本模型机 实验步骤（1） 1.按实验接线图连接实验线路，查线无误，接通电源。 计算机基础课实验教学中心

  49. 实验四 基本模型机 实验步骤（2） 2.联机读写程序和微程序。 编辑程序和微程序文件EX1.TXT，用联机软件的装入文件功能（F4）将该文件装入实验系统。 计算机基础课实验教学中心

  50. 实验四 基本模型机 实验步骤（3） 3.运行程序。 用联机软件的调试功能（F6）进入调试界面，CLR清零（1 0 1），单步执行微程序（F2）。 计算机基础课实验教学中心

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