《計算機組成原理》課程實驗教學大綱
一、課程基本信息
課程名稱：計算機組成原理
英文名稱：Principles of Computer Organization
課程編碼：11031301407
實驗屬性：非獨立設課
適用專業(yè)：物聯網工程
二、《計算機組成原理》本門課程實驗教學的目的與基本要求
《計算機組成原理》本實驗課程是計算機類相關專業(yè)的專業(yè)基礎課，通過計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)的學習，能夠掌握計算機硬件系統(tǒng)的各主要組成部分以及相互聯系。掌握一臺計算機系統(tǒng)的基本工作原理，建立完整清晰的整機概念。并依靠實驗平臺獨立完成系統(tǒng)的部分設計、調試任務。能夠讀懂系統(tǒng)的邏輯框圖和電路圖，掌握各部件（存儲器、運算器、控制存儲器、輸入輸出組織等）的功能及用法。能夠分析和讀懂微程序清單、掌握微程序的設計。
三、實驗項目一覽表
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實驗序號 |
實驗項目名稱 |
實驗類型 |
實驗室名稱 |
實驗要求 |
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項目一 |
算術邏輯運算 |
驗證性 |
計算機組成原理實驗室 |
必做 |
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項目二 |
進位控制 |
驗證性 |
計算機組成原理實驗室 |
必做 |
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項目三 |
移位控制 |
驗證性 |
計算機組成原理實驗室 |
必做 |
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項目四 |
存儲器讀/寫 |
綜合性 |
計算機組成原理實驗室 |
必做 |
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項目五 |
總線數據傳送控制 |
綜合性 |
計算機組成原理實驗室 |
必做 |
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項目六 |
時序 |
綜合性 |
計算機組成原理實驗室 |
必做 |
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項目七 |
微程序控制器的組成 |
綜合性、設計型 |
計算機組成原理實驗室 |
必做 |
四、實驗教學的內容與要求
實驗一 算術邏輯運算
1.實驗目的
學習和掌握簡單運算器的組成以及數據傳送通路；驗證運算功能發(fā)生器（74LS181）的組合功能。
2.實驗原理
實驗圖如下，實驗中運算器采用兩片 74LS181 以并/串形式構成 8 位字長的 ALU。運算器的兩個數據輸入端分別由兩個鎖存器（74LS273）鎖存，鎖存器的輸入連至數據總線，數據輸入開關（ INPUT）用來給出參與運算的數據，并經過一三態(tài)門（74LS245）和數據總線相連。運算器的輸出經過一個三態(tài)門（74LS245）和數據總線相連。數據顯示燈已和數據總線（"DATA BUS"）相連，用來顯示數據總線內容。
3.實驗要求及內容
（1）按圖連接實驗線路；
（2）用 INPUT UNIT 的二進制數據開關向寄存器 DR1 和 DR2 置數；
（3）驗證74LS181的算術運算和邏輯運算功能。
實驗二 進位控制
1.實驗目的
學習和掌握驗證帶進位控制的算術運算功能發(fā)生器的功能。
2.實驗原理
實驗圖如下 ，在實驗一的基礎上增加進位控制部分，其中74LS181的進位進入一個鎖存器，其寫入是由T4和AR信號控制，T4是脈沖信號，實驗時將T4連至"SIGNAL+UNIT"的TS4上。AR是電平控制信號（低電平有效），可用于實現帶進位控制實驗，而T4脈沖是將本次運算的進位結果鎖存到進位鎖存器中。
3.實驗要求及內容
（1）按圖連接實驗線路；
（2）進位標志清零；
（3）用 INPUT UNIT 的二進制數據開關向寄存器 DR1 和 DR2 置數；
（4）驗證帶進位運算及進位鎖存功能。
實驗三 移位控制
1.實驗目的
學習和掌握驗證移位控制的功能。
2.實驗原理
移位運算中使用了一片74LS299作為移位發(fā)生器，其八位輸入/輸出端以排針方式和總線單元連接。299_G信號控制其使能端，T4時序為其時鐘脈沖，由S1?S0?M控制信號控制其功能狀態(tài)。
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299_G |
S1 |
S0 |
M |
功能 |
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0 |
0 |
0 |
任意 |
保持 |
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0 |
1 |
0 |
0 |
循環(huán)右移 |
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0 |
1 |
0 |
1 |
帶進位循環(huán)右移 |
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0 |
0 |
1 |
0 |
循環(huán)左移 |
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0 |
0 |
1 |
1 |
帶進位循環(huán)左移 |
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任意 |
1 |
1 |
任意 |
裝數 |
74LS299功能表
3.實驗要求及內容
（1）按圖連接實驗線路；
（2）用INPUTUNIT的二進制數據開關把數據寫入74LS299；
（3）改變S0S1M?299_G的狀態(tài)，按動觸動開關START，觀察移位結果。
實驗四 存儲器讀/寫
1.實驗目的
學習和掌握靜態(tài)隨機存儲器RAM工作特性；掌握靜態(tài)隨機存儲器RAM的數據讀寫方法。
2.實驗原理
實驗所用的半導體靜態(tài)存儲器電路原理如圖所示，實驗中的靜態(tài)存儲器由一片6116（2Kx8）
構成，其數據線接至數據總線，地址由地址鎖存器（74LS273）給出。地址燈LI01-LI08與地址總線相連，顯示地址內容。INPUT單元的數據開關經一三態(tài)門（74LS245）連至數據總線，分時給出地址和數據。
地址總線為8位，接入6116的地址A7-A0，將6116的高三位A8－A10接地，所以其實際容量為256字節(jié)。6116有三個控制線：CE（片選線）、OE（讀線）、/WE（寫線）。本實驗中將OE常接地，在此情況，當CE=0、WE=0時進行寫操作，CE=0、WE=1時進行讀操作，其寫時間與T3脈沖寬度一致。?
實驗時，將T3脈沖接至實驗板上時序電路模塊的TS3相應插針中，其它電平控制信號由"SWITCH"單元的二進制開關給出，其中SW_G為低電平有效，LDAR為高電平有效。?
3.實驗要求及內容
（1）形成時鐘脈沖信號T3，按圖連接實驗線路；
（2）給存儲器的00、01、02、03、04地址單元中分別寫入數據；
（3）依次讀出第00、01、02、03、04號單元中的內容，在DATA?BUS單元的指示燈上進行顯示，觀察上述各單元中的內容是否與前面寫入的一致。
實驗五總線數據傳送控制
1.實驗目的
學習和掌握總線的概念及其特性；總線傳輸控制特性。
2.實驗原理
不同的設備掛至總線上，有存儲器、輸入設備、輸出設備、寄存器。這些設備都需要有三態(tài)輸出控制，按照傳輸要求恰當有序的控制它們，就可實現總線信息傳輸。借助總線連接，計算機在系統(tǒng)各部件之間實現傳送地址、數據和控制信息的操作。
3.實驗要求及內容
（1）根據掛在總線上的幾個基本部件，設計一個簡單的流程：?
A.輸入設備將一個數寫入地址寄存器。?
B.輸入設備將另一個數寫入到存儲器的當前地址單元中。
C.將存儲器當前地址單元中的數用LED數碼管顯示。
（2）實驗接線；
（3）設置初始控制電平；
（4）改變控制電平在OUTPUT?UNIT的數碼管上觀察結果。
實驗六時序實驗
1.實驗目的
學習和掌握時序產生器的組成原理和設計思想，提高對基本邏輯部件的分析和設計能力；?觀察、分析和測量實驗箱的控制時序，提高實際動手能力；增加對系統(tǒng)時序的理解，進一步深化理解計算機的工作原理。
2.實驗原理
使用4個相位等間隔的時序信號TS1-TS4，時序電路發(fā)生器設置了一個啟�？刂朴|發(fā)器，使TS1一TS4信號輸出可控。當SP03、SP04開關狀態(tài)都為RUN時，一旦按下啟動鍵，運行觸發(fā)器一直處于"1"狀態(tài)，P17一直為"1"，時序信號TS1-TS4將周而復始地發(fā)送出去。當SP03為1（STEP）時，一旦接下啟動鍵，機器便處于單步運行狀態(tài)。此時只發(fā)送一個微指令周期的時序信號就停機。
3.實驗要求及內容
（1）實驗接線；
（2）將SP03和SP04開關的狀態(tài)均設為"RUN"狀態(tài)，按動START觸動開關；
（3）聯機并用聯機軟件的示波器功能來觀察輸出波形。
實驗七 微程序控制器的組成
1.實驗目的
學習和掌握微程序控制器的組成原理；微程序的編制、寫入，觀察微程序的運行。
2.實驗原理
采用3片2816?E2PR0M，具有掉電保護功能。微命令寄存器18位，用兩片8D觸發(fā)器（74LS273）和一片4D（74LS175）觸發(fā)器組成。微地址寄存器6位，用三片上升沿觸發(fā)的雙D觸發(fā)器（74LS74）組成，它們帶有清"0"端和置"1"端。在不進行判別測試的情況下，T2時刻打入微地址寄存器的內容即為下一條微指令地址。當T4時刻進行判別測試時，轉移邏輯滿足條件后輸出的負脈沖通過強置端將某一觸發(fā)器設置為"1"狀態(tài)，完成地址修改。
3.實驗要求及內容
（1）編制微程序；
（2）連接實驗線路；
（3）觀察微程序控制器的工作原理。
五、考核方式
1．考核方式
以實驗報告或作業(yè)形式和出勤情況、現場考察等進行多種形式考核。
2．實驗報告要求
實驗報告應包含以下內容：本次實驗項目的目的、內容要求、實現方案和需要的實驗條件、操作過程和實驗結果、對關鍵性的實驗步驟及實驗現象的分析以及對本次實驗操作方法與內容作進一步改革與擴充的設想等等。
六、實驗指導教材或參考資料
《計算機組成原理》實驗指導書
