1、唐山学院信息工程系唐山学院信息工程系计算机组成原理实验室计算机组成原理实验室计算机组成原理实验SAC-T3C计算机组成原理实验仪SAC-T3C计算机组成原理实验仪实验内容实验内容 实验一实验一时序电路组成、控制原理实验时序电路组成、控制原理实验 实验二实验二运算器实验运算器实验实验三实验三半导体存储器实验半导体存储器实验实验四实验四数据通路实验数据通路实验 实验五实验五微程序控制器实验微程序控制器实验 实验一实验一时序电路组成、控制原理实验时序电路组成、控制原理实验 一一 实验目的实验目的1 1、掌握时序电路的组成原理和控制原理掌握时序电路的组成原理和控制原理2、通过对时序电路输入、输出波形的
2、观察、通过对时序电路输入、输出波形的观察提高对基本逻辑电路、部件的分析和设计能力提高对基本逻辑电路、部件的分析和设计能力3、掌握计算机中周期、节拍、脉冲间的关系，、掌握计算机中周期、节拍、脉冲间的关系，增加对计算机系统时序的理解。增加对计算机系统时序的理解。实验一实验一时序电路组成、控制原理实验时序电路组成、控制原理实验 二、二、实验内容实验内容 实验前的准备：实验前的准备：DP（单拍）、（单拍）、TJ（停机）、（停机）、QD、QD（启动）是（启动）是面板上的按钮，按下时，状态为面板上的按钮，按下时，状态为1，松开时，状，松开时，状态为态为0。在。在DP=0,TJ=0,QD=0,QD=1时，开
3、始启时，开始启动时序发生器，动时序发生器，T1-T4将周而复始地发送出去将周而复始地发送出去，机器开始运行，当，机器开始运行，当DP=1时，机器单步运行，时，机器单步运行，即此时只发一个节拍信号就停机，连续运行时即此时只发一个节拍信号就停机，连续运行时，TJ=1,就能使机器停止运行。就能使机器停止运行。实验任务：弄清楚原理线路各部分的原理和信号间实验任务：弄清楚原理线路各部分的原理和信号间的逻辑关系。的逻辑关系。实验一实验一时序电路组成、控制原理实验时序电路组成、控制原理实验 三、实验步骤：三、实验步骤：1、将、将H插孔与插孔与Q4插孔相连。插孔相连。2、使、使DP=0,TJ=0,QD=1,Q
4、D=0用示波器观察并用示波器观察并记录记录T1、T2、T3、T4的波形。的波形。3、使、使QD由由1变变0，再观察并记录，再观察并记录T1、T2、T3、T4的波形。的波形。4、机器在连续运行状态时，使、机器在连续运行状态时，使TJ=1，观察并，观察并记录出现的现象。记录出现的现象。实验一实验一时序电路组成、控制原理实验时序电路组成、控制原理实验四、实验要求：四、实验要求：做好预习，掌握时序电路的组成和工作原理。做好预习，掌握时序电路的组成和工作原理。交出完整的实验报告：包括实验目的、记录的交出完整的实验报告：包括实验目的、记录的波形图、实验现象和理论分析以及体会。波形图、实验现象和理论分析以及
5、体会。实验一时序电路组成、控制原理实验实验一时序电路组成、控制原理实验 五、注意事项：五、注意事项：（1）开关按下时，状态为）开关按下时，状态为1，对应发光二极管，对应发光二极管亮。松开时，状态为亮。松开时，状态为0。（2）避免总线上的数据冲突。）避免总线上的数据冲突。实验二运算器实验实验二运算器实验一、实验目的一、实验目的1掌握运算器的组成及工作原理。掌握运算器的组成及工作原理。2完成指定数据的算术和逻辑运算。完成指定数据的算术和逻辑运算。实验二实验二 运算器实验运算器实验二、实验内容二、实验内容 利用实验仪上的模拟输入开关控制设定数据完成指定利用实验仪上的模拟输入开关控制设定数据完成指定的
6、运算。的运算。实验二实验二 运算器实验运算器实验三、实验步骤：三、实验步骤：1、在数据输入开关上拨好第一个数据、在数据输入开关上拨好第一个数据01010101（即（即55H）2、根据实验原理线路，利用各路控制信号的排列组合、根据实验原理线路，利用各路控制信号的排列组合将第一个数据打入将第一个数据打入R5中。中。3、改变各路控制信号的排列组合实现、改变各路控制信号的排列组合实现R5的内容送入的内容送入DR1中。中。4、仿照、仿照1-3步将第二个数据步将第二个数据10101010（即（即AAH）打入）打入R4在实现在实现R4的内容送入的内容送入DR2中。中。5、利用、利用S3-S0CnM信号的不同
7、排列组合实现两个数据信号的不同排列组合实现两个数据指定的算术或逻辑运算。指定的算术或逻辑运算。实验二实验二 运算器实验运算器实验四、注意事项：四、注意事项：1必须注意各路控制信号是高电平有效还是低电平必须注意各路控制信号是高电平有效还是低电平有效。有效。2对连到总线上的器件一定要控制住送到总线的信对连到总线上的器件一定要控制住送到总线的信号在某一时刻只能一个有效，其余器件的输出号在某一时刻只能一个有效，其余器件的输出处于高阻状态，绝对避免总线上发生冲突。例处于高阻状态，绝对避免总线上发生冲突。例如如/R4-BUS、/R5-BUS、/PC-BUS、/ALU-BUS、/CE、/SW-BUS都是控制
8、往总线上送数据的都是控制往总线上送数据的信号，每一时刻他们只能一个是低电平，不允信号，每一时刻他们只能一个是低电平，不允许两个或多个同时为低电平。许两个或多个同时为低电平。3送往触发器的数据要靠时序脉冲（单拍）打入。送往触发器的数据要靠时序脉冲（单拍）打入。实验二实验二 运算器实验运算器实验五、实验要求：五、实验要求：1、做好预习，掌握、做好预习，掌握ALU的功能特性，的功能特性，熟悉实验中所用设备。熟悉实验中所用设备。2、独立完成实验任务。、独立完成实验任务。3、交出完整的实验报告：包括实验目、交出完整的实验报告：包括实验目的、实验中出现的问题及解决的方的、实验中出现的问题及解决的方法、列出
9、理论分析值和实验结果、法、列出理论分析值和实验结果、画出进位延时时间波形图及测量值画出进位延时时间波形图及测量值、收获体会。、收获体会。实验三实验三 半导体存储器实验半导体存储器实验 一、实验目的一、实验目的1、掌握随机存储器、掌握随机存储器RAM的工作特性及使用方法的工作特性及使用方法2、掌握半导体存储器的存储和读出数据的过程、掌握半导体存储器的存储和读出数据的过程和工作原理。和工作原理。3、了解半导体存储器线路的定时要求。、了解半导体存储器线路的定时要求。4、测量、测量6116型型RAM的读出时间。的读出时间。实验三实验三 半导体存储器实验半导体存储器实验二、实验内容二、实验内容实验内容：
10、实现静态实验内容：实现静态RAM的读写操作的读写操作实验三实验三 半导体存储器实验半导体存储器实验 三、实验步骤：三、实验步骤：1、初始准备：置逻辑开关、初始准备：置逻辑开关QD=0，QD=0,DP=1,TJ=0,Q4与与H连线连线,使时序电路处于单拍状态使时序电路处于单拍状态.2、送地址、送地址:将输入开关设置的地址利用各路控制信号的不同组合经将输入开关设置的地址利用各路控制信号的不同组合经总线打入地址计数器总线打入地址计数器PC中再打入地址寄存器中再打入地址寄存器AR中中.3、写数据到、写数据到RAM中中:借助数据输入开关置好要写入的数据借助数据输入开关置好要写入的数据,利用各利用各路控制
11、信号的必要组合将该数据写入路控制信号的必要组合将该数据写入RAM选定的单元中选定的单元中.4、连续写、连续写:将地址计数器将地址计数器PC中的地址加中的地址加1,把数据输入开关置好的另把数据输入开关置好的另一个数据写入一个数据写入RAM的下一个单元中的下一个单元中,循环往复循环往复,共连写五个设共连写五个设定的数据定的数据.5、连续读、连续读:通过输入开关设置刚写入通过输入开关设置刚写入RAM的数据区首址的数据区首址,送地址送地址,利利用各路控制信号的必要组合将该单元内容读出用各路控制信号的必要组合将该单元内容读出,将地址加将地址加1,读读下一个单元的内容循环往复下一个单元的内容循环往复,把连
12、续五个单元的内容全部读出把连续五个单元的内容全部读出.实验三实验三 半导体存储器实验半导体存储器实验四、实验要求四、实验要求作好预习，掌握作好预习，掌握6116静态静态RAM的功能和使用的功能和使用方法。方法。按老师指定的单元和内容进行写和读。按老师指定的单元和内容进行写和读。交出完整的实验记录。交出完整的实验记录。实验四实验四 数据通路实验数据通路实验一、实验目的一、实验目的1了解运算器和存贮器如何协调工作。了解运算器和存贮器如何协调工作。2了解数据通路的形成以及数据和地址是怎了解数据通路的形成以及数据和地址是怎样在通路上传输的。样在通路上传输的。实验四实验四 数据通路实验数据通路实验二、实
13、验内容二、实验内容实验任务：利用运算器实现由数据输入开关分实验任务：利用运算器实现由数据输入开关分别设定的两个数据的指定运算再将运算结别设定的两个数据的指定运算再将运算结果送入存储器的指定单元中。果送入存储器的指定单元中。实验四实验四 数据通路实验数据通路实验三、实验步骤三、实验步骤1、Q4与与H插孔连线，并使时序电路处于单拍状态。插孔连线，并使时序电路处于单拍状态。2、将数据输入开关置好的第一个数借助各路控制信号的必要组合、将数据输入开关置好的第一个数借助各路控制信号的必要组合以及时序脉冲打入以及时序脉冲打入DR1并保存。并保存。3、类似第、类似第2步将第二个数打入步将第二个数打入DR2并保
14、存。并保存。4、利用各路控制信号的必要组合实现这两个数据的指定运算。、利用各路控制信号的必要组合实现这两个数据的指定运算。5、将运算结果存入、将运算结果存入RAM的指定单元中。的指定单元中。6、先用输入开关置好指定单元地址，借助各路控制信号的必要组、先用输入开关置好指定单元地址，借助各路控制信号的必要组合将该地址用时序脉冲相继打入合将该地址用时序脉冲相继打入PC和和AR中并保存。中并保存。7、再利用各路控制信号的相应组合和时序脉冲将运算结果从、再利用各路控制信号的相应组合和时序脉冲将运算结果从ALU传送到存贮器并写入指定单元保存。传送到存贮器并写入指定单元保存。实验四实验四 数据通路实验数据通
15、路实验三、注意事项三、注意事项1、绝对避免总路线上数据冲突。、绝对避免总路线上数据冲突。2、注意各种动作的先后次序。、注意各种动作的先后次序。四、实验要求四、实验要求1、作好预习，对数据通路要了然在胸。、作好预习，对数据通路要了然在胸。2、交出完整的实验报告，包括实验目的，各按、交出完整的实验报告，包括实验目的，各按钮开关的操作过程，实验记录以及体会。钮开关的操作过程，实验记录以及体会。实验五实验五 微程序控制器实验微程序控制器实验 一、实验目的一、实验目的1、掌握微程序控制器的组成，工作过程及调试方、掌握微程序控制器的组成，工作过程及调试方法。法。2、明确微程序概念，学会微指令及微程序的设计
16、、明确微程序概念，学会微指令及微程序的设计。3、通过单步方式执若干条微指令，深入理解微程、通过单步方式执若干条微指令，深入理解微程序控制器的工作原理。序控制器的工作原理。实验五实验五 微程序控制器实验微程序控制器实验二、预备知识二、预备知识 微程序控制器的设计思想微程序控制器的设计思想控制器在计算机中的分工是取指令、分析指令、执行指令、控制器在计算机中的分工是取指令、分析指令、执行指令、再取下一条指令、循环往复以完成程序设定的功能。再取下一条指令、循环往复以完成程序设定的功能。微程序控制器的设计思想是将每一条指令用一段微程序来描微程序控制器的设计思想是将每一条指令用一段微程序来描述，微程序由若
17、干条微指令组成，而每一条微指令又由若干述，微程序由若干条微指令组成，而每一条微指令又由若干微命令及一微指令地址组成，每一个微命令对应于逻辑线路微命令及一微指令地址组成，每一个微命令对应于逻辑线路的一个控制操作。的一个控制操作。微程序放在控制存贮器中，取指令和分析指令属公用的微程微程序放在控制存贮器中，取指令和分析指令属公用的微程序段，执行指令则不同指令对应不同的微程序段，到控制存序段，执行指令则不同指令对应不同的微程序段，到控制存储器的那个单元取微指令，其地址在储器的那个单元取微指令，其地址在PC中，而中，而 PC的内容的内容则由指令码结果或上条微指令的下址字段决定，从控存取出则由指令码结果或
18、上条微指令的下址字段决定，从控存取出的微指令放在微指令寄存器中。的微指令放在微指令寄存器中。实验五实验五 微程序控制器实验微程序控制器实验三、实验内容三、实验内容1、实验任务、实验任务熟悉微程序控制器的工作原理和所设熟悉微程序控制器的工作原理和所设计的各条指令相应微程序的执行计的各条指令相应微程序的执行过程。过程。实验五实验五 微程序控制器实验微程序控制器实验 四、实验步骤四、实验步骤连接好连接好UMBIN与与UMBOUT之间的之间的26线扁平电缆，将所有模拟二进制开线扁平电缆，将所有模拟二进制开关置高平关置高平(除除QD=0、QD=0、DP=1、TJ=0外，即时序电路处于单外，即时序电路处于
19、单拍状态。把连续脉冲拍状态。把连续脉冲Q4接至时序电路的接至时序电路的H输入，输入，QD由由010，启动时序电路。启动时序电路。将表将表4的程序写入的程序写入RAM：方法可用存贮器实验中的方法，或用下面微程：方法可用存贮器实验中的方法，或用下面微程序的方法。即用微指令强迫序的方法。即用微指令强迫RAM写来实验。写来实验。方法是，方法是，SWE=1，SRD=1。/CLR同同101，使，使UA4-0=00000。SWE由由101，使微地址，使微地址UA4-0=10000，然后按表，然后按表5来操作。由于控制来操作。由于控制信号全部由微程序控制器提供，因此只需操作数据输入开关和脉信号全部由微程序控制
20、器提供，因此只需操作数据输入开关和脉冲产生电路中的单拍开关冲产生电路中的单拍开关QD。以上为存贮器写入全过程，起始地址为以上为存贮器写入全过程，起始地址为00H。写入过程结束后，将。写入过程结束后，将/CLR 101，清零微地址。，清零微地址。实验五实验五 微程序控制器实验微程序控制器实验存贮器的读操作存贮器的读操作读出刚才写入程序，检查程序和数据是否正确。读出刚才写入程序，检查程序和数据是否正确。SWE=1，SRD=1，SRD由由101，UA4-0=01000，强迫机器处于，强迫机器处于RAM读状态。读状态。同样，只需按表同样，只需按表6操作数据输入开关一次，按单拍操作数据输入开关一次，按单
21、拍开关开关QD即可反复读出。即可反复读出。实验五实验五 微程序控制器实验微程序控制器实验1、执行、执行LDA指令（指令（RAM内容写入内容写入R5累加器）累加器）如表如表4所示，所示，RAM的的00单元存放单元存放LDA的机器指令码的机器指令码20，01单元存放单元存放0DH，0DH单元存储单元存储55H此指令目的是要将此指令目的是要将55H送入累加器送入累加器R5。数据输入开关拨好数据输入开关拨好00H。/CLR清零开关由清零开关由“1”-“0”-“1”，使微地址，使微地址UA4UA0为为00000。按一次单拍脉冲按一次单拍脉冲QD执行微地址为执行微地址为00000的启动程序，给出下条微的启
22、动程序，给出下条微指令的地址指令的地址UA4-UA0为为00001。按一次一单拍脉冲按一次一单拍脉冲QD，执行微地址为，执行微地址为00001的微指令，的微指令，00-地址地址寄存器寄存器U4，且地址计数加，且地址计数加1变为变为01H。这时。这时00单元的内容单元的内容20H到指令寄存器到指令寄存器IR，D7-0显示为显示为20H，即，即IR7，IR6，IR5=0，0，1，给出下一条微地下为，给出下一条微地下为01001。实验五实验五 微程序控制器实验微程序控制器实验按一次单拍脉冲按一次单拍脉冲QD，执行微地址为，执行微地址为00010的微指令，这时的微指令，这时PC-U4，即，即01H-地
23、址寄地址寄存器存器U4，显示为，显示为01H，PC+1-PC，给出下，给出下一条微地址为一条微地址为01001。按一次单拍脉冲按一次单拍脉冲QD，执行地址为，执行地址为01001的微的微指令，这时指令，这时RAM-地址寄存器地址寄存器U4（即（即01单单元的内容元的内容0DH到到U4中），这时显示为中），这时显示为0DH，给出下一条微地址为，给出下一条微地址为10101。实验五实验五 微程序控制器实验微程序控制器实验 按一次单拍脉冲按一次单拍脉冲QD，执行微地址为，执行微地址为10101的微指令的微指令，这时，这时RAM-R5累加器，即累加器，即0DH单元内容单元内容55H到到累加器累加器R5
24、，这时数据总线显示，这时数据总线显示D7-D0为为01010101，给出下一条微地址为，给出下一条微地址为10110，该机器指令执行，该机器指令执行完时，完时，R5内容为内容为55H。按一次单拍脉冲按一次单拍脉冲QD，执行微地址为，执行微地址为10110的微指令的微指令，PC+1-PC显示显示02H给出下一条微地址为给出下一条微地址为00001。实验五实验五 微程序控制器实验微程序控制器实验2、执行、执行ADD指令（加法）指令（加法）3、执行、执行STA指令（指令（R5的内容送到的内容送到RAM地址为地址为10H单元单元中。）中。）4、执行、执行OUT指令（把指令（把10H单元中内容送到总线上
25、。）单元中内容送到总线上。）5、执行、执行AND指令（把指令（把R5内容和内容和0FH单元内容相与结果单元内容相与结果送到送到R5）6、执行、执行COM指令（把指令（把R5内容取反送内容取反送R5）7、执行、执行JMP指令（无条件转移到地址为指令（无条件转移到地址为00H的单元）的单元）实验五实验五 微程序控制器实验微程序控制器实验五、实验要求五、实验要求1、做好预习，特别要仔细阅读实验指导书、做好预习，特别要仔细阅读实验指导书2、交出完整的实验报告，包括实验目的、实、交出完整的实验报告，包括实验目的、实验过程记录以及体会。验过程记录以及体会。3、独立设计一条新指令相应的微程序。、独立设计一条新指令相应的微程序。
