计算机组成原理实验册..doc

计 算 机 组 成 原 理 实验讲义 爱迪克教学实验系统 2005年3月24日 目 录 实验一、实验系统介绍 2 实验二、时序与启停实验 3 实验三、算术逻辑运算单元实验 5 实验四、通用寄存器单元实验 9 实验五、存储器和总线实验 13 实验六、堆栈寄存器实验 17 实验七、微程序控制单元实验 21 实验八、指令部件模块实验 24 实验九、模型机的总体设计 28 实验十 综合实验的调试 36 实验一、实验系统介绍 实验目的： 1、熟悉爱迪克教学实验系统的组成； 2、了解该系统各个功能模块的芯片组成情况 实验原理 本功能模块 本实验仪自身就是一个可运行的系统，整个系统采用功能模块化的设计思路，实验者可单独设计和调试各个功能模块，最终实现一个新的系统。整个实验机提供了运算器模块、指令部件模块、堆栈寄存器模块、存储器模块、总线传输模块、微程序模块、启停和时序模块，以及用于调试和观察数据的监控模块。 2、组成结构 系统采用总线结构。本实验机的总线分为：内部、外部地址总线，内部、外部数据总线。整个系统的各个总线都布有测试孔，以便于测试。各模块的电源、地、地址数据总线已经按照标准连接完毕，控制信号都按各功能模块的布局引出，供实验者便定位各测试点。 3、监控模块 实验者可通过监控模块来修改微程序和内存中的程序，并可以通过本机提供的液晶屏观察当前地址、当前总线上的数据和当前的微指令和一些关键寄存器的值。 4、操作方式 单机方式：通过24个按健和液晶屏来编辑内存和微程序存储器中的数据，在系统运行时可监控所有关键数据。实验者使用开关来产生二进制吗进行微程序和程序的编写。 联机方式：本系统可与PC机相连，PC机上提供了windows界面的操作软件，实验者可在PC机上进行编辑、加载、动态调试等操作。 实验步骤 进行仪器使用前的测线训练； 逐步了解仪器上的时序单元、启停单元、串口通讯、电源、算术逻辑单元、微程序控制单元、寄存器组、指令寄存器、监控单元、总线、内存等实验单元的芯片组成情况，并做好记录 实验二、时序与启停实验 一、 实验目的 掌握时序产生器的组成方式 熟悉启停电路的原理 体会新旧仪器在该实验上的不同 二、 实验要求 按照实验步骤完成实验项目，了解程序如何开始、停止运行，用示波器观察时序，并且画出时序图。对比新旧实验机器产生的时序图。 三、 实验原理 一）新仪器的实验原理 ㈠ 时序与启停单元的构成： 启停电路由1片7474、1片74LS08组成，1个LED（RUN）表示当前实验机的状态（运行LED亮、停止LED灭）。 时序电路由1片74LS157、2片74LS00、4个LED脉冲指示灯（PLS1、PLS2、PLS3、PLS4）组成。当LED发光时，0表示有上升沿产生。 ㈡ 启停、脉冲单元的原理： 启停原理： 启停电路由1片74747组成，当按下RUN按钮，信号输出RUN=1、STOP=0，表示当前实验机状态为运行状态。当按下STOP按钮，信号RUN=0、信号STOP=1，表示当前实验机状态为停止状态。当系统处于停机状态时，微地址、进位寄存器都被清零，并且可通过监控单元来读写内存和微程序。在停止状态下，当HALT上有1个高电平，同时HCK由1个上升沿，此时高电平被打入寄存器中。信号RUN=1、STOP=0，使实验机处于运行状态。 ㈢ 时序电路： 时序电路由监控单元来控制时序输出（PLS1、PLS2、PLS3、PLS4）。实验所用的时序电路可产生4个等间隔的时序信号PLS1、PLS2、PLS3、PLS4。为了便于监控程序流程，由监控单元输出PO信号和SIGN脉冲来实现STEP(微单步)、GO（全速）和HALT（暂停）。当实验机处于运行状态，并且是微单步执行，PLS1、PLS2、PLS3、PLS4分别发出一个脉冲。全速执行时PLS1、PLS2、PLS3、PLS4脉冲将周而复始的发送出去。在时序单元中提供了4个按钮，可手动给出4个独立的脉冲，以便单拍调试模型机。 图2-8-3 图2-8-4 二）旧仪器的实验原理 当发送总清0信号使D触发器 开启右边与非门，MF的上升沿使，即；Q4Q3Q2=000 再过半个周期即MF1的下降沿使触发DQ=1 开启了左边与非门，MF2的上升沿经左边与非门触发74LS175 Q4Q3Q2=100 ； MF3的上升沿使74LS175触发，Q4Q3Q2=110，MF4的上升沿使74LS175触发Q4Q3Q2=111，使D触发器D=1，过半个周期 ，仍开启右边与非门； MF5的上升沿再次使74LS175清0； MF6同MF2 MF7同MF3