计算机组成与结构实验指导(学生)1

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1、《计算机组成与结构》实验指导（学生用书）1.实验硬件环境简介2.运算器原理实验3.存储器工作原理实验4.简单模型机的设计与实现实验硬件环境简介一．系统构成TDN-CN计算机组成原理实验箱由八个功能模块单元构成，各功能模块的名称及包含的主要器件如表1-1所示。表1-1TDN-CM系统构成电路名称主要电路内容运算器单元(ALUUNIT)运算器、进位控制器、移位寄存器、寄存器堆、通道内部总线程序存储器单元(PRAMUNIT)RAM6116、地址寄存器、地址移位寄存器微控器单元(MCROCONTROLLERUNIT)指令寄存器、指令译码器、微

2、代码控制寄存器及其编程器、逻辅译码单元、时序电路逻辑信号测量单元两路逻辑信号PC示波器12131313131单片机控制单元（PCUNIT)控制单片机、RS-232C串口等I/O单元开关、显示灯、控制台(读写、启动、停机〉电源采用高效开关电源、输出为5V/2A、±12V/02A系统操作器(选件〉24键键盘和8位LED显示、打印机接口二．系统主要元件配置系统中各主要功能单元所采用的器件如表1-2所示表1-2实验板的主要元件配置名称器件型号数量运算器74LS1812移位器74LS2991通用寄存器74LS273274LS2743指令程序存储

3、器SRAM61161指令寄存器74LS2731程序计数器74LS1612时序发生器74LS175174LS741启停控制器拨动开关2微动开关2微程序控制存储器E2PROM28163微指令寄存器74LS273274LS1751微地址寄存器74LS743编辑运行方式开三态开关1信号源555174LS1231电位器2显示灯发光二极管8机内电源

4、5V、±12V输出8单片机89C511串行通讯接口MC14881MC148919针插座1实验用元件排线若干一．系统单元电路简介1．运算器单元（ALUUNIT）运算器电路单元由两部分组成：运算器单元（A

5、LUUNIT）和寄存器堆单元（REGUNIT），运算器运算器电路单元位于实验板的左部，其中标有“ALUUNIT”。运算器单元（ALUUNIT）由以下几部分的组成（1）数据暂存器：由两个位寄存器DR1和DR2组成；（2）8位ALU：由两片74LS181串联而成；（3）8位的移位寄存器：由一片74LS299实现（4）三态缓冲输出：由三门74LS245通过排线将8位ALU的输出连接到数据总线；（1）进位标志和零标志控制电路：由通用阵列逻辑GAL和74LS74实现（2）进位标志和为零标志指示灯寄存器单元（REGUNIT）的组成由3片LS374

6、分别组成3个8位的寄存器，这三个寄存器的输入已连接至总线，而输出共用一个RJ1引出，待用排线连至总线。1．存贮器单元（PRAMUNIT）程序存贮单元位于实验板的中部，其中标有“PRAMUNIT”，它包括程序存贮器SRAM、地址寄存器AR、程序计数器PC及位地址显示灯。单元中程序计数器、地址寄存器的输入已接至总线，而程序计数器的输出排针ADJ6及程序存贮器的输出排针ADJ5待用排线接至总线。2．指令寄存器单元（INSUNIT）指令寄存器单元位于实验板的右下部，其中标有“INSUNIT”，由一片74LS273构成，构成模型机时用它作为指令

7、译码器电路的输入，实现程序跳转控制。3．时序电路单元（STATEUNIT）时序控制单元位于实验板的右上部方，标有“STATEUNIT”，其电路由四部分组成：消抖电路（KK1）、时序控制（TS1、TS2、TS3、TS4）、时钟信号源（φ）、拔动二进制开关组（STOP、STEP）。使用时只须将φ与信号源输出的插孔相连，然后按动START（KK1）根据STOP及STEP的状态，T1到T4将输出有规则的方波信号。4．微程序控制电路（MICRO-CONTROLUNIT）微程序控制电路的功能比较复杂，这里只介绍其实现的基本功能，在微程序控制器工作

8、原理实验（实现三）中会对其内部结构作详细的说明。微程序控制电路的主要功能是：首先根据每条指令的功能，安排其执行的各步骤，每一个步骤对应一个微指令，编写微程序并将其写入到控制存贮器2816E2PROM中，在程序执行时微程序控制电路接受机器指令的操作码，使控制转向相应机器指令对应微程序的首条微指令，再通进过由CLK引入的时序节拍脉冲的控制，来对微指令依次读出。实验板上的MICROCONTROLLER单元中的MD0-MD23共24位显示灯显示的状态即为从控存中读出的微指令。然后，其中几位再经过译码，一并产生实验板所需的控制信号，将它们加到数

9、据通路中的相应的控制位，来对该条机器指令的功能进行解释和执行。当该条机器指令执行完毕后，再取出下一条机器指令的操作码来执行其对应的微程序……这样周而复始，就可以实现机器指令程序的运行。一．系统布局图实验一运算器原理一.实