实验一系统认识实验

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1、实验一系统认识实验实验一系统认识实验1.实验目的(1)熟悉实验箱的构成；(2)建立对计算机组成及其原理的基本认识；(3)熟悉联机软件CMPP的使用。2.实验设备TDN-CM+教学实验系统一套，PC机一台。3.实验原理3.1计算机系统的基本组成一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两部分组成的，二者是一个有机的整体，必须协同工作才能发挥计算机的作用。3.1.1数字计算机的组成一台典型的数字计算机是由五大部分组成的，即运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备。其基本硬件结构图如图1-1所示。图1-1数

2、字计算机的基本硬件结构图运算器：是用来进行算术和逻辑运算的部件。它由算术逻辑部件(ALU)和若干通用寄存器组成。它的主要功能是进行加、减、乘、除等算术运算和实现“与”、“或”、“非”等逻辑运算。存储器：用来存放程序和数据的部件。它以单元为单位线性编址，按地址读／写其单元。输入／输出设备：计算机由输入设备接受外部信息，通过输出设备将信息送往外部。控制器：负责协调上述部件的操作，发出控制命令，是计算机的指挥中心。它从存储器中取出指令，进行分析，然后发出由该指令规定的一系列微操作命令，通过控制所有其他部件来完

3、成指令规定的功能。通常，又把运算器和控制器合在一起称为中央处理器，即CPU。由图1－1可以看出，在计算机中，基本上有两股信息在流动：一种为数据信息流，即各种原始数据、中间结果、程序等；而另一股为控制信息流，即由控制器发出的一系列微命令序列，用来控制装置的启动或停止，控制运算器按一定的步骤进行各种运算和处理，控制存储器进行读／写，控制输出设备输出结果等。5实验一系统认识实验3.1.2数字计算机的工作原理虽然计算机技术已经发展了几十年，计算机体系结构也发生了许多演变，但计算机一般还是基于冯·诺依曼原理来工作

4、的。冯·诺依曼机的主要特点如下：(1)计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件构成；(2)用二进制码表示指令和数据；(3)采用存储程序的工作方式。冯·诺依曼计算机的工作方式，可称为控制流(指令流)驱动方式。在这种方式下，按照指令执行的序列，依次读取指令并根据所含有的控制信息调用数据进行处理。因此，在执行的过程中，始终以控制信息流为驱动工作因素，而数据信息流则是被动地被调用处理。为了对指令流进行控制，通过设置一个程序计数器(PC：ProgramCounter)来存放下一次将被执行的指令所

5、在单元的地址。对于顺序执行的程序，每取出一条指令后PC的内容就自动加1。当程序发生分支转向时，就将转向去的地址送入PC中，以便按转向地址读取后续指令。所以，PC就可正确地指示并控制指令序列的执行顺序。3.2教学实验系统简介TDN-CM+教学实验系统是计算机组成原理课程实验所使用的核心设备，现对它作一个简明的介绍。3.2.1系统功能特点(1)结构清晰的单元式实验电路，可构造出不同结构及不同复杂程度的原理性计算机；(2)对实验设计具有完全的开放性，增强学生综合设计能力；(3)通用逻辑器件和大规模可编程逻辑器

6、件相结合，可面向不同层次的学生；(4)具有实时调试功能的图形方式操作界面，也可用于多媒体辅助教学；(5)多种输入／输出方式及逻辑信号测量功能，实验操作及观察更容易；(6)实验电路具有实时在线检测功能，便于检查接线错误；(7)提供微程序控制器和组合逻辑控制器两种控制方式；(8)采用静态随机存储器和先进先出存储器，与x86CPU体系结构吻合。3.2.2系统实验单元电路1.运算器单元运算器单元位于实验箱线路板左部，它包括运算器单元和寄存器堆单元。(1)运算器单元(ALUUNIT)运算器单元由以下部分构成：两片

7、74LSl81构成了并一串型8位ALU；两个8位寄存器DR1和DR2作为工作暂存器，保存参数或中间运算结果；ALU的输出由三态门74LS245通过排针连到数据总线上；一片8位的移位寄存器74LS299可通过排针连到数据总线上；由GAL和74LS74锁存器组成进位标志控制电路和为零标志控制电路；进位标志和为零标志指示灯。(2)寄存器堆单元(REGUNIT)这部分由三片8位寄存器R0、R1、R2组成，它们用来保存操作数及中间运算结果等。三个寄存器的输入已连至BUS总线，而三个寄存器的输出共用一个RJ1引出，

8、待用排线连至总线。2．计数器与地址寄存器单元(ADDRESSUNIT)此单元位于实验箱线路板的中部，由地址寄存器AR、程序计数器PC及8位地址显示灯构成。单元中程序计数器PC及地址寄存器AR的输入已接至总线，而程序计数器PC的输出以排针形式引出(ADJ6)，地址寄存器AR的输出以排针形式引至外总线单元“EXTBUS”中的AD7～AD0。5实验一系统认识实验3．指令寄存器单元(INSUNIT)指令寄存器单元位于实验箱线路板的中部。在指令寄存器