计算机组成与系统结构实验指导书

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《计算机组成与系统结构》实验指导书内蒙古工业人子信息工程学院计算机系2005年10月第一部分实验系统介绍1.1实验系统简介实验系统采用北京清人数电科教仪器屮心的“计算机纟R成原理 与系统结构实验仪”，它由三大部分组成，即由单板方式下的硬 件计算机组成原理实验部分、系统机监控管理控制部分和 EDA及数字电了设计实验部分等组成。由于系统的模块化，学生 可通过一?系列积木式实验，对CPU内部的运算功能，控制功能，总线 结构，指令系统的设计和微指令的实现以及CPU内部如何工作有直观、 深刻的认识。在各项实验的基础上，通过自己设计并实现一台模型机 的运行，从而对计算机的原理、结构、从部件到备系统、肓到整机有 一个形象生动的本质上的认识。有利于培养学生的动手能力，创造性 分析问题和解决问题的能力。计算机组成原理与系统结构实验仪布局框图:数据总线信号时序电路地址指针存储器地址总堤信号徴地址信号信号控制通路RS232通讯接口十进制8 4 2 1 BCD尙显示实验单元地址扌旨针信号运算器徽程序控制I器LED状态昱示灯管理CPU信号采篥单元18255实验单元欖拟输入逻縄开关(妙刨(8号)总拔通11扩展实验1总娃扩展 实验单元1总线扩展 实验单元2蚊握采第通路疫制信号1控1刨信号2 |控1W信号3手动与系统 设定单兀逻辑电平状态昼示区运前器曾存聽DR信号采集单元3信号采篥单元2|总、疑通道旷展实鉴2 徴地址 厂RAMit 写 实验单元8259中断实验单元脉冲存储器实验单元CPLD设计 实验单元1CPLD设计实验单元2脉冲解2阻容分立元件1T展 设计实验单元1阻容分立元件扩展设计实验单元2I/0扩展实验区键盘实验单元图1布局框图系统捉供31个按键及31按键指示灯，&个数据指示灯，8个地址指示灯，&个PC地址指针指示灯和5位微地址指示 LED显示，向用八捉供多种工作方式及最佳的观察效果。实 验仪冇两种工作方式，其一是工作在单板方式，通过按钮开 关及发光二极管以二进制数码形式进行手动单元实验。以按 键盘、LED显示作为操作平台，用十六进制数码形式进行按 键式单元实验。通过按键及LED显示可直接输入或装配用户 模型机程序(机器程序和微控制程序)，系统具备单步一条微 指令、单步一条机器指令、连续运行程序等常规调试命令。 其二是工作在系统方式，用户可以使用系统机、通过所提供 的软件调试环境，由系统机直接模拟单板方式下的工作环 境。包括31个按键及31按键指示灯，8个数据指示灯，8个地 址指示灯，X个PC地址指针指示灯和5位微地址指示LED显 示，进行各种实验。1.2实验系统结构：1.实验仪的总体结构框图:图2总体结构框图2. 逻辑开关和电平显示电路图：有31个逻辑开关AN1-AN31和31个电平显示电路,ANI输出 对应于开关设置的相应逻辑值，开关按下时为逻辑“1”，常态时为 逻辑“()”状态。当输入端接高电平时发光管点亮；当输入端接低电 平时发光管熄灭。其对电路图：图3逻辑开关和电平显示电路图3. 3个单脉冲电路图:每个电路的输出对应于2个输出端P+, P-o每按一次按钮，在 札I应的输出端输出正，负脉冲各1个。4 ?时钟电路图：提供一组方波信号发牛:辭，输岀频率F0为250KH乙F1为500KH乙 F2为1MH乙F3为2MH乙此方波信号为实验时钟及产生时序信号的 时钟。图5时钟电路图5. 时序发牛器及启停电路图: MF为时钟输入端，时钟频率可从F0-F3中选择一个。TJ, DP为单步停机控制信号，当其中1个或2个都为高电平“1” 时，此时，时序发生器处于停机或单步状态。B|J：每按一次启动按钮 PO (P0和/P0已接入)产生一拍时序信号Tl, T2, T3, T4o当TJ, DP都为低电平时，按一次启动按钮P0,产生连续时序信号，CLR接 P2作清除按钮。连续输出时序波形如图7所示。Tl, T2, T3, T4有 两组输出信号，以提髙负载能力。Tl” n n rx图7连续输出时序波形图6. 管理CPU控制器工作原理图：本实验仪设计了管理CPU,目的将学生在单板方式下所做的实验结 果及内容，通过管理CPU在系统机上显示出来。同时又可以通过系统机捉供的实验调试平台总接控制目标实验机进行各种实验。11ro o FO 1 ro 2 M3P0 4 PO $E6 FO Tno mP12M3 n4P2 $F： € W ?m....——AOBOAlBl 初A6A)A4wASM16KATB?CDIR2 丁c2M◎09n409w8W科0A3 mDO=1=610图8管理CPU控制器工作原理图所提供的系统平台，无论是按键按钮、状态灯、数据总线的执行 情况、地址总线的执行情况、运算器的工作状态、执行结果和脉冲信 号的产生，都使用与实际视觉效果相对应的图标表示出來。图9系统机上显示的界而7 ?运算器部分电路图:W1errrMALS273SfO-SW7v>r 74LS：kn?74HC181174ALS24574ALS246asvflz■■:?74HC18174ALS273Lt图io运算器部分电路图8.存储器实验原理图SWO -DIP1Y V Y V VDO??D7“"88 74ALS27I6*2"* J图11存储器电路图9.八位数据通道原理图? II“‘a8$"888£ Be“66B”5iai T»in*10.a3Js^ss wIOI8IO1S885B 當讥2^2S5 皿 58888888耳fl显d2IAIQIA1““MIATrgll:霍“玉 . t!!!!HO\^112221V Lana3 M«l? I“660 他UT M”S8S538SS Btfmum2wvv>UMMtMltccc 滤X? A ■ i J £s86驱UH MIWSitccc rsers 关 键 词： 计算机 组成 系统 结构 实验 指导书

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