hpci計算機輔助物理實驗教學系統(tǒng)唐山學院信息工程系課件

單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,*,唐山學院信息工程系,計算機組成原理實驗室,計算機組成原理實驗,SAC-T3C,計算機組成原理實驗儀,SAC-T3C,計算機組成原理實驗儀,實驗內容,實驗一,時序電路組成、控制原理實驗,實驗二,運算器實驗,實驗三,半導體存儲器實驗,實驗四,數(shù)據(jù)通路實驗,實驗五,微程序控制器實驗,實驗一,時序電路組成、控制原理實驗,一 實驗目的,1,、,掌握時序電路的組成原理和控制原理,2,、通過對時序電路輸入、輸出波形的觀察,提高對基本邏輯電路、部件的分析和設計能力,3,、掌握計算機中周期、節(jié)拍、脈沖間的關系，增加對計算機系統(tǒng)時序的理解。,實驗一,時序電路組成、控制原理實驗,二、,實驗內容,實驗前的準備：,DP,（單拍）、,TJ,（停機）、,QD,、,QD,（啟動）是面板上的按鈕，按下時，狀態(tài)為,1,，松開時，狀態(tài)為,0,。在,DP=0,TJ=0,QD=0,QD=1,時，開始啟動時序發(fā)生器，,T1-T4,將周而復始地發(fā)送出去，機器開始運行，當,DP=1,時，機器單步運行，即此時只發(fā)一個節(jié)拍信號就停機，連續(xù)運行時，,TJ=1,就能使機器停止運行。,實驗任務：弄清楚原理線路各部分的原理和信號間的邏輯關系。,實驗一,時序電路組成、控制原理實驗,三、實驗步驟：,1,、將,H,插孔與,Q4,插孔相連。,2,、使,DP=0,TJ=0,QD=1,QD=0,用示波器觀察并記錄,T1,、,T2,、,T3,、,T4,的波形。,3,、使,QD,由,1,變,0,，再觀察并記錄,T1,、,T2,、,T3,、,T4,的波形。,4,、機器在連續(xù)運行狀態(tài)時，使,TJ=1,，觀察并記錄出現(xiàn)的現(xiàn)象。,實驗一,時序電路組成、控制原理實驗,四、實驗要求：,做好預習，掌握時序電路的組成和工作原理。,交出完整的實驗報告：包括實驗目的、記錄的波形圖、實驗現(xiàn)象和理論分析以及體會。,實驗一時序電路組成、控制原理實驗,五、注意事項：,（,1,）開關按下時，狀態(tài)為,1,，對應發(fā)光二極管亮。松開時，狀態(tài)為,0,。,（,2,）避免總線上的數(shù)據(jù)沖突。,實驗二運算器實驗,一、實驗目的,1,掌握運算器的組成及工作原理。,2,完成指定數(shù)據(jù)的算術和邏輯運算。,實驗二 運算器實驗,二、實驗內容,利用實驗儀上的模擬輸入開關控制設定數(shù)據(jù)完成指定的運算。,實驗二 運算器實驗,三、實驗步驟：,1,、在數(shù)據(jù)輸入開關上撥好第一個數(shù)據(jù),01010101,（即,55H,）,2,、根據(jù)實驗原理線路，利用各路控制信號的排列組合將第一個數(shù)據(jù)打入,R5,中。,3,、改變各路控制信號的排列組合實現(xiàn),R5,的內容送入,DR1,中。,4,、仿照,1-3,步將第二個數(shù)據(jù),10101010,（即,AAH,）打入,R4,在實現(xiàn),R4,的內容送入,DR2,中。,5,、利用,S3-S0CnM,信號的不同排列組合實現(xiàn)兩個數(shù)據(jù)指定的算術或邏輯運算。,實驗二 運算器實驗,四、注意事項：,1,必須注意各路控制信號是高電平有效還是低電平有效。,2,對連到總線上的器件一定要控制住送到總線的信號在某一時刻只能一個有效，其余器件的輸出處于高阻狀態(tài)，絕對避免總線上發(fā)生沖突。例如,/R4-BUS,、,/R5-BUS,、,/PC-BUS,、,/ALU-BUS,、,/CE,、,/SW-BUS,都是控制往總線上送數(shù)據(jù)的信號，每一時刻他們只能一個是低電平，不允許兩個或多個同時為低電平。,3,送往觸發(fā)器的數(shù)據(jù)要靠時序脈沖（單拍）打入。,實驗二 運算器實驗,五、實驗要求：,1,、做好預習，掌握,ALU,的功能特性，熟悉實驗中所用設備。,2,、獨立完成實驗任務。,3,、交出完整的實驗報告：包括實驗目的、實驗中出現(xiàn)的問題及解決的方法、列出理論分析值和實驗結果、畫出進位延時時間波形圖及測量值、收獲體會。,實驗三,半導體存儲器實驗,一、實驗目的,1,、掌握隨機存儲器,RAM,的工作特性及使用方法,2,、掌握半導體存儲器的存儲和讀出數(shù)據(jù)的過程和工作原理。,3,、了解半導體存儲器線路的定時要求。,4,、測量,6116,型,RAM,的讀出時間。,實驗三,半導體存儲器實驗,二、實驗內容,實驗內容：實現(xiàn)靜態(tài),RAM,的讀寫操作,實驗三,半導體存儲器實驗,三、實驗步驟：,1,、初始準備：置邏輯開關,QD=0,，,QD=0,DP=1,TJ=0,Q4,與,H,連線,使時序電路處于單拍狀態(tài),.,2,、送地址,:,將輸入開關設置的地址利用各路控制信號的不同組合經(jīng)總線打入地址計數(shù)器,PC,中再打入地址寄存器,AR,中,.,3,、寫數(shù)據(jù)到,RAM,中,:,借助數(shù)據(jù)輸入開關置好要寫入的數(shù)據(jù),利用各路控制信號的必要組合將該數(shù)據(jù)寫入,RAM,選定的單元中,.,4,、連續(xù)寫,:,將地址計數(shù)器,PC,中的地址加,1,把數(shù)據(jù)輸入開關置好的另一個數(shù)據(jù)寫入,RAM,的下一個單元中,循環(huán)往復,共連寫五個設定的數(shù)據(jù),.,5,、連續(xù)讀,:,通過輸入開關設置剛寫入,RAM,的數(shù)據(jù)區(qū)首址,送地址,利用各路控制信號的必要組合將該單元內容讀出,將地址加,1,讀下一個單元的內容循環(huán)往復,把連續(xù)五個單元的內容全部讀出,.,實驗三,半導體存儲器實驗,四、實驗要求,作好預習，掌握,6116,靜態(tài),RAM,的功能和使用方法。,按老師指定的單元和內容進行寫和讀。,交出完整的實驗記錄。,。,實驗四 數(shù)據(jù)通路實驗,一、實驗目的,1,了解運算器和存貯器如何協(xié)調工作。,2,了解數(shù)據(jù)通路的形成以及數(shù)據(jù)和地址是怎樣在通路上傳輸?shù)摹?實驗四 數(shù)據(jù)通路實驗,二、實驗內容,實驗任務：利用運算器實現(xiàn)由數(shù)據(jù)輸入開關分別設定的兩個數(shù)據(jù)的指定運算再將運算結果送入存儲器的指定單元中。,實驗四 數(shù)據(jù)通路實驗,三、實驗步驟,1,、,Q4,與,H,插孔連線，并使時序電路處于單拍狀態(tài)。,2,、將數(shù)據(jù)輸入開關置好的第一個數(shù)借助各路控制信號的必要組合以及時序脈沖打入,DR1,并保存。,3,、類似第,2,步將第二個數(shù)打入,DR2,并保存。,4,、利用各路控制信號的必要組合實現(xiàn)這兩個數(shù)據(jù)的指定運算。,5,、將運算結果存入,RAM,的指定單元中。,6,、先用輸入開關置好指定單元地址，借助各路控制信號的必要組合將該地址用時序脈沖相繼打入,PC,和,AR,中并保存。,7,、再利用各路控制信號的相應組合和時序脈沖將運算結果從,ALU,傳送到存貯器并寫入指定單元保存。,實驗四 數(shù)據(jù)通路實驗,三、注意事項,1,、絕對避免總路線上數(shù)據(jù)沖突。,2,、注意各種動作的先后次序。,四、實驗要求,1,、作好預習，對數(shù)據(jù)通路要了然在胸。,2,、交出完整的實驗報告，包括實驗目的，各按鈕開關的操作過程，實驗記錄以及體會。,實驗五 微程序控制器實驗,一、實驗目的,1,、掌握微程序控制器的組成，工作過程及調試方法。,2,、明確微程序概念，學會微指令及微程序的設計。,3,、通過單步方式執(zhí)若干條微指令，深入理解微程序控制器的工作原理。,實驗五 微程序控制器實驗,二、預備知識,微程序控制器的設計思想,控制器在計算機中的分工是取指令、分析指令、執(zhí)行指令、再取下一條指令、循環(huán)往復以完成程序設定的功能。,微程序控制器的設計思想是將每一條指令用一段微程序來描述，微程序由若干條微指令組成，而每一條微指令又由若干微命令及一微指令地址組成，每一個微命令對應于邏輯線路的一個控制操作。,微程序放在控制存貯器中，取指令和分析指令屬公用的微程序段，執(zhí)行指令則不同指令對應不同的微程序段，到控制存儲器的那個單元取微指令，其地址在,PC,中，而,PC,的內容則由指令碼結果或上條微指令的下址字段決定，從控存取出的微指令放在微指令寄存器中。,實驗五 微程序控制器實驗,三、實驗內容,1,、實驗任務,熟悉微程序控制器的工作原理和所設計的各條指令相應微程序的執(zhí)行過程。,實驗五 微程序控制器實驗,四、實驗步驟,連接好,UMBIN,與,UMBOUT,之間的,26,線扁平電纜，將所有模擬二進制開關置高平,(,除,QD=0,、,QD=0,、,DP=1,、,TJ=0,外，即時序電路處于單拍狀態(tài)。把連續(xù)脈沖,Q4,接至時序電路的,H,輸入，,QD,由,010,，啟動時序電路。,將表,4,的程序寫入,RAM,：方法可用存貯器實驗中的方法，或用下面微程序的方法。即用微指令強迫,RAM,寫來實驗。,方法是，,SWE=1,，,SRD=1,。,/CLR,同,101,，使,UA4-0=00000,。,SWE,由,101,，使微地址,UA4-0=10000,，然后按表,5,來操作。由于控制信號全部由微程序控制器提供，因此只需操作數(shù)據(jù)輸入開關和脈沖產生電路中的單拍開關,QD,。,以上為存貯器寫入全過程，起始地址為,00H,。寫入過程結束后，將,/CLR 101,，清零微地址。,實驗五 微程序控制器實驗,存貯器的讀操作,讀出剛才寫入程序，檢查程序和數(shù)據(jù)是否正確。,SWE=1,，,SRD=1,，,SRD,由,101,，,UA4-0=01000,，強迫機器處于,RAM,讀狀態(tài)。,同樣，只需按表,6,操作數(shù)據(jù)輸入開關一次，按單拍開關,QD,即可反復讀出。,實驗五 微程序控制器實驗,1,、執(zhí)行,LDA,指令（,RAM,內容寫入,R5,累加器）,如表,4,所示，,RAM,的,00,單元存放,LDA,的機器指令碼,20,，,01,單元存放,0DH,，,0DH,單元存儲,55H,此指令目的是要將,55H,送入累加器,R5,。,數(shù)據(jù)輸入開關撥好,00H,。,/CLR,清零開關由“,1”-“0”-“1”,，使微地址,UA4UA0,為,00000,。,按一次單拍脈沖,QD,執(zhí)行微地址為,00000,的啟動程序，給出下條微指令的地址,UA4-UA0,為,00001,。,按一次一單拍脈沖,QD,，執(zhí)行微地址為,00001,的微指令，,00-,地址寄存器,U4,，且地址計數(shù)加,1,變?yōu)?01H,。這時,00,單元的內容,20H,到指令寄存器,IR,，,D7-0,顯示為,20H,，即,IR7,，,IR6,，,IR5=0,，,0,，,1,，給出下一條微地下為,01001,。,實驗五 微程序控制器實驗,按一次單拍脈沖,QD,，執(zhí)行微地址為,00010,的微指令，這時,PC-U4,，即,01H-,地址寄存器,U4,，顯示為,01H,，,PC+1-PC,，給出下一條微地址為,01001,。,按一次單拍脈沖,QD,，執(zhí)行地址為,01001,的微指令，這時,RAM-,地址寄存器,U4,（即,01,單元的內容,0DH,到,U4,中），這時顯示為,0DH,，給出下一條微地址為,10101,。,實驗五 微程序控制器實驗,按一次單拍脈沖,QD,，執(zhí)行微地址為,10101,的微指令，這時,RAM-R5,累加器，即,0DH,單元內容,55H,到累加器,R5,，這時數(shù)據(jù)總線顯示,D7-D0,為,01010101,，給出下一條微地址為,10110,，該機器指令執(zhí)行完時，,R5,內容為,55H,。,按一次單拍脈沖,QD,，執(zhí)行微地址為,10110,的微指令，,PC+1-PC,顯示,02H,給出下一條微地址為,00001,。,實驗五 微程序控制器實驗,2,、執(zhí)行,ADD,指令（加法）,3,、執(zhí)行,STA,指令（,R5,的內容送到,RAM,地址為,10H,單元中。）,4,、執(zhí)行,OUT,指令（把,10H,單元中內容送到總線上。）,5,、執(zhí)行,AND,指令（把,R5,內容和,0FH,單元內容相與結果送到,R5,）,6,、執(zhí)行,COM,指令（把,R5,內容取反送,R5,）,7,、執(zhí)行,JMP,指令（無條件轉移到地址為,00H,的單元）,實驗五 微程序控制器實驗,五、實驗要求,1,、做好預習，特別要仔細閱讀實驗指導書,2,、交出完整的實驗報告，包括實驗目的、實驗過程記錄以及體會。,3,、獨立設計一條新指令相應的微程序。,