《计算机组成原理》实验教案

山西财经大学教案课程名称《计算机组成原理》实验课程编码082104适用专业信息管理与信息系统开课时间授课班级主讲教师职称使用教材《计算机组成原理》实验指导书二○○七年九月教案（扉页）课程名称《计算机组成原理》实验总计：16学时课程类别实验课学分4／1讲课：64学时实验：16学时实验目的实验是教学进程中的一个重要环节，是帮助学生直接理解和掌握教学内容的感性认知阶段。加强实践环节，培养学生动手能力，使学生学完全课程后，对计算机内部的运作有一定感性认识，对计算机的软、硬件工作原理都有较清晰的概念。使学生具有对各子系统初步设计及互联组合的能力。通过本实验课程训练，熟悉典型计算机的基本结构、基本组成和基本功能，掌握计算机主要组成部件工作原理的基本分析与设计方法，使学生对典型计算机系统的分析、设计、开发与使用能力得到训练与提高。并要求学生写出实验报告，对实验结果进行分析，培养学生分析问题、解决问题的能力。实验要求1．算术逻辑运算实验，要求学生掌握验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能(采用正逻辑)；2．进位控制实验；3．移位运算实验；4．存储器实验；5．总线实验；6．微控制器实验；7．综合实验设计实验方法实验1-6以实验指导书中的程序为基础，先进行验证，后自己设计程序。最后一个综合设计需要先查阅资料、选择设计题目和内容，在上机前对代码有初步的设计，然后上机调试实验手段在西安唐都公司TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统上进行。考核方式上机考试：考核编程能力和的实际操作能力。教学参考资料［1］《计算机组成原理教学实验系统实验指导书》［2］白中英，《计算机组成原理—题解、题库与实践》，科学出版社，2000年［3］李亚明.《计算机组成与系统结构》.清华大学出版社.2001［4］王爱英.《计算机组成与结构》.清华大学出版社.1998［5］江义鹏.《计算机组成原理》.人民邮电出版社.1998教学单元第一单元时间2007年9月21日第5、6节章节名称运算器实验（一）算术逻辑运算实验授课方式授课+上机指导教学时数2实验目的验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能(采用正逻辑)。实验原理在给定DR1=65,DR2=A7的情况下，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，并和理论分析进行比较、验证。实验重要步骤1.连接实验线路。2.用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数。3.验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能(采用正逻辑)。实验中应注意事项1．连接线路后要仔细检查，然后再通电。2．实验采用的正逻辑方法。教学后记通过本次实验教学，使同学们掌握74LS181的运行环境，了解了计算机运算器的基本组成结构。注：一个教学单元是指一次课(2-3学时)教学单元第二单元时间2007年10月12日第5、6节章节名称进位控制实验授课方式授课+上机指导教学时数2实验目的1、验证带进位的算术运算器的功能2、按指定数据完成几种指定的算术运算实验原理用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数。检验DR1和DR2中存的数是否正确。验证74L实验中所用的运算器数据通路如《实验指导书》图1-3，所示，其中运算器由两片74LS181以并/串形式构成8位字长的ALU，运算器的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线相连，运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器锁存，锁存器的输出联至数据总线，数据开关（inputdevice）用来给出参与运算的数据，并经过一个三态门和数据总线相连，数据显示灯（busunit）和数据总线相连，用来显示数据总线内容。S181的算术运算和逻辑运算功能(采用正逻辑)。比上个实验增加了进位传送线路及控制。实验重要步骤1、连接实验线路。2、在数据开关上置数00001111（或类似数）3、进位标志清零4、验证带进位运算及进位锁存功能。实验中应注意事项1、插入排线的左右方向（8位，4位，2位）2、各个操作步骤在原理图上的含义教学后记通过本次实验教学，发现部分学生只看结果正确否而较少考虑原因，应鼓励学生有深入钻研的精神教学单元第三单元时间2007年10月26日第5-6节章节名称移位运算实验授课方式授课+上机指导教学时数2实验目的验证移位控制的组合功能实验原理原理如图1-5所示，使用了74LS299作为移位发生器，其8位输入输出端以排针方式和总线单元相连，299-B信号控制使能端，T4时序为时钟脉冲，由S1,S0,M控制其功能状态。实验重要步骤1、在数据开关上置数01101011（或类似数）2、打开输入三态门(SW_B=0)3、S0=1,S1=1,T4=∩,把当前数据总线上的数置入74LS2994、关闭输入三态门(SW_B=1)5、移位，参照P9的功能表改变S1,,S0,M的状态，按动微动开关KK2,观察移位结果。实验中应注意事项1、要插入到ALU-UNIT的排线两端在实验板上的部件号与上两个不同。2、结果与预先想像的移位是否一致？教学后记通过本次实验教学，使同学们掌握74LS299的使用，其他类似芯片的使用方法。教学单元第四单元时间2007年11月9日第5、6节章节名称存储器实验授课方式授课+上机指导教学时数2实验目的掌握静态随机存储器RAM的工作特性及数据的读写方法实验原理实验所用的半导体静态随机存储器电路原理如P12图2-1所示，静态随机存储器由一片6116（2K*8）构成，其数据线接至数据总线，地址线由地址锁存器74LS273给出，地址灯AD0—AD7与地址线相连，显示地址线内容，数据开关经三态门74LS245联至数据总线，分时给出地址和数据。实验重要步骤1、连接实验线路。2、将存储器地址00，01，02，03，04地址单元中分别写入数据11，12，13，14，15，3、输入上述的某个地址，观察是否与前面写入的一致。实验中应注意事项当没有示波器时，排线的一端插入W/RUNIT的T3另一端不要插入STATEUNIT的TS3而要插入STATEUNIT的KK2教学后记通过实验教学，使同学们掌握半导体静态随机存储器电路原理，了解了计算机存储器的基本组成结构。教学单元第五单元时间2007年11月23日第5、6节章节名称微控制器实验授课方式授课+上机指导教学时数4实验目的1、掌握时序产生器的组成原理2、掌握微程序控制器的组成原理3、掌握微程序的编制、写入、观察微程序的运行。实验原理微程序控制器的组成见图3-2，其中控制存储器采用3片2816的EEPROM微命令18位，微地址寄存器6位，在该实验电路中设有一个编程开关，具有三种状态:PROM,READ,RUN,处于PROM时，学生可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入控存，当处于READ，可对写入控存的微指令二进制代码进行验证，当处于RUN时，只要给出微程序的入口地址，则可根据微程序的流程图自动执行微程序。实验重要步骤一、编程1、将编程开关置为PROM2、将实验板上STATEUNIT的STEP置为step,STOP置为run3、置微地址4、在MK1-MK24置代码5、按动“START”按钮，根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入控存二、校验1、将编程开关置为READ2、将实验板上STATEUNIT的STEP置为step,STOP置为run3、置微地址ma0—ma54、按动“START”按钮，启动时序电路，读出微代码，进行检验。三、单步执行1、将编程开关置为run2、将实验板上STATEUNIT的STEP置为step,STOP置为run3、CLR=1,微地址清零。4、按动“START”按钮，启动时序电路，根据微地址灯和微命令灯，读出微代码，进行检验。四、连续执行1、将编程开关置为run2、将实验板上STATEUNIT的STEP置为exec,STOP置为run3、CLR=1,微地址清零。五、按动“START”按钮，启动时序电路，连续执行微命令。实验中应注意事项1、对学生来说，实验理解有一定难度，需反复多看方能理解透彻。2、SE5—SE1地址改变后，排线须带电拔出教学后记通过本次实验教学，使同学们掌握微程序控制方法，了解了计算机的控制器组成结构。通过本次实验教学，充分调动学生的积极性和能动性，从而进一步提高学生的自学能力和动手能力。教学单元第六单元时间2007年12月14日第5、6节章节名称基本模型机设计与实现授课方式授课+上机指导教学时数4实验目的要求学生全面掌握所学知识基础上，完成这个综合性实验，在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成一台基本模型计算机系统。为其定义五条机器指令，并编写相应的微程序。上机调试整机概念。实验原理本次实验在微程序的控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。实验重要步骤一、按照图4-3连接实验线路1、实验板连线，注意连线较为繁复，注意遍记录遍插排线2、用串行线连接计算机RS232口和实验板RS232口二、联机读写程序在计算机上运行TDN程序，将微程序写入控存，机器/汇编指令程序写入实验板存储器。三、实验板上运行程序1、将编程开关置为run2、将实验板上STATEUNIT的STEP置为step,STOP置为run3、CLR=1,微地址清零。4、按动“START”按钮，启动时序电路，单步执行一条微指令，对照流程图，根据微地址灯和微命令灯，读出微代码，进行检验。四、在微机上运行程序在计算机上单步/连续运行TDN程序，查看多条机器指令执行的过程。实验中应注意事项1、本实验综合性较强，有一定难度。2、连线较为繁复，易错。注意连线技巧。3、检查计算机与实验板通信是否正常。教学后记通过本次实验教学，使同学们掌握基本模型计算机系统，了解计算机的组成结构。通过本次实验教学，提高学生对计算机综合认识，从而进一步提高学生的自学能力和动手能力。