计算机组成原理试验指导书

计算机组成原理实验平台HKZK-CPT1目录第1章性能特点______________________________________________________________31.1系统功能及特点__________________________________________________________31.2实验系统组成____________________________________________________________4第2章实验项目______________________________________________________________52.1算术逻辑运算单元实验____________________________________________________5实验1、不带进位位逻辑或运算实验_________________________________________7实验2、不带进位位加法运算实验___________________________________________82.2通用寄存器单元实验____________________________________________________10实验1、数据输入通用寄存器_____________________________________________11实验2、寄存器内容无进位位左移实验_____________________________________12实验3、寄存器内容无进位位右移实验_____________________________________122.3进位控制、通用寄存器判零实验___________________________________________14实验1、算术逻辑单元带进位位的加法运算实验______________________________15实验2、带进位移位实验__________________________________________________162.4存储器和总线实验______________________________________________________18实验1、存储器的写操作__________________________________________________20实验2、读存储器的数据到总线上__________________________________________202.5堆栈寄存器实验________________________________________________________21实验1、对4个寄存器进行写入操作________________________________________22实验2、对4个寄存器进行读出操作_______________________________________232.6微程序控制单元实验____________________________________________________24实验1、微地址打入操作__________________________________________________26实验2微地址+1操作____________________________________________________272.7指令部件模块实验______________________________________________________28实验1、PC计数器置数___________________________________________________31实验2、PC计数器加1____________________________________________________31实验3、置当前指令寄存器________________________________________________312.8时序与启停实验________________________________________________________322.9模型机的总体设计______________________________________________________352.9.3.2.1指令类型：______________________________________________________372.9.3.2.2操作数寻址方式及编码____________________________________________37第3章综合实验的调试_______________________________________________________45实验1、实现普通的加、减法指令__________________________________________51实验2、带进位运算的模型机______________________________________________54第4章驻机键盘和液晶显示器的使用方式_______________________________________604.1键盘定义______________________________________________________________60计算机组成原理实验平台HKZK-CPT24.2操作方法______________________________________________________________60第5章HKCPT软件简介和安装_________________________________________________635.1HKCPT性能特点________________________________________________________635.2软件安装和卸载________________________________________________________635.3HKCPT软件界面介绍_________________________________________________635.4菜单介绍______________________________________________________________655.5快速入门______________________________________________________________70注意事项：在做单元模块实验前，务必先将CPT-A总线上短8芯扁平电缆及CPT-B上连线板全部拔离实验平台。做实验时，根据实验说明连接相关总线。可通过PC机软件（HKCPT）中的查看—刷新菜单来观察各寄存器当前值。计算机组成原理实验平台HKZK-CPT3第1章性能特点1.1系统功能及特点1.1.1提供各个基本功能模块我们在比较了国内的多家实验平台厂商的产品后，发现多数产品不是连线过于繁琐，就是由CPLD来替代所有的硬件。市场需要一种连线不多，但具有灵活性的实验系统,不同设计方案，不同的连线方法，可以得到不同的结果。我们所提供的实验平台本身就是一个可运行的系统。整个系统采用功能模块化的设计思路，实验者可单独设计和调试各个功能模块，最终实现一个新的系统，这样可大大减轻实验指导教师的工作量。整个实验平台提供了运算器模块、指令部件模块、堆栈寄存器模块、存储器模块、总线传输模块、微程序模块、启停和时序模块，以及用于调试和观察数据的监控模块。1.1.2组成结构整个系统采用总线结构，总线结构具有扩展能力强，结构简单清晰，连线方便快捷等特点。本实验平台的总线分为：内部、外部地址总线，内部、外部数据总线。整个系统的各个总线都布有测试孔，以便于测试。各模块的电源、地、地址数据总线已经按照标准连接完毕，控制信号都按各功能模块的布局引出，实验者可方便的定位各测试点。1.1.3监控模块监控模块为实验调试和程序设计带来了相当的便利。实验者可以通过监控模块来修改微程序和内存中的程序。为了实验的连贯性，系统中还提供了FLASHMEMORY来保存微程序和程序，掉电时内容不会丢失，实验者可随时保存和读取微程序与程序。为了使实验者随时观察数据和地址，实验平台提供了一块2*16的液晶屏，可同时显示当前地址、当前总线上的数据和当前的微指令和一些关键寄存器的值。1.1.4操作方式：单机方式：整个系统可单独使用，可通过24个按键和液晶来编辑内存和微程序存储器中的数据，在系统运行时可监控所有关键数据。实验者使用拨动开关来产生二进制码进行微程序和程序的编写。联机方式：系统可与PC机相连，PC机上提供了windows界面的操作软件，实验者可在PC机上进行编辑、加载、动态调试等操作。计算机组成原理实验平台HKZK-CPT41.2实验系统组成本实验平台由两部分组成，左边为实验模块部分（CPT-A），主要分布着各个实验单元和监控单元。实验平台的右边为数据输出板(CPT-B)，板上分布着24个二进制开关、若干个LED发光二极管、DIP插座，还有1块用于显示当前状况的液晶板。CPT-A上的控制信号都通过2根扁平电缆连到了CPT－B上。计算机组成原理实验平台HKZK-CPT5第2章实验项目2.1算术逻辑运算单元实验2.1.1实验目的1、掌握简单运算器的数据传输方式2、掌握74LS181的功能和应用2.1.2实验要求完成不带进位位算术、逻辑运算实验。按照实验步骤完成实验项目，了解算术逻辑运算单元的运行过程。2.1.3实验说明2.1.3.1ALU单元实验构成（如图2-1-1）1、运算器由2片74LS181构成8位字长的ALU单元。2、2片74LS374作为2个数据锁存器（DR1、DR2），8芯插座ALU-IN作为数据输入端，可通过短8芯扁平电缆，把数据输入端连接到数据总线上。3、运算器的数据输出由一片74LS244（输出缓冲器）来控制，8芯插座ALU-OUT作为数据输出端，可通过短8芯扁平电缆把数据输出端连接到数据总线上。图2-1-1计算机组成原理实验平台HKZK-CPT6图2-1-2计算机组成原理实验平台HKZK-CPT72.1.3.2ALU单元的工作原理（如图2-1-2）数据输入锁存器DR1的EDR1为低电平，并且D1CK有上升沿时，把来自数据总线的数据打入锁存器DR1。同样使EDR2为低电平、D2CK有上升沿时把数据总线上的数据打入数据锁存器DR2。算术逻辑运算单元的核心是由2片74LS181组成，它可以进行2个8位二进制数的算术逻辑运算，74LS181的各种工作方式可通过设置其控制信号来实现（S0、S1、S2、S3、M、CN）。当实验者正确设置了74LS181的各个控制信号，74LS181会运算数据锁存器DR1、DR2内的数据。由于DR1、DR2已经把数据锁存，只要74LS181的控制信号不变，那么74LS181的输出数据也不会发生改变。输出缓冲器采用74LS244，当控制信号ALU-O为低电平时，74LS244导通，把74LS181的运算结果输出到数据总线；当ALU-O为高电平时，74LS244的输出为高阻。2.1.3.3控制信号说明信号名称作用有效电平EDR1选通DR1寄存器低电平有效EDR2选通DR2寄存器低电平有效DR1CKDR1寄存器工作脉冲上升沿有效DR2CKDR2寄存器工作脉冲上升沿有效S0~S374LS181工作方式选择M选择逻辑或算术运算CN有无进位输入CCK进位寄存器的工作脉冲上升沿有效ALU-O74LS181计算结果输出至总线低电平有效2.1.4实验步骤实验1、不带进位位逻辑或运算实验把ALU-IN（8芯的盒型插座）与CPT-B板上的二进制开关单元中J01插座相连(对应二进制开关H16~H23)，把ALU-OUT（8芯的盒型插座）与