《计算机组成原理》课程实验教学大纲
一、课程基本信息
课程名称：计算机组成原理
英文名称：Principles of Computer Organization
课程编码：11031301407
实验属性：非独立设课
适用专业：物联网工程
二、《计算机组成原理》本门课程实验教学的目的与基本要求
《计算机组成原理》本实验课程是计算机类相关专业的专业基础课，通过计算机组成原理教学实验系统的学习，能够掌握计算机硬件系统的各主要组成部分以及相互联系。掌握一台计算机系统的基本工作原理，建立完整清晰的整机概念。并依靠实验平台独立完成系统的部分设计、调试任务。能够读懂系统的逻辑框图和电路图，掌握各部件（存储器、运算器、控制存储器、输入输出组织等）的功能及用法。能够分析和读懂微程序清单、掌握微程序的设计。
三、实验项目一览表
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实验序号 |
实验项目名称 |
实验类型 |
实验室名称 |
实验要求 |
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项目一 |
算术逻辑运算 |
验证性 |
计算机组成原理实验室 |
必做 |
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项目二 |
进位控制 |
验证性 |
计算机组成原理实验室 |
必做 |
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项目三 |
移位控制 |
验证性 |
计算机组成原理实验室 |
必做 |
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项目四 |
存储器读/写 |
综合性 |
计算机组成原理实验室 |
必做 |
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项目五 |
总线数据传送控制 |
综合性 |
计算机组成原理实验室 |
必做 |
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项目六 |
时序 |
综合性 |
计算机组成原理实验室 |
必做 |
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项目七 |
微程序控制器的组成 |
综合性、设计型 |
计算机组成原理实验室 |
必做 |
四、实验教学的内容与要求
实验一 算术逻辑运算
1.实验目的
学习和掌握简单运算器的组成以及数据传送通路；验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能。
2.实验原理
实验图如下，实验中运算器采用两片 74LS181 以并/串形式构成 8 位字长的 ALU。运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器（74LS273）锁存，锁存器的输入连至数据总线，数据输入开关（ INPUT）用来给出参与运算的数据，并经过一三态门（74LS245）和数据总线相连。运算器的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线相连。数据显示灯已和数据总线（"DATA BUS"）相连，用来显示数据总线内容。
3.实验要求及内容
（1）按图连接实验线路；
（2）用 INPUT UNIT 的二进制数据开关向寄存器 DR1 和 DR2 置数；
（3）验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能。
实验二 进位控制
1.实验目的
学习和掌握验证带进位控制的算术运算功能发生器的功能。
2.实验原理
实验图如下 ，在实验一的基础上增加进位控制部分，其中74LS181的进位进入一个锁存器，其写入是由T4和AR信号控制，T4是脉冲信号，实验时将T4连至"SIGNAL+UNIT"的TS4上。AR是电平控制信号（低电平有效），可用于实现带进位控制实验，而T4脉冲是将本次运算的进位结果锁存到进位锁存器中。
3.实验要求及内容
（1）按图连接实验线路；
（2）进位标志清零；
（3）用 INPUT UNIT 的二进制数据开关向寄存器 DR1 和 DR2 置数；
（4）验证带进位运算及进位锁存功能。
实验三 移位控制
1.实验目的
学习和掌握验证移位控制的功能。
2.实验原理
移位运算中使用了一片74LS299作为移位发生器，其八位输入/输出端以排针方式和总线单元连接。299_G信号控制其使能端，T4时序为其时钟脉冲，由S1?S0?M控制信号控制其功能状态。
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299_G |
S1 |
S0 |
M |
功能 |
|
0 |
0 |
0 |
任意 |
保持 |
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0 |
1 |
0 |
0 |
循环右移 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
带进位循环右移 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
循环左移 |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
带进位循环左移 |
|
任意 |
1 |
1 |
任意 |
装数 |
74LS299功能表
3.实验要求及内容
（1）按图连接实验线路；
（2）用INPUTUNIT的二进制数据开关把数据写入74LS299；
（3）改变S0S1M?299_G的状态，按动触动开关START，观察移位结果。
实验四 存储器读/写
1.实验目的
学习和掌握静态随机存储器RAM工作特性；掌握静态随机存储器RAM的数据读写方法。
2.实验原理
实验所用的半导体静态存储器电路原理如图所示，实验中的静态存储器由一片6116（2Kx8）
构成，其数据线接至数据总线，地址由地址锁存器（74LS273）给出。地址灯LI01-LI08与地址总线相连，显示地址内容。INPUT单元的数据开关经一三态门（74LS245）连至数据总线，分时给出地址和数据。
地址总线为8位，接入6116的地址A7-A0，将6116的高三位A8－A10接地，所以其实际容量为256字节。6116有三个控制线：CE（片选线）、OE（读线）、/WE（写线）。本实验中将OE常接地，在此情况，当CE=0、WE=0时进行写操作，CE=0、WE=1时进行读操作，其写时间与T3脉冲宽度一致。?
实验时，将T3脉冲接至实验板上时序电路模块的TS3相应插针中，其它电平控制信号由"SWITCH"单元的二进制开关给出，其中SW_G为低电平有效，LDAR为高电平有效。?
3.实验要求及内容
（1）形成时钟脉冲信号T3，按图连接实验线路；
（2）给存储器的00、01、02、03、04地址单元中分别写入数据；
（3）依次读出第00、01、02、03、04号单元中的内容，在DATA?BUS单元的指示灯上进行显示，观察上述各单元中的内容是否与前面写入的一致。
实验五总线数据传送控制
1.实验目的
学习和掌握总线的概念及其特性；总线传输控制特性。
2.实验原理
不同的设备挂至总线上，有存储器、输入设备、输出设备、寄存器。这些设备都需要有三态输出控制，按照传输要求恰当有序的控制它们，就可实现总线信息传输。借助总线连接，计算机在系统各部件之间实现传送地址、数据和控制信息的操作。
3.实验要求及内容
（1）根据挂在总线上的几个基本部件，设计一个简单的流程：?
A.输入设备将一个数写入地址寄存器。?
B.输入设备将另一个数写入到存储器的当前地址单元中。
C.将存储器当前地址单元中的数用LED数码管显示。
（2）实验接线；
（3）设置初始控制电平；
（4）改变控制电平在OUTPUT?UNIT的数码管上观察结果。
实验六时序实验
1.实验目的
学习和掌握时序产生器的组成原理和设计思想，提高对基本逻辑部件的分析和设计能力；?观察、分析和测量实验箱的控制时序，提高实际动手能力；增加对系统时序的理解，进一步深化理解计算机的工作原理。
2.实验原理
使用4个相位等间隔的时序信号TS1-TS4，时序电路发生器设置了一个启停控制触发器，使TS1一TS4信号输出可控。当SP03、SP04开关状态都为RUN时，一旦按下启动键，运行触发器一直处于"1"状态，P17一直为"1"，时序信号TS1-TS4将周而复始地发送出去。当SP03为1（STEP）时，一旦接下启动键，机器便处于单步运行状态。此时只发送一个微指令周期的时序信号就停机。
3.实验要求及内容
（1）实验接线；
（2）将SP03和SP04开关的状态均设为"RUN"状态，按动START触动开关；
（3）联机并用联机软件的示波器功能来观察输出波形。
实验七 微程序控制器的组成
1.实验目的
学习和掌握微程序控制器的组成原理；微程序的编制、写入，观察微程序的运行。
2.实验原理
采用3片2816?E2PR0M，具有掉电保护功能。微命令寄存器18位，用两片8D触发器（74LS273）和一片4D（74LS175）触发器组成。微地址寄存器6位，用三片上升沿触发的双D触发器（74LS74）组成，它们带有清"0"端和置"1"端。在不进行判别测试的情况下，T2时刻打入微地址寄存器的内容即为下一条微指令地址。当T4时刻进行判别测试时，转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过强置端将某一触发器设置为"1"状态，完成地址修改。
3.实验要求及内容
（1）编制微程序；
（2）连接实验线路；
（3）观察微程序控制器的工作原理。
五、考核方式
1．考核方式
以实验报告或作业形式和出勤情况、现场考察等进行多种形式考核。
2．实验报告要求
实验报告应包含以下内容：本次实验项目的目的、内容要求、实现方案和需要的实验条件、操作过程和实验结果、对关键性的实验步骤及实验现象的分析以及对本次实验操作方法与内容作进一步改革与扩充的设想等等。
六、实验指导教材或参考资料
《计算机组成原理》实验指导书
