计算机组成原理实验指导书2012A

长沙学院

计算机组成原理实验指导书

计算机系硬件教研室 编

（内部使用）

2014年 2月

目 录

实验一 静态随机存储器实验 ............................................................................................... 4

1.1 实验目的 .................................................................................................................. 4 1.2 实验设备 .................................................................................................................. 4 1.3 实验原理 .................................................................................................................. 4 1.4 实验步骤 .................................................................................................................. 5 1.5 数据记录表格 .......................................................................................................... 8 1.6 问题与思考 .............................................................................................................. 8 实验二 系统总线和具有基本输入输出功能的总线接口实验 ........................................... 9

2.1 实验目的 ................................................................................................................. 9 2.2 实验设备 .................................................................................................................. 9 2.3 实验原理 .................................................................................................................. 9 2.4 实验步骤 ................................................................................................................ 10 2.5 问题与思考 .............................................................................................................. 12 实验三 基本运算器实验 ..................................................................................................... 13

3.1 实验目的 ............................................................................................................... 13 3.2 实验设备 ............................................................................................................... 13 3.3 实验原理 ............................................................................................................... 13 3.4 实验步骤 ............................................................................................................... 14 3.5 问题与思考 ： ..................................................................................................... 17 实验四 超前进位加法器设计实验 ..................................................................................... 18

4.1 实验目的 ............................................................................................................... 18 4.2 实验设备 ............................................................................................................... 18 4.3 实验原理 ............................................................................................................... 18 4.4 实验步骤 ............................................................................................................... 22 4.5 问题与思考 ........................................................................................................... 23 实验五 微程序控制器实验 ................................................................................................. 24

5.1 实验目的 ............................................................................................................... 24 5.2 实验设备 ............................................................................................................... 24 5.3 实验原理 ............................................................................................................... 24 5.4 实验步骤 ............................................................................................................... 30 5.5 问题与思考 ........................................................................................................... 32 实验六 基本模型机设计与实现 ......................................................................................... 33

6.1 实验目的 ............................................................................................................... 33 6.2 实验设备 ............................................................................................................... 33 6.3 实验原理 ............................................................................................................... 33 6.4 实验步骤 ............................................................................................................... 36 6.5 问题与思考 ........................................................................................................... 39 课程设计内容......................................................................................................................... 40 复杂模型机设计..................................................................................................................... 40

一 目的 ......................................................................................................................... 40 二 设备 ......................................................................................................................... 40

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三 原理 ....................................................................................................................... 40 四 总体设计 ................................................................................................................. 42 五、步骤 ......................................................................................................................... 48

附件1 软件使用说明 .................................................................................................................. 54 附录2 时序单元介绍 .................................................................................................................. 63

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实验一 静态随机存储器实验

1.1 实验目的

掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法。

1.2 实验设备

PC机一台，TD-CMA实验系统一套。

1.3 实验原理

实验所用的静态存储器由一片6116（2K×8bit）构成（位于MEM单元），如图1-1所示。6116有三个控制线：CS（片选线）、OE（读线）、WE（写线），其功能如表1-1所示，当片选有效（CS=0）时，OE=0时进行读操作，WE=0时进行写操作，本实验将CS常接地。

VccA82423A9WEOEA10CSI/O7I/O6I/O5I/O4I/O322212019181716151413RAM ( 6116 )123456789101112A7A6A5A4A3A2A1A0I/O0I/O1I/O2GND 图1-1 SRAM 6116引脚图

由于存储器（MEM）最终是要挂接到CPU上，所以其还需要一个读写控制逻辑，使得CPU能控制MEM的读写，实验中的读写控制逻辑如图1-2所示，由于T3的参与，可以保证MEM的写脉宽与T3一致，T3由时序单元的TS3给出（时序单元的介绍见附录2）。IOM用来选择是对I/O还是对MEM进行读写操作，RD=1时为读，WR=1时为写。

表1-1 SRAM 6116功能表

RDXMRDCS1000WE×100OE×010功能不选择读写写

T3WRXMWRXIOWXIORIOM

图1-2 读写控制逻辑

实验原理图如图1-3所示，存储器数据线接至数据总线，数据总线上接有8个LED灯显示D7?D0的内容。地址线接至地址总线，地址总线上接有8个LED灯显示A7?A0的内容，地址由地址锁存器（74LS273，位于PC&AR单元）给出。数据开关（位于IN单元）经一个三态门（74LS245）连至数据总线，分时给出地址和数据。地址寄存器为8位，接入6116的地址A7…A0，6116的高三位地址A10…A8接地，所以其实际容量为256字节。

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图1-3 存储器实验原理图

实验箱中所有单元的时序都连接至时序与操作台单元，CLR都连接至CON单元的CLR按钮。实验时T3由时序单元给出，其余信号由CON单元的二进制开关模拟给出，其中IOM应为低（即MEM操作），RD、WR高有效，MR和MW低有效，LDAR高有效。

1.4 实验步骤

(1) 关闭实验系统电源，按图1-4连接实验电路，并检查无误，图中将用户需要连接的信号用圆圈标明。

(2) 将时序与操作台单元的开关KK1、KK3臵为运行档、开关KK2臵为‘单步’档（时序单元的介绍见附录二）。

(3) 将CON单元的IOR开关臵为1（使IN单元无输出），打开电源开关，如果听到有‘嘀’报警声，说明有总线竞争现象，应立即关闭电源，重新检查接线，直到错误排除。

(4) 给存储器的00H、01H、02H、03H、04H地址单元中分别写入数据11H、12H、13H、14H、15H。由前面的存储器实验原理图（图1-3）可以看出，由于数据和地址由同一个数据开关给出，因此数据和地址要分时写入，先写地址，具体操作步骤为：先关掉存储器的读写（WR=0，RD=0），数据开关输出地址（IOR=0），然后打开地址寄存器门控信号（LDAR=1），按动ST产生T3脉冲，即将地址打入到AR中。再写数据，具体操作步骤为：先关掉存储器的读写（WR=0，RD=0）和地址寄存器门控信号（LDAR=0），数据开关输出要写入的数据，打开输入三态门（IOR=0），然后使存储器处于写状态（WR=1，RD=0，IOM=0），按动ST产生T3脉冲，即将数据打入到存储器中。写存储器的流程如图1-5所示（以向00地址单元写入11H为例）：

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