甘肃政法学院信息安全、计算机科学与技术专业本科课程实验教学大纲计算机组成原理原理一、《计算机组成原理》课程实验教学基本要求计算机组成原理是一门理论和实践结合及其紧密的课程，因此在课程的教学活动中需要采取多种教学手段与方法，以达到良好的教学效果。
计算机组成原理的实验教学是理论联系实际的重要环节，是理论课堂教学的补充和继续。
因此，该课程的实验教学要求学生通过实验课程的学习，完成实验指导书具体规定的各项实验内容，通过实验使学生实现正确和熟练地掌握计算机组成原理的实验技能和基本操作，提高学生动手能力。
二、实验项目总表三、实验内容实验一运算器实验（一）实验目的与要求1. 掌握简单运算器的组成以及数据传送通路。
2. 验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能。
（二）实验原理图1 运算器数据通路图实验中所用的运算器数据通路如图1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。
图1-2中已将实验需要连接的控制信号用箭头标明（其他实验相同，不再说明）。
其中除T4为脉冲信号，其它均为电平控制信号。
实验电路中的控制时序信号均已内部连至相应时序信号引出端，进行实验时，还需将S3、S2、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU_G、SW_G各电平控制信号与“SWITCH”单元中的二进制数据开关进行跳线连接。
其中ALU_G、SW_G为低电平有效，LDDR1、LDDR2为高电平有效。
按动微动开关PULSE，即可获得实验所需的单脉冲。
（三）实验器材及设备CCT-IV计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。
（四）实验步骤与方法l. 按图2连接实验线路，仔细检查无误后，接通电源。
（图中箭头表示需要接线的地方，接总线和控制信号时要注意高低位一一对应，可用彩排线的颜色来进行区分）图2 算术逻辑运算实验接线图2. 用INPUT UNIT 的二进制数据开关向寄存器DR1和DR2置数，数据开关的内容可以用与开关对应的指示灯来观察，灯亮表示开关量为“1”，灯灭表示开关量为“0”。
以向DR1中置入11000001（C1H ）和向DR2中置入01000011（43H ）为例，具体操作步骤如下：首先使各个控制电平的初始状态为：CLR=1，LDDR1=0，LDDR2=0，ALU_G=1，SW_G=1，S3 S2 S1 S0 M CN=111111，并将CONTROL UNIT 的开关SP05打在“NORM ”状态，然后按下图所示步骤进行。
上面方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进行，其中T4的正脉冲是通过按动一次CONTROL UNIT 的触动开关PULSE 来产生的。
置数完成以后，检验DR1和DR2中存的数是否正确，具体操作为：关闭数据输入三态门（SW_G=1），打开ALU 输出三态门（ALU_G=0），使ALU 单元的输出结果进入总线。
当设置S3、S2、S1、S0、M 、CN 的状态为111111时，DATA BUS 单元的指示灯显示DR1中的数；而设置成101011时，DATA BUS 单元的指示灯显示DR2中的数，然后将指示灯的显示值与输入的数据进行对比。
LDDR1=0LDDR2=1T4=LDDR1=1LDDR2=0T4=SW_G=03. 验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑）74LS181的功能见表1，可以通过改变S3 S2 S1 S0 M CN的组合来实现不同的功能，表中“A”和“B”分别表示参与运算的两个数，“+”表示逻辑或，“加”表示算术求和。
通过前面的操作，我们已经向寄存器DR1写入C1H，DR2写入43H，即A=C1H，B=43H。
然后改变运算器的控制电平S3 S2 S1 S0 M CN的组合，观察运算器的输出，填入表2中，并和理论值进行比较、验证74LS181的功能。
表2运算器功能实验表（五）注意事项1.本实验装置的发光二极管的指示灯亮时表示信号为“0”，灯灭时表示信号为“1”。
2.电源关闭后，不能立即重新开启，关闭与重启之间至少应有30秒间隔。
3.电源线应放置在机内专用线盒中。
4.保证设备的整洁。
（六）实验要求1．根据74LS181的功能表，编写程序进行74LS181的逻辑运算和算术运算，将计算结果填入表中。
2．按照实验步骤进行实验，记录实验结果。
3．认真撰写实验报告。
（七）思考题1．74LS245及74LS273分别有什么作用？能否互换？2．用数据开关向数据暂存器74LS273置数时，B SW -、B ALU -控制信号应如何？为什么？3．ALU 向总线输出数据时，B SW -、B ALU -、LDDR1、LDDR2控制信号应如何？实验二 存储器实验（一）实验目的与要求1. 掌握静态随机存储器RAM 工作特性。
2. 掌握静态随机存储器RAM 的数据读写方法。
（二）实验原理实验所用的半导体静态存储器电路原理如图3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。
接地，、WECE=0、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。
（三）实验器材及设备CCT-IV计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。
（四）实验步骤与方法1. 形成时钟脉冲信号T3，具体接线方法和操作步骤如下：①将SIGNAL UNIT中的CLOCK和CK，TS3和T3用排线相连。
②将SIGNAL UNIT中的两个二进制开关“SP03”设置为“RUN”状态、“SP04”设置为“RUN”状态（当“SP03”开关设置为“RUN”状态、“SP04”开关设置为“RUN”状态时，每按动一次触动开关START，则T3的输出为连续的方波信号。
当“SP03”开关设置为“STEP”状态、“SP04”开关设置为“RUN”状态时，每按动一次触动开关START，则T3输出一个单脉冲，其脉冲宽度与连续方式相同。
）2. 按图4连接实验线路，仔细检查无误后接通电源。
（图中箭头表示需要接线的地方，接总线和控制信号时要注意高低位一一对应，可用彩排线的颜色来进行区分）图4 存储器实验接线图3. 给存储器的00、01、02、03、04地址单元中分别写入数据11、22、33、44、55，具体操作步骤如下：（以向00号单元写入11为例）首先使各个控制电平的初始状态为：SW_G=1，CE=1，WE=1，LDAR=0，CLR= l →0→1，并将CONTROL UNIT 的开关SP05打在“NORM ”状态，然后按下图所示步骤进行。
图中方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进行，其中T3的正脉冲是通过按动一次CONTROL UNIT 的触动开关START 来产生的，而WE 的负脉冲则是通过让SWITCH 单元的WE 开关做l →0→1变化来产生的。
接到DATA BUS接到ADDR BUS4. 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。
具体操作步骤如下：（以从00号单元读出11数据为例）其中AR 的值在ADDR BUS 单元的指示灯上显示，RAM 相应单元的值在DATA BUS 单元的指示灯上显示。
SW_G=1LDAR=0SW_G=0LDAR=1T3=SW_G=0CE=0WE=CE=1WE=1SW_G=1SW_G=0T3=SW_G=1LDAR=0CE=0LDAR=1（五）注意事项1.本实验装置的发光二极管的指示灯亮时表示信号为“0”，灯灭时表示信号为“1”。
2.电源关闭后，不能立即重新开启，关闭与重启之间至少应有30秒间隔。
3.电源线应放置在机内专用线盒中。
4.保证设备的整洁。
（六）实验要求1.按照实验步骤进行实验，记录实验结果。
2.认真撰写实验报告。
（七）思考题1.实验中写入数据与读出数据是否相同，如不一致，分析原因。
2.地址不能存入地址寄存器的可能原因。
3.数据输出缓冲器74LS245的作用。
实验三微程序控制器实验（一）实验目的与要求1. 掌握微程序控制器的组成原理。
2. 掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行。
（二）实验原理实验所用的时序电路原理可以参考时序实验。
由于时序电路的内部线路已经连好（时序电路的CLR已接到实验板中下方的CLR清零开关上），所以只需将时序电路与方波信号源连接即可。
1. 微程序控制电路微程序控制器的组成见图5。
其中控制存储器采用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。
在该实验电路中，在CONTROL UNIT有一个编程开关SP06，它具有三种状态：WRITE（编程）、READ（校验）、RUN（运行）。
当处于“编程状态”时，实验者可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器2816中。
当处于“校验状态”时，可以对写入控制存储器中的二进制代码进行验证，从而可以判断写入的二进制代码是否正确。
当处于“运行状态”时，只要给出微程序的入口微地址，则可根据微程序流程图自动执行微程序。
图中微地址寄存器输出端增加了一组三态门74LS245，目的是隔离触发器的输出，增加抗干扰能力，并用来驱动微地址显示灯。
2. 微指令格式微指令字长24位，其控制位顺序如下：图5 微控制器实验原理图10其中uA5一uA0为6位的后续微地址，A 、B 、P 为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位。
P 字段中的Pl 一P4是四个测试字位。
其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行。
AR 为算术运算是否影响进位及判零标志控制位，其为零有效。
