《计算机组成原理实验》教学大纲.docx

《计算机组成原理实验》教学大纲
一、课程基本信息二、教学目标
中文名称
计算机组成原理实验
英文名称
Principle of Computer Organization Experiment
适用专业
物联网工程
先修课程
电路基础、模电、数电
课程类别
专业基础课
修读性质
必修
学分/学时
3. 5学分/，17学时
考核方式
考查
计算机组成原理是计算机硬件的具体实现，通过实践环节使学生加深对计算机各功能部 件的理解，更好的理解各基本部件在整机中的地位，掌握数据信息流和控制信息流的流动过 程，巩固所学理论，进一步加深理解整机概念，培养其初步设计、开发和调试计算机的能力。
三' 教学内容实验工程一：认识实验装置（2学时）.实验属性：验证实验.修读性质：必开
1 .教学目标：了解实验仪的特点及组成；掌握实验仪键盘的使用。
2 .实验内容：
i. DJ-CPTII 特点实验系统组成实验仪键盘使用实验工程二：寄存器实验（2学时）
1 .实验属性：验证实验2,修读性质：必开.教学目标：了解模型机中各种寄存器结构、工作原理及其控制方法。
3 .实验内容：
i. 利用CPTH实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制 信号：将数据写入寄存器，这些寄存器包括累加器A,工作寄存器W,数据寄 存器组R0..R3,地址寄存器MAR,堆栈寄存器ST,输出寄存器OUT。
ii. 寄存器的作用是用于保存数据的，因为我们的模型机是8位的，因此在本模型机中大部寄存器是8位的，标志位寄存器（Cy, Z）是二位的。
iii. CPTH用74HC574来构成寄存器。
实验工程三：运算器实验（2学时）
L实验属性：验证实验.修读性质：必开
2 .教学目标：理解将数据写累加器A和工作寄存器W,掌握模型机中算术、逻辑运算 单元的控制方法。
3 .实验内容：
i. 利用CPTH实验仪的K16..K23开关做为DBUS数据，其它开关做为控制信 号.
ii. 将数据写累加器A和工作寄存器W,并用开关控制ALU的运算方式，实现运算器的功能。
实验工程四：数据输出和移位实验（2学时）
L实验属性：验证实验.修读性质：必开
2 .教学目标：理解模型机中多寄存器接数据总线的实现原理；理解运算器中移位功能的 实现方法。
3 .实验内容：
i. 利用CPTH实验仪的开关做为控制信号，将指定寄存器的内容读到数据总线 DBUS 上；CPTH中有7个寄存器可以向数据总线输出数据，但在某一特定时刻只能有 一个寄存器输出数据，由X2, XI, X0决定那一个寄存器输出数据。
实验工程五：存储器实验（2学时）
L实验属性：验证实验2,修读性质：必开.教学目标：了解模型机中程序存储器EM的工作原理及控制方法。
3 .实验内容：
i. 利用CPTH实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控 制信号，实现程序存储器EM的读写操作。
ii. 存储器EM由一片6116RAM构成，是用户存放程序和数据的地方。存储器 EM通过一片74HC245与数据总线相连。存储器EM的地址可选择由PC或 MAR提供。
iii. 存储器EM的数据输出直接接到指令总线IBUS,指令总线IBUS的数据还可 以来自一片74HC245。当ICOE为0 口寸，这片74HC245输出中断指令B8。
实验工程六：uPC和PC实验（2学时）
L实验属性：验证实验,修读性质：必开
2 .教学目标：了解模型机中微程序的基本概念；理解模型机中微程序计数器uPC和程 序计数器PC的结构、工作原理及其控制方法；了解程序执行过程中顺序和跳转指令的实现 方法。
3 .实验内容:
*
1.
利用CPTH实验仪上的K16..K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制 信号，实现微程序计数器uPC和程序计数器PC的写入和加1功能。
实验工程七：微程序存储器uM实验（2学时）
1 .实验属性：验证实验,修读性质：必开
2 .教学目标：理解微程序控制方式模型机的基本工作原理；理解微程序存储器uM的控 制方法。
3 .实验内容：
i. 利用CPTH实验仪上的开关做为控制信号，实现微程序存储器uM的输出功 能。
ii. 存储器uM由三片6116RAM构成，共24位微指令，采用水平型微指令格式。 存储器的地址由uPC提供，片选及读信号恒为低，写信号恒为高。存储器uM 始终输出uPC指定地址单元的数据。
实验工程八：模型机综合实验（2学时）
L实验属性：验证实验.修读性质：必开
2 .教学目标：了解模型机的寻址方式、指令集和微指令集；熟悉CPTH集成开发环境的 使用；在微程序控制方式下，通过数据传送、输入输出指令的执行，理解相关部件的工作原 理。
3 ,实验内容：.
i. 在综合实验中，模型机作为一个整体来工作的，所有微程序的控制信号由微程
序存储器uM输出，而不是由开关输出。在做综合实验之前，先用8芯电缆 连接J1和J2,使系统处于非手动状态，这样实验仪的监控系统会自动翻开uM 的输出允许，微程序的各控制信号就会接到各寄存器、运算器的控制端口。此 综合实验（1〜7）使用的指令是模型机的缺省指令系统，系统自动默认装入缺省 指令系统/非流水微指令系统文件：insfilel.mic。
ii. 在做综合实验时，可以用CPTH计算机组成原理实验软件输入、修改程序，
汇编成机器码并下载到实验仪上，由软件控制程序实现单指令执行、单微指令 执行、全速执行，并可以在软件上观察指令或微指令执行过程中数据的走向、 各控制信号的状态、各寄存器的值。
iii. 在用微程序控制方式做综合实验时，在给实验仪通电前，拔掉实验仪上所有的
手工连接的接线，再用8芯电缆连接J1和J2,控制方式开关KC拨到“微程 序”控制方向。假设想用CPTH软件控制组成原理实验仪，就要启动软件，并 用快捷图标的“连接通信口”功能翻开设置窗口，选择实验仪连接的串行口， 然后再点击“0K”按钮接通到实验仪。
四、考核形式及成绩评定说明：此局部写作方式不限，根据课程情况表达清楚即可。
（一）考核形式：实验操作（二）成绩评定：期末综合成绩=平时成绩*30%+期末考查成绩*70%五、教材与参考书教 材：白中英，《计算机组成原理》，科学出版社，2010
参考书：阜阳师范学院计算机与信息学院，《DJ-CPTH计算机组成原理实验系统实验指
导》,2011六、课程学时分配表
序号
实验工程名称
学时
实验 属性
修读性 质
主要仪器设备
实验工程1
认识实验装置
2
验证
必开
DJ-CPTH实验仪
实验工程2
寄存器实验
2
验证
必开
DJ-CPTH实验仪
实验工程3
运算器实验
2
验证
必开
DJ-CPTH实验仪
实验工程4
数据输出和移位实 验
2
验证
必开
DJ-CPTH实验仪
实验工程5
存储器实验
2
验证
必开
DJ-CPTH实验仪
实验工程6
uPC和PC实验
2
验证
必开
DJ-CPTH实验仪
实验工程7
微程序存储器uM实 验
2
验证
必开
DJ-CPTH实验仪
实验工程8
模型机综合实验
3
综合
必开
DJ-CPTH实验仪