组成原理实验箱介绍

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1、计算机组成原理实验箱 介绍 实验系统由实验箱、 PC机、软件三大部分组成。本课程围绕实验箱组织教学， 通过在实验箱上的一系列实验来学习计算机的基本工作原理。实验箱包含七个部分： 实验箱简介 （ 1） 1.数据处理部件： 有 运算单元 ALU、累加器 A、暂存器 W、寄存器组 R0-R3、直通门 D、左移门 L、右移门 R、进位标志灯 RCy、零标志灯 Rz、中断向量寄存器和码健 IA、 中断请求标志灯 REQ、中断响应标志灯 ACK、程序计数器 PC、指令寄存器 IR、地址寄 存器 MAR、堆栈寄存器 ST和存储器 EM等经典计算机的基本数据处理部件部件。 实验箱简介 （ 2） 这是实验箱的主

2、体，我们的实验就是要 指挥 这 些部件 协调工作 ，来完成计算机的各种基本任 务，从感性认识到理性认识来逐步掌握计算机 的最基本工作原理。为理解各种现代计算机、 理解各种软件的最根本工作过程打好基础。 2.微程序结构部件：有 微程序 计数器 uPC、微程序存储器 uM、 微程序运行周期指示灯 RT1和 RT0。它们用于学习微程序结构 对指令译码的工作原理。 实验箱简介 （ 3） 3.组合逻辑结构部件： 由（编程）组合逻辑芯片 （ in-system IC） LC4256V和它的 I/O引脚及指令 周期指示灯 CT0和 CT1组成。用于学习由组合电路 构成的指令译码器的工作原理，这部分内容将在

3、在系统编程技术及应用 课程中学习。 这两部分各是计算机指令的自动译码方式之一，任一时刻只能使用一种方 式，由拨动开关 KC选择。 实验箱还提供人工译码方式，见输入通道部分。 4.输入通道：有电键和键盘两种形式， 是实验中的主要操作部件。电键 k0 k15 用于人工以电平形式发出控制命令（机器指令）， k16 K23用来设定输入数据， 这是第三种译码方式，用于学习 “ 译码器 ” 的工作原理。键盘用于以代码形式发 出控制命令 （针对实验箱提供的两种自动译码方式） 和数据，用于学习 “ 机器指 令 码 ” 的实质，进而学习 “ 程序指令 ” 的控制原理，再进而理解 “ 程序 ” 的控制 原理，液晶

4、显示器用于辅助和显示键盘的输入。 实验箱简介 （ 4） 5.输出通道： 由散布于 各处的数码管、发光管和 液晶显示器组成。 数码管 用于指示所在处寄存器的 值， 发光管用于指示 总线 或标志位状态，液晶显示 器用于显示键盘输入、机 器状态和某些处理结果。 是实验中观察操作结果和 实验现象的部件。 实验箱简介 （ 5） 训练有素的实验者在实施任何一个操作之前，会事先判 断输出通道应有的反应，在实施操作时会注视输出通道，以 观测反应是否与判断一致，从而证实或修正对本次操作的功 能的理解，并有机会抓住奇异现象 “新发现”的瞬间闪光。 养成这样的工作作风会终身受益。 6.总线： 任何计算机系统都有数据

5、总线、地址总线和控制总线。 数据总线： 设备上以白色粗线标出走向，并标有 DBUS字样和指示灯。 实验箱简介 （ 6） 数据输入通道： 由 下部左侧的 8位电键 （ K16 k23）赋值， 向右转直接连到插座 J3；向左连到输入锁 存器 IN，然后连到 插座 J2；再由 8位扁 平线把 J2或 J3同 J1相 连，使数据进入数据 处理部件。 数据输出通道： 由 数据处理部件的各部 件产生数据，经数据 总线的（最上面部分） 送到输出锁存器，经 数码管显示。 地址总线： 设备上以白色粗线标出走向，并标有 ABUS字样和指示灯。 地址总线上的信号是存储器（ EM）的地址，而这个地址在这个 经典 机模

6、型中 总是由指令发出的，所以， ABUS只在 PC、 EM和 MAR间存在。 实验箱简介 （ 7） 控制总线： 指令和微指令结构译码的控制总线设备上以白色粗线标出走向，并标有 IBUS字样和指示灯。组合逻辑译码的控制总线没有标出，但实际上也是这个通路 （因为拨动开关 KC保证二者只有一个工作）。 实验箱简介 （ 8） 人工译码（用电键） 产生的控制总线由实 验者用导线连接。 （注意相邻线使用不 同的颜色，以便检查 线路。） 7.外围芯片实验界面：由 数据 /地址总线接口 、 显示单元和扩 展单元组成。 数据 /地址总线接口以单线接插的形式实现这两类总线与 外围芯片的连接。 显示单元以 8位数码

7、管方式显示数据，以单线接插的形式 与外围芯片的连接。 扩展单元用于插入外围芯片，由 40脚 IC快插插座、单线 接插口、常用信号输出接插口组成。为方便引脚数少于 40的 外围芯片使用，面板上画出了 16、 20、 40三种引脚对应的插 孔编号： I16、 I20和 I40。 连接方法与 数字逻辑实验课相同 。 实验箱简介 （ 9） 实验箱上还有系统复位键、 RS232接口、 TGAT接口、转 移逻辑电路、时钟发生电路（ CK）、电源等辅助部件。 实验箱基本操作 1. 启动： 打开实验箱右侧面的电源开关，各数码管显示不同初值。 2. 手动模式： 按一下实验箱的复位按钮（ RST），然后按小键盘的

8、（ TV /ME）键 三次，液晶屏显示“ hand” 后进入此模式。 当采用人工译码方式时，使用此工作模式。这时控制总线信号由人工用 K0 k15产生。数据总线的输入值由人工用 K16 k23产生，并经 J3通过 8位扁平线和 J1进 入数据处理部件。 3. 自动模式： 实验箱启动后或按一下 RST按钮，进入此模式。 当采用自动译码方式时，使用此工作摸式。这时数据总线的输入值应该事先存 入 IN寄存器，供系统运行时自动读取，即数据输入路线为：由 IN寄存器的输出产 生，经 J2和 8位扁平线从 J1进入数据处理部件。具体操作待后续实验中介绍。 电源 开关 另外：系统还提供了利用上位机（ PC）上运行的集成开发环境控制实验箱、 编制或修改实验箱指令系统的方式。这是自动译码方式的变相，所以这时实验箱 也要工作在自动模式。具体操作待后续实验中介绍。