计算机组成原理实验指导书实验教学大纲.docx
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计算机组成原理实验指导书实验教学大纲
附件1－2：
实验教学指导书修订汇总表
填报学院：
信息工程学院（公章）填报日期：
2007年10月18日
序号
课程／实验项目名称
课程／实验要求
实验类型
每组人数
实验学时
修订人
修订类型
一
计算机组成原理课程
必修
24
1
实验项目一 计算机组成原理实验台使用
必修
验证性
1
2
王毅
全新修订
2
实验项目二 启停、时序电路
必修
综合性
1
6
王毅
全新修订
3
实验项目三 半导体静态存储器
必修
综合性
1
6
王毅
全新修订
4
实验项目四 数据通路、运算器
必修
设计性
1
10
王毅
全新修订
填表人：
学院分管领导：
附件1－3
《计算机组成原理课程》
实验教学指导书
课程编号：
1038161005
撰写人：
王毅
审核人：
湘潭大学
信息工程学院
二○○七年十月十八日
前言
一、实验总体目标
《计算机组成原理》是一门重要的专业基础课，同时也是一门实践性很强的课程。
通过实验使学生对所学的计算机组成内容加深理解，增强实践动手能力，培养学生分析问题和解决问题的能力，以及进行计算机硬件组成设计的尝试。
在计算机组成原理课程的学习过程中，将分别开出《计算机组成原理实验台使用》、《半导体静态存储器实验》、《启停、时序电路实验》、《数据通路、运算器实验》四个实验。
由于计算机组成原理实验涉及到的逻辑电路规模大，复杂，且有严格的时序控制，完成实验的难度大。
因此，要求每一个学生必须按照教师的安排和要求，认真完成每一个实验，从而达到理解计算机各部件功能实现的目的。
二、适用专业年级
专业：
计算机科学与技术、网络工程
年级：
二年级
三、先修课程
《数字逻辑与数字电路》、《C语言程序设计》
四、实验项目及课时分配
实验项目
实验要求
实验类型
每组人数
实验学时
实验一
计算机组成原理实验台使用
必修
验证性
1
2
实验二
启停、时序电路
必修
综合性
1
6
实验三
半导体静态存储器
必修
综合性
1
6
实验四
数据通路、运算器
必修
设计性
1
10
实验五
实验六
实验七
实验八
实验九
实验十
五、实验环境
实验室面积：
120平方米
计算机组成原理实验：
40台 计算机：
40台
示波器：
20台 万用表：
20块 5V直流稳压电源：
40个
拔线启子、镊子、导线、各种芯片若干。
六、实验总体要求
1、必须充分重视实验课。
实验课是计算机组成原理课程的重要组成部分，是理论联系实践的重要环节。
通过它，能够培养学生独立分析和解决问题的能力。
2、在每个实验之前要认真复习计算机组成原理课程中有关的章节，透彻了解实验原理及设计方法，并认真阅读实验指导书，掌握实验设备的性能、特点及工作原理，了解有关集成电路的结构、工作原理及引脚说明，以达到准确选用，优化设计，节省器件，简化电路的目的。
3、必须做好实验前的一切准备工作，严格按照实验步骤和方法一步一步地进行，决不允许马虎从事。
因为任何粗心和不严谨都会造成器件损坏及实验的失败，达不到实验的目的和要求，收获甚小或根本没有收获。
因此，凡未做好实验准备者，一律禁止进入实验室。
七、本课程实验的重点、难点及教学方法建议
重点：
各时序控制信号的逻辑关系确立；分析问题、解决问题的能力培养；简单设计能力的培养。
难点：
电路原理图与实物图的对照；分析问题、解决问题的关键测试点的确定；测试点的信号确定；设计能力的提高。
建议：
学生在理论学习时应对照电路图多思考，多寻找关键测试点，确定测试点的信号；经常做一些简单功能的电路设计。
附件1－4：
验证性实验教学指导书
实验一：
计算机组成原理实验台使用
一、实验目的
1、认识计算机组成原理实验台；
2、了解计算机组成原理实验台的组成原理和实验方法；
3、掌握芯片的基本测试方法。
二、实验原理和内容
我们所用的实验台有两种，一种是箱式，另一种是面板式。
但面板上的结构基本相同。
实验台上的面板结构如图1－1所示，共分为三大部分，分别叙述如下。
图1－1 实验台面板结构
（一）、数据通路部分
它位于实验台的左上角，该部分已由印刷电路连接。
其基本结构如图1－2。
图1－2 面板上的数据通路
（二）、时序信号产生及测试电路部分
该部分位于实验台的左下角。
它包括下列几部分。
1、脉冲源
该脉冲源能产生一个实验所需的主时钟，它由左下角的M’插孔引出，并由插孔下方的发光二极管显示，连续脉冲的频率是可调的，由波段开关分为三档：
S━━━停振；
L━━━低频，2━━500HZ；
H━━━高频，50KHZ━━4MHZ；
通过波段开关下方的旋钮可对脉冲频率进行微调。
2、时序信号产生器以及启停电路
为实验提供时序信号。
按微动开关A1，可启动时序信号产生器工作，通过对主时钟M’的分频处理，可产生时序信号M1-M8，并可通过停机插孔，使时序信号产生器停止工作。
具体电路参见实验二。
3、单脉冲
按“单脉冲”微动开关，从该开关上方的两个输出插孔可分别输出与动作同步的正负单脉冲，并由两个发光二极管显示，分别显示正负脉冲。
4、逻辑测试笔
主要用于检测电平信号和脉冲信号。
被检测的信号由测试笔插孔引入。
由上、下两个指示灯分别显示高电平、低电平以及两灯均不亮（中电平），四个计数指示灯以二进制方式显示脉冲的个数，通过清“0”微动开关可将计数器清“0”，通过测试笔和显示灯，可以检测到电平的高低、单脉冲的极性。
5、微动开关组
面板左下方的微动开关A1、A2、A3也是用来产生逻辑信号，它所产生的正负脉冲分别由插孔A1、A1、A2、A2、A3、A3输出，其电路如图1－3所示。
图1－3 微动开关组
（三）、组件插座及数据开关部分
该部分位于实验台的右半部。
它包括下列几部分。
1、集成电路组件插座
该实验台设有20个左右的14－24引脚的各种标准集成电路插座供部件实验和整机实验使用，每个电路插座引脚均有一对应的插销孔，每个集成电路插座的电源和地线引脚均已通过印刷电路连接好，在做实验时不需要再接。
在所使用的TTL电路中，+5V电源和地线引脚按对角线排列（请参看附录）。
但当使用非对角线排列的集成电路芯片时应特别注意，以免烧坏芯片。
2、电平开关组
在实验台右下方有16个钮扣开关，用于输入信息（D7－D0）和一些电平控制（K7－K）。
开关搬向上表示
图1－4 电平开关图
为“1”，输出高电平；向下表示为“0”，输出低电平。
通过对应的插孔输出，其单个开关电路如图1－4。
3、状态开关
状态开关位于面板下方的中部，当开关搬向某一位置时，其对应插孔输出为“0”，低电平；其余的插孔输出为“1”，高电平。
4、电平显示灯组
由发光二极管组成，主要用于显示一些二进制信息或者控制电位。
当相应的插孔插入并为高电平时则灯亮。
其单个显示灯电路如图1－5。
图1－5电平显示灯
5、电源输入
通过右上方一对插座引入+5V的直流稳压电源，并经印刷电路与有关器件连接。
使用时，应先将稳压电源调到额定值，再将电源引入实验板插孔，并注意极性不得接反。
（四）、关于锥形迭插式接插件的使用
当插销插入的同时，向下略加旋转，则接触更为可靠；取出插销时，向上略加旋转，取出即可，或借用镊子或专用的工具撬出插销，这样更省力。
切忌用力拉导线，以免拉断而损坏插接件。
（五）、集成电路芯片的安装与拔起方法
安插电路芯片时，应首先将其中的一排引脚对准插座上相应的一排小孔（应注意芯片的方向），然后将另一排引脚对准另一排小孔，并在保证每一个引脚对准的基础上，再试探性地用力往下压，切忌用力过猛，以免折弯或折断芯片引脚。
拔起芯片时，应用镊子或小起先在芯片的两侧均匀地将芯片撬起，再用拇指和食指夹住芯片，在镊子或小起子的帮助下轻轻往上提出，切忌在芯片的一侧用力过猛，以免将另一侧的引脚折弯或折断。
三、实验材料和仪器清单
计算机组成原理实验箱，计算机、直流稳压电源、示波器、万用表、拔线启子、镊子、导线、各种芯片。
四、实验内容（或实验步骤）
（一）、组件的安排及布线技巧
计算机组成原理实验所用的组件都是双列直插式器件，这样可以直接插入实验台备用插座上。
组件安排和布线是指实验所用的组件怎样合理地安排在实验台上，使得布局合理，连线简单，调试方便。
由于计算机原理实验实际上是一个大型逻辑电路实验，即使使用集成电路，并且在实验台上有固定的数据通路、启停时序等电路，有的实验仍需要二十几片器件，其器件的安排和布线是错综复杂的，它将直接影响到实验的成功与否。
所以组件的安排和布线技巧极为重要，切不可忽视。
1、组件的安排
（1）、组件安排的方向性
方向性决定了器件在实验台上的引脚排列顺序。
在集成电路面上有一个缺口或者一个小园点或者矩形缺一个角。
如果将缺口对准自己，则沿右手方向逆时针数，依次是第一引脚，第二引脚，．．．；如果是小园点，则该小园点处即为第一引脚。
在我们所使用的实验台上，芯片的缺口应朝左插入,以保证实验台上的备用集成电路插座上的电源与芯片上的一致。
（2）、以逻辑关系聚合
以逻辑关系聚合是指在安排组件位置时，把逻辑关系密切的若干组件尽可能靠近在一起，以缩短走线的长度，使板面上布线整齐，清楚，便于检查和调试。
如对于那些与开关D0--D7输入有关的组件，应尽可能放在接近开关的位置，而需要显示信息用的组件，应尽可能的放在接近发光二极管的位置。
2、布线原则和技巧
（1）、保持良好的接触
本实验台虽然采用了锥形迭插式接插件，具有极大的连接能力，但在连插前，应检查导线与插销连接是否牢固，插座是否拧紧，导线是否导通。
（2）、布线的基本原则
由于部件特别是整机实验，所需连线较多，有的一次实验要用100多根线，连线的正确与否是实验成功的关键，连线是否合理是影响调试成功，避免干扰的重要因素。
为保证连线的正确与调试的方便，一般遵循下列原则：
a、不同类型的信号线可采用不同颜色的导线。
b、先布电源、地线（本实验台上分别将所有芯片上的电源和地线已连接在一起），其次是数据总线，最后是控制线。
c、先连接芯片自身引脚之间的连线，后连接芯片之间的连线。
（3）、应随时检查布线的正确性
布线时务必认真，思想高度集中，每布一根线都要检查逻辑图与实际连线是否一致，尤其是注意器件的引脚号是否正确，决不能等布完全部连线后再检查。
对接线正确的，在逻辑图上可做上相应的记号。
（4）、避免干扰的几项措施
a、走线适中，不能太长，但也不能拉的太紧。
单根走线一般不超过40厘米。
当走线过长或两根脉冲信号传输线平行时（尽量避免）应采用双纽线。
b、为防电源干扰，可在传输线驱动门和接收门的电源和地线之间加接0.01--0.1pf的高频退耦电容并且尽可能靠近对应器件电源和地的引脚。
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