计算机组成原理实验指导书实验教学大纲Word文件下载.docx

1、2王毅全新修订实验项目二启停、时序电路综合性63实验项目三半导体静态存储器4实验项目四数据通路、运算器设计性10填表人： 学院分管领导：附件13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

2、、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一计算机组成原理实验台使用实验二启停、时序电路实验三半导体静态存储器实验四数据通路、运算器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：

3、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

4、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14：验证性实验教学指导书实验一：一、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

5、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11所示，共分为三大部分，分别叙述如下。图11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12。图12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，50KHZ4MHZ；通过波段开关下方的

6、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

7、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13所示。图13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。1、集成电路组件插座该实验台设有20个左右的1424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

8、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（D7D0）和一些电平控制（K7K）。开关搬向上表示图14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14。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15。图15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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、。 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 。