對于計算機組成原理課程的理解
2020-11-22 09:24 《計算機組成原理》課程是計算機科學與技術及相關專業(yè)的一門核心專業(yè)基礎課，它在先導課和后續(xù)課之間起著承上啟下的作用。本課程系統(tǒng)地介紹了單處理機系統(tǒng)的組成和工作原理，共有7章，第一、二章為理論基礎部分，概要地介紹了計算機系統(tǒng)的基本組成部分，即內(nèi)部存儲器、中央處理器和輸入輸出系統(tǒng)，并詳細地闡述了計算機中的運算方法理論；第三章詳細介紹了計算機的三個核心組成部分之一，即內(nèi)部存儲器。指令系統(tǒng)是計算機軟件與硬件的界面，硬件研究人員利用它實現(xiàn)系統(tǒng)功能，軟件研究人員利用它編寫各種系統(tǒng)和應用程序。第四章介紹了指令系統(tǒng)，然后在第五章詳細地介紹了計算機系統(tǒng)的另外一個核心組成部分，即中央處理器的原理和指令的實現(xiàn)�？偩�是將計算機的各個組成部分互聯(lián)起來的機構，第六章介紹了總線的概念、結構及工作原理。計算機通過輸入輸出模塊與外界進行信息交換，因此，輸入輸出模塊是計算機系統(tǒng)的另外一個核心組成部分，這一部分內(nèi)容在第七章中介紹。 通過本課程，可以使學習者系統(tǒng)地掌握計算機工作的原理及各個組成部分的結構，能夠分析計算機各部件的不同組織形式對系統(tǒng)性能的影響，從而為以后的專業(yè)學習奠定良好的理論基礎。本課程適合計算機、通信及電子等相關專業(yè)的學習人員。
計算機組成原理系統(tǒng)結構實驗箱由鋁木合金箱體、高性能穩(wěn)壓電源、系統(tǒng)控制部件、開放式實驗電路區(qū)等組成。全部實驗用信號線的連接采用排線，操作方便，接觸可靠�；A實驗基于中小規(guī)模集成電路，綜合性實驗基于在系統(tǒng)可編程核心器件，資源完全向?qū)W開放，可以完成“計算機組成原理”、“計算機結構與邏輯設計”、“在系統(tǒng)編程”、“VHDL設計”、“電子系統(tǒng)綜合設計”等課程的實驗，并可以進行“專用集成電路設計”的驗證實驗。本實驗箱適用于本�？圃盒Ｓ嬎銠C專業(yè)和其它相關專業(yè)的相關課程的實驗和創(chuàng)新設計。
二、技術性能
1、硬件系統(tǒng)采用高性能單片機89S52和LATTICE公司CPLD器件的有機結合,使系統(tǒng)的硬件控制電路精簡而可靠。
2、提供手動、自動和聯(lián)機三種工作方式，滿足不同層次實驗的監(jiān)視需要。
3、具有完善的系統(tǒng)檢測電路和系統(tǒng)保護電路設計,使實驗系統(tǒng)更易于維護和使用。
4、系統(tǒng)自備雙通道邏輯示波器，便于實驗過程中時序信號的測量。
5、系統(tǒng)和電腦采用RS232/USB通信方式。
6、實驗系統(tǒng)采用總線結構，使實驗計算機具有結構簡單清晰、擴展方便、靈活易變等諸多優(yōu)點，實驗時只要少些接線即可。
7、擴展FPGA實驗模塊，實現(xiàn)復雜模型機的設計實驗。
8、專為本機配備的動態(tài)集成調(diào)試運行軟件以圖形化的界面顯示模型機內(nèi)部數(shù)據(jù)的流向和各種控制信號的狀態(tài)以及時序關系。
三、硬件技術指標
1、實驗電路工作電源：+5V/2A、±12V/0.5A，每路均帶有短路保護和自動關斷功能，每路帶電源指示。其中+5V電源設計有過壓、過流、欠壓保護功能，待電路中故障排除后，自動恢復供電，確保設備和人身安全。
2、實驗系統(tǒng)的字長為8位。
3、實驗系統(tǒng)的基本指令系統(tǒng)類PC 機，有多種指令格式，多種尋址方式。
4、主存儲器采用8K字節(jié)靜態(tài)存儲器6264，用于存放用戶程序和數(shù)據(jù)。
5、配運算器模塊，由4片4位的算術邏輯單元功能發(fā)生器級聯(lián)而成。每片內(nèi)實現(xiàn)16種二進制算術運算及16種邏輯運算，可進行8位、16位運算器實驗。
6、控制器采用微程序方案實現(xiàn)，控存字長為24位，可用最大容量為1024字節(jié)，且用電可擦寫的E2ROM存儲器芯片組成，支持動態(tài)微程序設計。
7、實驗系統(tǒng)工作頻率源由555時基電路和74LS123可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器組成產(chǎn)生，頻率范圍為330HZ～580HZ�？梢酝瑫r產(chǎn)生四種不同時序的時鐘信號。
8、實驗系統(tǒng)配有微程序手動輸入并顯示模塊，裝有24個微程序輸入開關，用于輸入微程序。
9、配有手動16位數(shù)據(jù)輸入模塊，裝有16個數(shù)據(jù)輸入開關，用于輸入16位數(shù)據(jù)。
10、配8個控制開關，2個微動開關，用于手動控制整機的運行和切換運行方式等。
11、配2位七段數(shù)碼管以顯示程序運行的結果。另配置6個數(shù)碼管，用于交通燈顯示。
12、配微地址發(fā)生器模塊和微地址顯示模塊、微地址控制模塊。
13、配數(shù)據(jù)總線顯示模塊，用于顯示數(shù)據(jù)總線上的動態(tài)數(shù)據(jù)。
14、配總線地址顯示模塊，用于顯示地址總線上的動態(tài)地址。
15、配有一個雙向通用移位寄存器，以實現(xiàn)邏輯移位功能。
16、具有超前進位控制邏輯。
17、配有指令寄存器和地址寄存器。
18、主機上設計有二片大規(guī)模 CPLD 和超強51單片機作為整機的主控器件，可以在完全自動方式下完成全部部件實驗和整機模型機設計實驗。
19、配有并行I/O接口電路8255，實現(xiàn)帶輸入輸出接口的模型機的設計。
20、配有定時/計數(shù)器接口電路8253。實現(xiàn)帶定時/計數(shù)器功能的模型機的設計。
21、配有中斷控制器8259。實現(xiàn)帶中斷功能的模型機的設計）。
22、配有雙端口存儲器IDT713200。
23、模數(shù)A/D和數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換電路，實現(xiàn)數(shù)模和模數(shù)的轉(zhuǎn)換(C9JH有）。
24、擴展ALTERA EPM240核心模塊，實現(xiàn)具備多功能復雜模型機的設計實驗。
25、實驗的連接：模塊間實驗線路的連接：全部信號采用排線連接，操作簡便，實驗導線連接穩(wěn)定可靠。
26、機箱：堅固型鋁合金框架，厚實的 ABS 塑料包角，參考外形尺寸 480×360×150mm。
四、軟件技術指標
1、實驗系統(tǒng)集成動態(tài)調(diào)試運行軟件。
2、詳盡的CAI課件,能將實驗原理、實驗目的、芯片、查詢等功能集于一體,便于多媒體教學；
3、極強的程序和微程序調(diào)試功能，有單步、斷點和連續(xù)等運行方式。
4、有程序和微程序讀寫功能。
5、以彩色流程圖方式全程監(jiān)視程序的運行狀態(tài)和運行結果。
6、 用debug讀寫存貯菜單，對寄存器進行輸入數(shù)據(jù)和參數(shù)設置以及讀出目標輸出信息。
五、實驗項目（全部提供源程序）
1、基礎實驗
1）8位算術邏輯運算實驗
2）帶進位控制8位算術邏輯運算實驗
3）16位算術邏輯運算實驗
4）移位運算器實驗
5）存儲器實驗
6）微控制器實驗
2、設計性使用
1）總線控制實驗
2）硬布線控制器實驗
3）乘法器設計實驗
4）FIFO先進先出存儲器實驗
5）數(shù)據(jù)通路實驗
6）基本模型機的設計與實現(xiàn)
7）擴展8255并行口實驗
8）擴展8253定時/計數(shù)器實驗
9）擴展8259中斷控制器實驗
10）擴展0809 AD轉(zhuǎn)換實驗
11）擴展0832 DA轉(zhuǎn)換實驗
12）擴展雙端口存儲器IDT713200實驗
3、綜合設計應用實驗
1）帶移位運算的模型機的設計與實現(xiàn)
2）復雜模型機的設計與實現(xiàn)
3）可重構原理計算機組成設計實驗
4）基于CISC和RISC處理器構成的實驗計算機的設計與實現(xiàn)
5）用大規(guī)模芯片在模型機的基礎上設計一個8位輸入輸出并行接口芯片8212。
6）基于流水技術構成模型計算機的實驗
六、實驗箱配置表
DB-CPTH102 計算機組成原理系統(tǒng)結構實驗箱
計算機組成原理系統(tǒng)結構實驗箱由鋁木合金箱體、高性能穩(wěn)壓電源、系統(tǒng)控制部件、開放式實驗電路區(qū)等組成。全部實驗用信號線的連接采用排線，操作方便，接觸可靠�；A實驗基于中小規(guī)模集成電路，綜合性實驗基于在系統(tǒng)可編程核心器件，資源完全向?qū)W開放，可以完成“計算機組成原理”、“計算機結構與邏輯設計”、“在系統(tǒng)編程”、“VHDL設計”、“電子系統(tǒng)綜合設計”等課程的實驗，并可以進行“專用集成電路設計”的驗證實驗。本實驗箱適用于本�？圃盒Ｓ嬎銠C專業(yè)和其它相關專業(yè)的相關課程的實驗和創(chuàng)新設計。
1、硬件系統(tǒng)采用高性能單片機89S52和LATTICE公司CPLD器件的有機結合,使系統(tǒng)的硬件控制電路精簡而可靠。
2、提供手動、自動和聯(lián)機三種工作方式，滿足不同層次實驗的監(jiān)視需要。
3、具有完善的系統(tǒng)檢測電路和系統(tǒng)保護電路設計,使實驗系統(tǒng)更易于維護和使用。
4、系統(tǒng)自備雙通道邏輯示波器，便于實驗過程中時序信號的測量。
5、系統(tǒng)和電腦采用RS232/USB通信方式。
6、實驗系統(tǒng)采用總線結構，使實驗計算機具有結構簡單清晰、擴展方便、靈活易變等諸多優(yōu)點，實驗時只要少些接線即可。
7、擴展FPGA實驗模塊，實現(xiàn)復雜模型機的設計實驗。
8、專為本機配備的動態(tài)集成調(diào)試運行軟件以圖形化的界面顯示模型機內(nèi)部數(shù)據(jù)的流向和各種控制信號的狀態(tài)以及時序關系。
三、硬件技術指標
1、實驗電路工作電源：+5V/2A、±12V/0.5A，每路均帶有短路保護和自動關斷功能，每路帶電源指示。其中+5V電源設計有過壓、過流、欠壓保護功能，待電路中故障排除后，自動恢復供電，確保設備和人身安全。
2、實驗系統(tǒng)的字長為8位。
3、實驗系統(tǒng)的基本指令系統(tǒng)類PC 機，有多種指令格式，多種尋址方式。
4、主存儲器采用8K字節(jié)靜態(tài)存儲器6264，用于存放用戶程序和數(shù)據(jù)。
5、配運算器模塊，由4片4位的算術邏輯單元功能發(fā)生器級聯(lián)而成。每片內(nèi)實現(xiàn)16種二進制算術運算及16種邏輯運算，可進行8位、16位運算器實驗。
6、控制器采用微程序方案實現(xiàn)，控存字長為24位，可用最大容量為1024字節(jié)，且用電可擦寫的E2ROM存儲器芯片組成，支持動態(tài)微程序設計。
7、實驗系統(tǒng)工作頻率源由555時基電路和74LS123可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器組成產(chǎn)生，頻率范圍為330HZ～580HZ�？梢酝瑫r產(chǎn)生四種不同時序的時鐘信號。
8、實驗系統(tǒng)配有微程序手動輸入并顯示模塊，裝有24個微程序輸入開關，用于輸入微程序。
9、配有手動16位數(shù)據(jù)輸入模塊，裝有16個數(shù)據(jù)輸入開關，用于輸入16位數(shù)據(jù)。
10、配8個控制開關，2個微動開關，用于手動控制整機的運行和切換運行方式等。
11、配2位七段數(shù)碼管以顯示程序運行的結果。另配置6個數(shù)碼管，用于交通燈顯示。
12、配微地址發(fā)生器模塊和微地址顯示模塊、微地址控制模塊。
13、配數(shù)據(jù)總線顯示模塊，用于顯示數(shù)據(jù)總線上的動態(tài)數(shù)據(jù)。
14、配總線地址顯示模塊，用于顯示地址總線上的動態(tài)地址。
15、配有一個雙向通用移位寄存器，以實現(xiàn)邏輯移位功能。
16、具有超前進位控制邏輯。
17、配有指令寄存器和地址寄存器。
18、主機上設計有二片大規(guī)模 CPLD 和超強51單片機作為整機的主控器件，可以在完全自動方式下完成全部部件實驗和整機模型機設計實驗。
19、配有并行I/O接口電路8255，實現(xiàn)帶輸入輸出接口的模型機的設計。
20、配有定時/計數(shù)器接口電路8253。實現(xiàn)帶定時/計數(shù)器功能的模型機的設計。
21、配有中斷控制器8259。實現(xiàn)帶中斷功能的模型機的設計）。
22、配有雙端口存儲器IDT713200。
23、模數(shù)A/D和數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換電路，實現(xiàn)數(shù)模和模數(shù)的轉(zhuǎn)換(C9JH有）。
24、擴展ALTERA EPM240核心模塊，實現(xiàn)具備多功能復雜模型機的設計實驗。
25、實驗的連接：模塊間實驗線路的連接：全部信號采用排線連接，操作簡便，實驗導線連接穩(wěn)定可靠。
26、機箱：堅固型鋁合金框架，厚實的 ABS 塑料包角，參考外形尺寸 480×360×150mm。
四、軟件技術指標
1、實驗系統(tǒng)集成動態(tài)調(diào)試運行軟件。
2、詳盡的CAI課件,能將實驗原理、實驗目的、芯片、查詢等功能集于一體,便于多媒體教學；
3、極強的程序和微程序調(diào)試功能，有單步、斷點和連續(xù)等運行方式。
4、有程序和微程序讀寫功能。
5、以彩色流程圖方式全程監(jiān)視程序的運行狀態(tài)和運行結果。
6、 用debug讀寫存貯菜單，對寄存器進行輸入數(shù)據(jù)和參數(shù)設置以及讀出目標輸出信息。
五、實驗項目（全部提供源程序）
1、基礎實驗
1）8位算術邏輯運算實驗
2）帶進位控制8位算術邏輯運算實驗
3）16位算術邏輯運算實驗
4）移位運算器實驗
5）存儲器實驗
6）微控制器實驗
2、設計性使用
1）總線控制實驗
2）硬布線控制器實驗
3）乘法器設計實驗
4）FIFO先進先出存儲器實驗
5）數(shù)據(jù)通路實驗
6）基本模型機的設計與實現(xiàn)
7）擴展8255并行口實驗
8）擴展8253定時/計數(shù)器實驗
9）擴展8259中斷控制器實驗
10）擴展0809 AD轉(zhuǎn)換實驗
11）擴展0832 DA轉(zhuǎn)換實驗
12）擴展雙端口存儲器IDT713200實驗
3、綜合設計應用實驗
1）帶移位運算的模型機的設計與實現(xiàn)
2）復雜模型機的設計與實現(xiàn)
3）可重構原理計算機組成設計實驗
4）基于CISC和RISC處理器構成的實驗計算機的設計與實現(xiàn)
5）用大規(guī)模芯片在模型機的基礎上設計一個8位輸入輸出并行接口芯片8212。
6）基于流水技術構成模型計算機的實驗
六、實驗箱配置表
| 序號 | 名稱 | 說明 | 數(shù)量 |
| 1 | 實驗主機箱 | 含詳細技術指標里全部軟硬件 | 1臺 |
| 2 | 杜邦8芯排線 | 40cm | 5根 |
| 3 | 杜邦5芯排線 | 40cm | 2根 |
| 4 | 杜邦4芯排線 | 40cm | 2根 |
| 5 | 交流電源線1根 | 長1.5米 | 1根 |
| 6 | 軟件光盤 | 聯(lián)機調(diào)試軟件和實驗例程 | 1套 |
| 7 | 實驗指導書 | 1套 |