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计算机组成原理实验平台
目 录
第一章 性能特点…………………………………………………………………………………3
1.1 系统功能及特点???????????????????????????3 1.2 实验系统组成????????????????????????????3 第二章 实验项目………………………………………………………………………………4
2.1 算术逻辑运算单元实验????????????????????????4 实验一 不带进位位逻辑或运算实验????????????????????6 实验二 不带进位位加法运算实验?????????????????????7 2.2 通用寄存器单元实验?????????????????????????8 实验一 数据输入通用寄存器???????????????????????10 实验二 寄存器内容无进位位左移实验???????????????????10 实验三 寄存器内容无进位位右移实验???????????????????11 2.3 进位控制、通用寄存器判零实验????????????????????11 实验一 算术逻辑单元带进位位的加法运算实验???????????????13 实验二 带进位移位实验?????????????????????????14 2.4 存储器和总线实验??????????????????????????15 实验一 存储器的写操作?????????????????????????17 实验二 读存储器的数据到总线上?????????????????????18 2.5 堆栈寄存器实验???????????????????????????18 实验一 对4个寄存器进行写入操作????????????????????19 实验二 对4个寄存器进行读出操作????????????????????20 2.6 微程序控制单元实验?????????????????????????21 实验一 微地址打入操作?????????????????????????23 实验二 微地址+1操作??????????????????????????23 2.7 指令部件模块实验??????????????????????????24 实验一 PC计数器置数??????????????????????????27 实验二 PC计数器加1??????????????????????????27 实验三 置当前指令寄存器????????????????????????27 2.8 时序与启停实验???????????????????????????27 2.9 模型机的总体设计??????????????????????????30 第三章 综合实验的调试………………………………………………………………………38
3.1 实验目的??????????????????????????????38 3.2 实验连线??????????????????????????????38 3.3 指令系统?????????????????????????????39 3.4 微指令表?????????????????????????????41 3.5 程序调试?????????????????????????????44 实验一 实现普通的加、减法指令????????????????????44 实验二 带进位运算的模型机??????????????????????46 第四章 驻机键盘和液晶显示器的使用方式…………………………………………………52
4.1 键盘定义?????????????????????????????52 4.2 操作方法?????????????????????????????52 第五章 HKCPT软件简介和安装……………………………………………………………55
5.1 HKCPT性能特点?????????????????????????55 5.2 软件安装和卸载??????????????????????????55
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5.3 HKCPT软件界面介绍???????????????????????56 5.4 菜单介绍?????????????????????????????56 5.5 HKCPT实验仪操作指南??????????????????????61 附录1 HKCPT微指令序列表……………………………………………………………63 附录2 HKCPT软件热键表………………………………………………………………64 附录3 HKCPT常用集成电路引出端功能图……………………………………………65 附录 4 基于FPGA的32位算术逻辑运算单元的设计（扩充选配类）………………………70
注意事项：
在做单元模块实验前，务必先将左侧板总线上短8芯扁平电缆及右侧板上连线板全部拔离实验平台。做实验时，根据实验说明连接相关总线。可通过PC机软件（HKCPT）中的查看—刷新菜单来观察各寄存器当前值。
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第一章 性能特点
1.1 系统功能及特点
1.1.1 提供各个基本功能模块
我们在比较了国内的多家实验平台厂商的产品后，发现多数产品不是连线过于繁琐，就是由CPLD来替代所有的硬件。市场需要一种连线不多，但具有灵活性的实验系统,不同设计方案，不同的连线方法，可以得到不同的结果。
我们所提供的实验平台本身就是一个可运行的系统。整个系统采用功能模块化的设计思路，实验者可单独设计和调试各个功能模块，最终实现一个新的系统，这样可大大减轻实验指导教师的工作量。
整个实验平台提供了运算器模块、指令部件模块、堆栈寄存器模块、存储器模块、总线传输模块、微程序模块、启停和时序模块，以及用于调试和观察数据的监控模块。
1.1.2 组成结构
整个系统采用总线结构，总线结构具有扩展能力强，结构简单清晰，连线方便快捷等特点。本实验平台的总线分为：内部、外部地址总线，内部、外部数据总线。整个系统的各个总线都布有测试孔，以便于测试。各模块的电源、地、地址数据总线已经按照标准连接完毕，控制信号都按各功能模块的布局引出，实验者可方便的定位各测试点。
1.1.3 监控模块
监控模块为实验调试和程序设计带来了相当的便利。实验者可以通过监控模块来修改微程序和内存中的程序。为了实验的连贯性，系统中还提供了FLASH MEMORY 来保存微程序和程序，掉电时内容不会丢失，实验者可随时保存和读取微程序与程序。为了使实验者随时观察数据和地址，实验平台提供了一块2*16的液晶屏，可同时显示当前地址、当前总线上的数据和当前的微指令和一些关键寄存器的值。
1.1.4 操作方式：
单机方式：整个系统可单独使用，可通过24个按键和液晶来编辑内存和微程序存储器中的数据，在系统运行时可监控所有关键数据。实验者使用拨动开关来产生二进制码进行微程序和程序的编写。
联机方式：系统可与PC机相连，PC机上提供了windows界面的操作软件，实验者可在PC机上进行编辑、加载、动态调试等操作。
1.2 实验系统组成
本实验平台由两部分组成，左边为实验模块部分，主要分布着各个实验单元和监控单元。实验平台的右边为数据输出板，板上分布着24个二进制开关、若干个LED发光二极管、DIP插座，还有1块用于显示当前状况的液晶板。
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第二章 实验项目
2.1 算术逻辑运算单元实验
2.1.1 实验目的
1、掌握简单运算器的数据传输方式 2、掌握74LS181的功能和应用 2.1.2 实验要求
完成不带进位位算术、逻辑运算实验。按照实验步骤完成实验项目，了解算术逻辑运算单元的运行过程。
2.1.3 实验说明
2.1.3.1 ALU单元实验构成（如图2-1-1）
1、运算器由2片74LS181构成8位字长的ALU单元。 2、2片74LS374作为2个数据锁存器（DR1、DR2），8芯插座ALU-IN作为数据输入端，可通过短8芯扁平电缆，把数据输入端连接到数据总线上。
运算器的数据输出由一片74LS244（输出缓冲器）来控制，8芯插座ALU-OUT作为数据输出端，可通过短8芯扁平电缆把数据输出端连接到数据总线上。
图2-1-1
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