计算机组成原理与系统结构实验学生指导书
《计算机组成原理实验指导书》
计算机组成原理（第四版·立体化教材）实验指导书（第二版）工程学院电子与信息工程学院二零零九年八月制订第1章教学实验系统认识一．系统功能及特点计算机组成原理与系统结构教学实验系统是唐都科教仪器公司推出的一套高效的、开放性的教学实验系统，该系统可以通过对多种原理性计算机的设计、实现和调试来高效率地支持“计算机组成原理”和“计算机系统结构”等课程的开放式实验教学，为高校各个教学层次的计算机原理教学提供了完善的解决方案。
系统有如下功能特点：1．结构清晰的单元式实验电路，可构造出不同结构及复杂程度的原理性计算机系统采用部件单元式结构，包括运算器及数据通路、存储器、控制器、信号及时序控制、总线、外总线、外围接口及输入输出设备、大规模可编程逻辑器件等计算机部件的单元电路，用户可使用排线连接方式或计算机电子自动逻辑设计方式，根据自己所设计的模型计算机结构方案，来构造出不同结构及复杂程度的原理性计算机，使学生能够对计算机组成结构有清楚的认识和理解。
２．对实验设计具有完全的开放性，增强学生综合设计能力系统所具有的软硬件结构对用户的实验设计具有完全的开放性，其数据线、地址线、控制线都由用户来操作连接，系统中的运算器结构、控制器结构及微程序指令的格式及定义均可由用户根据教学需要来做灵活改变或重新设计。
这对于用户自行设计各种结构及不同复杂程度的模型计算机提供了强大的软硬件操作平台，从而避免了单纯验证性的实验模式，极大提高了学生计算机系统的综合设计能力。
3．通用逻辑器件和大规模可编程逻辑器件相结合，可面向不同层次的学生系统采用通用逻辑器件和大规模可编程逻辑器件并用的方式，既能给熟练掌握复杂逻辑系统设计的学生提供高档的实验平台，又能对不熟悉这些容的学生提供易操作的实验平台。
符合循序渐进、先基础后提高的教学原则。
4．具有实时调试功能的图形方式操作界面，也可用于多媒体辅助教学系统具有与PC 微机联机实时调试的功能，提供了图形方式的调试界面，在调试过程中可动态实时显示模型计算机各部件之间的数据传送以及各部件和总线上的所有信息。
《计算机组成原理》实验教案
一、编程
1、将编程开关置为PROM
2、将实验板上STATE UNIT的STEP置为step,STOP置为run
3、置微地址
4、在MK1-MK24置代码
5、按动“START”按钮，根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入控存
二、校验
1、将编程开关置为READ
2、将实验板上STATE UNIT的STEP置为step,STOP置为run
3、置微地址ma0—ma5
4、按动“START”按钮，启动时序电路，读出微代码，进行检验。
三、单步执行
1、将编程开关置为run
2、将实验板上STATE UNIT的STEP置为step,STOP置为run
3、CLR=1,微地址清零。
4、按动“START”按钮，启动时序电路，根据微地址灯和微命令灯，读出微代码，进行检验。
3、CLR=1,微地址清零。
4、按动“START”按钮，启动时序电路，单步执行一条微指令，对照流程图，根据微地址灯和微命令灯，读出微代码，进行检验。
四、在微机上运行程序
在计算机上单步/连续运行TDN程序，查看多条机器指令执行的过程。
实验中应
注意事项
1、本实验综合性较强，有一定难度。
2、连线较为繁复，易错。注意连线技巧。
1、实验板连线，注意连线较为繁复，注意遍记录遍插排线
2、用串行线连接计算机RS232口和实验板RS232口
二、联机读写程序
在计算机上运行TDN程序，将微程序写入控存，机器/汇编指令程序写入实验板存储器。
三、实验板上运行程序
1、将编程开关置为run
2、将实验板上STATE UNIT的STEP置为step,STOP置为run
20XX年10月 12日第 5、6 节
《计算机组成原理》实验课教学指导书前言
《计算机组成原理》实验课教学指导书 前言 《计算机组成原理》是计算机和计算机类专业的主干必修课之一。
它以层次结构的观点，以信息加工、处理为主线，讨论了计算机的一般结构及工作原理。
通过教学使学生掌握计算机硬件系统中各大部件的组成原理、逻辑实现方法及互联成整机的技术。
《计算机组成原理》是一门有很强的实践性课程。
在教学中应该既重视课堂理论教学又应重视实验实践教学。
在实验中通过动手，促进动脑，加强学生对计算机各大部件组成原理的理解，掌握数据信息和控制信息的流向和控制的时序。
从而达到培养学生设计、调试和开发计算机系统的能力。
《计算机组成原理实验指导书》是计算机科学与技术专业计算机组成原理课程的实验教材。
目的在于加强学生的基本实验技术和工程设计技术的训练，培养和提高学生的基本操作技能和实际动手能力，使学生掌握计算机硬件及系统中各大部件的组成原理、逻辑实现、设计方法及互连构成整机的技术；培养学生在硬件系统的分析、设计、开发、使用和维护方面的能力。
根据实验大纲要求，共包含7个实验。
通过这7个实验，使学生对计算机的运算器、控制器、存储器、I/O接口的结构和组成原理有个清楚地认识，并掌握中断的原理和中断接口的结构。
目录 实验一 累加器实验．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１ 实验目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１ 实验原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１ 实验步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１ 实验要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２ 实验二 半导体存贮器ＲＡＭ实验．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３ 实验目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３ 实验原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３ 实验内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３ 实验连线．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４ 实验步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４ 实验要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４ 实验三 微控制器地址，控制，数据总线读时序实验．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５ 实验目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５ 实验原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５ 实验内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５ 实验连线．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５ 实验步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５ 实验四 微控制器地址、控制、数据总线写时序实验．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７ 实验目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７ 实验原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７ 实验内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７ 实验连线．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７ 实验步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７ 实验五 微控制器取指令实验．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．８ 实验目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．８ 实验原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．８ 实验内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．８ 实验连线．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．８ 实验步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．８ 实验六 微控制器指令组成实验．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０ 实验目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０ 实验原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０ 实验内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０ 实验连线．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０ 实验步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０ 实验七 微控制器执行指令实验．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１２ 实验目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１２ 实验原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１２ 三． 实验内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３ 四． 实验连线．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３ 五 实验方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３ 附录一 实验要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５ 附录二 实验成绩的考核与评定办法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１６ 附录三 实验项目设置与内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１９ 实验一累加器实验实验目的了解累加器的用途。
计算机组成原理实验指导书
计算机组成原理实验指导书一、实验目的。
本实验旨在通过实际操作，加深学生对计算机组成原理的理解，掌握计算机硬件的基本组成和工作原理，提高学生的动手能力和实际操作能力。
二、实验器材。
1. 计算机主机。
2. 显示器。
3. 键盘。
4. 鼠标。
5. 逻辑分析仪。
6. 示波器。
7. 电源。
8. 万用表。
9. 逻辑门集成电路。
10. 接线板。
11. 连接线。
三、实验内容。
1. 计算机硬件基本组成的实验。
通过拆卸计算机主机，了解各个硬件组件的作用和连接方式，包括主板、CPU、内存、硬盘、显卡、电源等。
并通过重新组装，加深对计算机硬件组成的理解。
2. 逻辑门电路实验。
使用逻辑门集成电路和连接线搭建基本的逻辑门电路，包括与门、或门、非门等，并通过逻辑分析仪观察输入输出的关系，加深对逻辑门原理的理解。
3. 示波器使用实验。
学习示波器的基本使用方法，观察不同信号的波形，了解数字信号和模拟信号的特点，加深对计算机输入输出原理的理解。
4. 电源电压测量实验。
使用万用表测量计算机主板各个电源接口的电压值，了解各个电源接口的作用和电压标准，加深对计算机电源原理的理解。
四、实验步骤。
1. 计算机硬件基本组成的实验步骤。
（1）拆卸计算机主机，观察各个硬件组件的位置和连接方式。
（2）了解各个硬件组件的作用和特点。
（3）重新组装计算机主机，检查各个硬件组件的连接是否正确。
2. 逻辑门电路实验步骤。
（1）根据实验指导书搭建与门、或门、非门电路。
（2）使用逻辑分析仪观察输入输出的关系，记录实验数据。
3. 示波器使用实验步骤。
（1）学习示波器的基本使用方法。
（2）使用示波器观察不同信号的波形，记录实验数据。
4. 电源电压测量实验步骤。
（1）使用万用表测量各个电源接口的电压值。
（2）比较测量结果与电压标准的差异，记录实验数据。
五、实验注意事项。
1. 在拆卸和重新组装计算机主机时，注意防止静电干扰，避免损坏硬件组件。
2. 在搭建逻辑门电路时，注意连接线的接触是否良好，避免信号传输不畅。
计算机组成原理与系统结构实验学生指导书
目录实验一系统认识实验 (2)实验二算术逻辑运算实验 (9)实验三进位控制实验 (12)实验四移位运算实验 (14)实验五静态随机存储器实验 (16)实验六总线控制器实验19实验七微程序控制器实验 (21)实验一系统认识实验一、实验目的1 ．搭建并操作一个最基本的模型计算机。
2 ．建立对计算机组成及其原理的基本认识。
二、实验设备1．TDN-CM+或TDN-CM++教学实验系统一套。
2 ．PC 微机一台。
三、实验原理1．一台简单模型计算机的结构为了更好地理解计算机的各组成部件是如何相互配合进行工作的，我们将设计一个最基本的模型计算机。
根据前面小节的知识，我们将算术逻辑运算器、控制器、寄存器、内部总线等部件搭接起来构成一个CPU，然后再加上存储器、输入设备、输出设备即构成一台完整的模型计算机。
其逻辑框图见图 1.4-1。
其中ALU 为运算器、DR1、DR2 为工作暂存器、R0 为通用寄存器、AR 为地址寄存器、PC 为程序计数器、IR 为指令寄存器、TIME 为时序发生器、MEM 为程序存储器、INPUT 为输入设备、OUTPUT 为输出设备、MC 为微程序控制器。
2 ．模型计算机的程序本系统设计了四条指令，构成了此模型计算机的指令系统，即：应用该指令系统可以编写一段反映计算机操作的指令序列，它们就构成了所谓的计算机程序，并将其以二进制存放在主存储器的连续的单元中。
计算机通过连续运行该段程序，就可以解决各种复杂的计算或是控制问题。
3 ．微程序Microprogram为实现以上计算机程序的操作，控制器对应于每一条机器指令都需要进行一系列的微操作来完成该机器指令的操作。
一个微操作则对应一条微指令。
如果控制器采用最普遍使用的微程序控制器，则一条机器指令的操作就需要一系列微指令来完成。
它们构成计算机的微程序并且是以二进制数的形式存放在控制存储器的存储单元中。
与以上机器指令对应的微操作内容如表1.4-1 所示。
计算机组成原理实验指导书
实验一8位算术逻辑运算实验一、实验目的1、掌握算术逻辑运算器单元ALU（74LS181）的工作原理。
2、掌握简单运算器的数据传送通路组成原理.3、验证算术逻辑运算功能发生器74LSl8l的组合功能。
4、按给定数据，完成实验指导书中的算术／逻辑运算。
二、实验内容1、实验原理实验中所用的运算器数据通路如图1.1所示。
其中运算器由两片74LS181以并／串形成8位字长的ALU构成。
运算器的输出经过一个三态门74LS245 （U33)到ALUO1插座,实验时用8芯排线和内部数据总线BUSD0～D7插座BUSl～6中的任一个相连，内部数据总线通过LZDO～LZD7显示灯显示；运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器74LS273（U29、U30）锁存，两个锁存器的输入并联后连至插座ALUBUS，实验时通过8芯排线连至外部数据总线EXD0~D7插座EXJl～EXJ3中的任一个；参与运算的数据来自于8位数据开并KD0～KD7，并经过一三态门74LS245（U51)直接连至外部数据总线EXD0～EXD7，通过数据开关输入的数据由LD0～LD7显示。
图1。
1中算术逻辑运算功能发生器74LS18l（U3l、U32)的功能控制信号S3、S2、Sl、S0、CN、M并行相连后连至SJ2插座，实验时通过6芯排线连至6位功能开关插座UJ2,以手动方式用二进制开关S3、S2、S1、S0、CN、M来模拟74LSl8l （U31、U32）的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M；其它电平控制信号LDDRl、LDDR2、ALUB’、SWB’以手动方式用二进制开关LDDRl、LDDR2、ALUB、SWB 来模拟，这几个信号有自动和手动两种方式产生,通过跳线器切换，其中ALUB'、SWB’为低电平有效，LDDRl、LDDR2为高电平有效。
另有信号T4为脉冲信号，在手动方式下进行实验时，只需将跳线器J23上T4与手动脉冲发生开关的输出端SD相连，按动手动脉冲开关，即可获得实验所需的单脉冲.2、实验接线本实验用到4个主要模块： (1)低8位运算器模块 （2）数据输入并显示模块 （3）数据总线显示模块（4）功能开关模块（借用微地址输入模块）。
计算机组成原理实验指导书
《计算机组成原理》实验指导书唐山学院计算科学与技术实验教学中心2011年12月前言一．计算机组成原理实验的任务计算机组成原理实验是计算机组成原理课程的一部分，它的任务是：1.通过实验进一步了解和掌握计算机原理的基本概念，对CPU内部的运算功能、控制功能、总线结构、指令系统的设计和微指令的实现及CPU内部如何工作有直观、深刻的认识。
2.培养学生分析问题、解决问题及动手能力。
二．实验设备计算机组成原理实验所使用的设备有计算机组成原理实验系统、微型计算机，其中计算机组成原理实验系统为实验平台，主要完成运算器、存储器实验等任务；微型计算机主要用于实验辅助教学、实验软件的运行及调试等。
计算机组成原理实验仪由寄存器组由R0-R3、运算单元、累加器A、暂存器W、直通/左移/右移单元、地址寄存器、程序计数器、堆栈、中断源、输入/输出单元、存储器单元、微地址寄存器、指令寄存器、微程序控制器、组合逻辑控制器、扩展座、总线插孔区、微动开关/指示灯、逻辑笔、脉冲源、20 个按键、字符式LCD、RS232口组成。
计算机组成原理实验仪可完成计算机组成原理中有关CPU的实验项目。
所有的计算机组成原理课程实验都是在这套实验仪上完成的。
三．对参加实验学生的要求1.阅读实验指导书，复习与实验有关的理论知识，明确实验目的，了解内容和方法。
2.按实验指导书要求进行接线和操作，经检查和指导老师同意后再通电。
3.在实验中注意观察思考，记录有关数据，并由指导教师复查后才能结束实验。
4.实验后应断电，整理实验台，恢复到实验前的情况。
5.认真写实验报告，按规定格式写出实验报告并分析实验结果等。
字迹要清楚，结论要明确。
爱护实验设备，遵守实验室纪律。
*注：本实验指导书适用于计算机组成原理A课程。
实验一寄存器实验一．实验目的1.了解计算机中通用寄存器R0、R1、R2、R3的结构、工作原理及其控制方法。
2.完成指定数据的存储和读出。
二．实验设备及器材配置1.计算机组成原理实验仪。
(精校版)计算机组成原理实验指导书(下)
(完整word版)计算机组成原理实验指导书(下)编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整word版)计算机组成原理实验指导书(下)）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整word版)计算机组成原理实验指导书(下)的全部内容。
多周期处理器—MIPS CPU—7 Instructions设计一、设计说明1。
处理器应支持MIPS CPU-7 Instructions指令集。
1）MIPS CPU-7 Instructions＝｛addu，subu,ori，lw，sw，beq，jal}. (1）指令：无符号加addu指令格式：addu rd，rs,rt指令功能：rd ← rs + rt指令编码：(2)指令：无符号减subu指令格式：subu rd,rs，rt指令功能：rd ←rs — rt指令编码：(3）指令：或立即数ori指令格式：ori rt，rs，imm16指令功能：rt ← rs ｜（zero-extend)imm16指令编码:(4)指令:加载字lw指令格式：lw rt, imm16(rs）指令功能：rt ← memory[rs + （sign-extend)imm16］指令编码:（5)指令：存储字sw指令格式:sw rt, imm16（rs)指令功能：memory[rs + （sign-extend）imm16］←rt 指令编码：（6）指令：等于转移beq指令格式:beq rs,rt, imm16指令功能：if （rs == rt) PC ← PC+4 + （sign—extend）imm16〈<2指令编码：（7）指令：跳转并链接jal指令格式：jal addr26指令功能：$31<—PC+4;PC ←(PC+4)［31。
《计算机组成原理与系统结构》实验指导书
实验1 运算器组成实验实验序号：1 实验名称：运算器组成实验适用专业：计算机科学与技术学时数：4学时一、实验目的1、掌握简单运算器的数据传送通路。
2、验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能。
二、实验原理实验中所用的运算器数据通路如图1-1所示。
其中运算器由两片74LS181以并/串形式构成8位字长的ALU。
运算器经过一个三态门（74LS245）和数据总线相连，运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器（74LS373）锁存，锁存器的输入连至数据总线，数据开关（“INPUT DEVICE”）用来给出参与运算的数据，并经过一三态门（74LS245）和数据总线相连，数据显示灯（“BUS UNIT”）已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。
图1－1 运算器数据通路图中已将用户需要连接的控制信号用圆圈标明（其他实验相同，不再说明），其中除T4为脉冲信号，其他均为电平信号。
由于实验电路中的时序信号均已连至“W/R UNIT”的相应时序信号引出端，因此，在进行实验时，只需将“W/R UNIT”的T4接至“STATE UNIT”的微动开关KK2的输出端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲，而S3、S2、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B 各电平控制信号用“SWITCH UNIT”中的二进制数据开关来模拟，其中Cn、ALU-B、SW-B为低电平有效，LDDR1、LDDR2为高电平有效。
三、实验内容1、按照图1-2连接实验线路，仔细查线无误后，接通电源。
2、用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数。
具体操作步骤图示如下：检验DR1和DR2中存的数据是否正确，具体操作为：关闭数据输入三态门（SW-B ＝1），打开ALU输出三态门（ALU-B＝0），当置S3、S2、S1、S0、M为11111时，总线指示灯显示DR1中的数，而置成10101时总线指示灯显示DR2中的数。
3、验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑）在给定DR1＝65、DR2＝A7的情况下，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，填入下表1-1中，并和理论分析进行比较、验证。
计算机组成原理实验指导书1-3
第1章教学计算机系统概述§1.1 教学计算机系统的实现方案和硬软件资源概述TEC-XP16计算机组成原理实验系统是TEC-XP 系列教学机的一个型号，是TEC-2000A的更新换代产品，由清华大学计算机系研制，并且通过了教育部主持的成果鉴定，重点用于计算机组成原理和计算机系统结构等课程的教学实验。
它的功能与组成、设计和实现技术，覆盖了课程主要的教学内容，支持的教学实验项目多，水平高，文字与图纸资料相对齐全。
这台教学计算机系统的硬、软件配置比较完整，覆盖了计算机系统完整6个层次的基本内容，还用PC计算机设计实现了功能完全相同的软件模拟系统。
硬件实现的和软件模拟实现的两个教学机系统的组成如图1.1和图1.2所示。
从图1.1可以看到，该计算机硬件系统组成中，功能部件是完整齐备的，运算器、控制器、存储器、输入输出接口、计算机总线等配备齐全，还可以接通PC机仿真终端执行输入输出操作，同时实现了微程序方案的和硬连线方案的2种控制器。
从计算机组成原理课程教学需求的角度看，该计算机软件系统的组成也是完整的，支持简单的高级语言（包括浮点运算指令和基本函数运算功能），汇编语言（支持基本伪指令功能）和二进制的机器语言，配有自己的监控程序，以及PC机仿真终端程序等。
毫无疑问，全部软件的源程序代码是宝贵的教学参考资料。
从图1.2可以看到，软件实现的计算机系统级和指令级模拟系统，可以脱离硬件教学计算机系统，直接在PC机的Windows平台上运行教学机的程序，可以在PC机上运行教学机的监控程序，其运行效果和在真正的教学计算机上运行监控程序是相同的。
微程序和硬连线这一级别的模拟软件，可以查看计算机内部数据、指令流动的过程和全部控制信号的运行状态，可以辅助同学完成两种类型的控制器设计，设计结果可以直接在PC机上模拟运行，模拟正确的设计结果会生成用于教学机硬件系统中各现场可编程器件的下载文件，为同学修改、调试教学机已有的软件功能或完成自己新的硬件设计有着重要的辅助作用。
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目录实验一系统认识实验 (2)实验二算术逻辑运算实验 (9)实验三进位控制实验 (12)实验四移位运算实验 (14)实验五静态随机存储器实验 (15)实验六总线控制器实验18实验七微程序控制器实验 (21)实验一系统认识实验一、实验目的1 ．搭建并操作一个最基本的模型计算机。
2 ．建立对计算机组成及其原理的基本认识.二、实验设备1．TDN-CM+或TDN-CM++教学实验系统一套。
2 ．PC 微机一台。
三、实验原理1．一台简单模型计算机的结构为了更好地理解计算机的各组成部件是如何相互配合进行工作的，我们将设计一个最基本的模型计算机。
根据前面小节的知识，我们将算术逻辑运算器、控制器、寄存器、内部总线等部件搭接起来构成一个CPU，然后再加上存储器、输入设备、输出设备即构成一台完整的模型计算机.其逻辑框图见图1.4—1。
其中ALU 为运算器、DR1、DR2 为工作暂存器、R0 为通用寄存器、AR 为地址寄存器、PC 为程序计数器、IR 为指令寄存器、TIME 为时序发生器、MEM 为程序存储器、INPUT 为输入设备、OUTPUT 为输出设备、MC 为微程序控制器.2 ．模型计算机的程序本系统设计了四条指令,构成了此模型计算机的指令系统，即：应用该指令系统可以编写一段反映计算机操作的指令序列，它们就构成了所谓的计算机程序,并将其以二进制存放在主存储器的连续的单元中。
计算机通过连续运行该段程序，就可以解决各种复杂的计算或是控制问题.3 ．微程序Microprogram为实现以上计算机程序的操作，控制器对应于每一条机器指令都需要进行一系列的微操作来完成该机器指令的操作。
一个微操作则对应一条微指令.如果控制器采用最普遍使用的微程序控制器，则一条机器指令的操作就需要一系列微指令来完成.它们构成计算机的微程序并且是以二进制数的形式存放在控制存储器的存储单元中。
与以上机器指令对应的微操作内容如表1。
4-1 所示。
四、实验步骤1．构造一台模型计算机首先，参照图1。
4—2，在教学实验系统中使用连接导线（排线)将模型计算机的各个部件连接在一起，构成一台完整的模型计算机。
连接图中凡是标有小圆圈的连线都是需要连接导线的，而未标小圆圈的连线是系统已经连接好的。
连接完成后,请仔细检查，以保证连接的正确性。
2 ．我们来编写一段简单程序操作的例子来说明计算机工作的过程.这个程序要执行的功能是：1）由输入设备向CPU 的通用寄存器R0 中输入一个数.2）将输入的数值与程序中的一个立即数相加.3）将运算结果输出到输出设备上进行显示。
4)跳转返回到执行第一条指令的状态和位置。
完成以上指令操作的程序内容如表1.4-2 所示。
3 ．模型机操作前的准备工作使用通讯电缆将实验系统的串行接口与PC 微机的串行接口相连接，并将实验系统的电源线接到电源插座中.然后启动PC 微机,进入Windows 系统，安装本设备提供的应用软件CMPP。
（安装方法及软件使用可见用户手册).4．模型计算机的运行操作1）打开实验系统的电源开关，点击图标CMPP，运行软件. 若联机正常后，将显示如图1.4—3 所示界面。
2）未联机正常,也可以进入软件界面，但是所有的菜单里的功能全是灰色不可用（除“文件”及“端口”菜单)，且指令区窗口中的数据也全以星号显示。
本软件的默认串口为1号串口，若通讯电缆连接到2 号串口上，可进入“【端口】”菜单，选择2 号串口，然后进行“【端口】—【端口测试】”，若还不正常，请确保打开系统电源及检查通讯电缆的连接.具体排除故障见《使用手册》.3）进入“【转储】—- 【转载】”,选择系统软件安装时在\CMPP\SAMPLE 目录下的一个例程EX。
TXT，点击“打开”后即进行装载。
此文件包含有上述设计的模型机要执行的机器指令程序及定义该机器指令系统的微程序。
可从“【文件】—【打开】”来打开此文件，可查看模型计算机操作的程序及其微程序.其内容为：机器指令:＄P0000$P0110＄P0208$P0320$P0430＄P0500微指令：$M00018001＄M0101ED82＄M0200C048$M0300B004＄M0401A205＄M05959A01＄M0600D181$M08001001$M0901ED83$M0A070201＄M0B01ED86机器指令及微指令的描述格式为：4）装载完成后,选择“【运行】—【通路图】- 【复杂模型机】”可打开一个对应的数据通路图,如图1。
4—4 所示：5）在执行指令之前，要将实验系统右下角的CLR 清零开关向上拨到0 位再拨回1 位，以将程序计数器和微地址寄存器清为零，使得程序可从零地址开始运行。
选择“【运行】－【单步微指令】"功能，每按动一次，系统运行一条微指令并在界面中显示动态数据流及微地址等的变化，仔细观察运行过程，则可了解并掌握计算机的工作过程。
6）每按动一次“【运行】—【单步机器指令】”，则单步执行一条机器指令。
一条机器指令对应一段微程序,每执行一条微指令时，计算机同时显示数据流,执行完这条机器指令对应的所有微指令后则自动停止。
此时可以再继续单步执行下一条机器指令。
当模型计算机执行完一条指令后，PC微机则根据指令的执行过程,在屏幕上显示出其数据流，图中各部件的有效控制信号则用高亮显示，并将下一条微指令代码显示在下方.这样就可以形象地看到一条指令的执行过程.“【运行】—【单步微指令】”的功能是单步执行一条微指令，同时显示其数据流。
“【运行】—【连续运行】”，则连续运行全部程序，同时连续显示整个数据流。
当按动“【运行】—【停止】”时才会停止执行，但不是立即停止,只有当一条机器指令运行完后才会停止。
7）单步执行机器指令，并对照表1。
4—2,观察对应一条机器指令的一系列微操作的运行过程。
思考问题1）单步执行微指令,观察应用软件的数据通路图中各部件的有效控制信号（高亮显示）, 思考这些控制信号的作用。
并对照图1—2，找到这些控制信号的来源，并思考它们是如何产生的，它们与微代码的关系。
思考微程序控制器在整个模型计算机运行中的作用。
2）单步执行指令ADD X，R0 ,观察微操作[DR1］+［DR2］R0 执行时，运算器ALU 的有效控制信号S0—S3、M、CN,思考它们对运算器算术逻辑操作的作用。
实验二算术逻辑运算实验一、实验目的1．了解运算器的组成结构。
2 ．掌握运算器的工作原理.3 ．学习运算器的设计方法.4 ．掌握简单运算器的数据传送通路。
5 ．验证运算功能发生器74LS181 的组合功能.二、实验设备TDN—CM+或TDN-CM++教学实验系统一套。
三、实验原理实验中所用的运算器数据通路图如图2。
6—1。
图中所示的是由两片74LS181 芯片以并/ 串形式构成的8 位字长的运算器。
右方为低4 位运算芯片,左方为高4 位运算芯片。
低位芯片的进位输出端Cn+4 与高位芯片的进位输入端Cn 相连,使低 4 位运算产生的进位送进高4位运算中。
低位芯片的进位输入端Cn 可与外来进位相连，高位芯片的进位输出引至外部。
两个芯片的控制端S0～S3 和M 各自相连，其控制电平按表2。
6—1。
为进行双操作数运算，运算器的两个数据输入端分别由两个数据暂存器DR1、DR2 (用锁存器74LS273 实现）来锁存数据。
要将内总线上的数据锁存到DR1 或DR2 中,则锁存器74LS273 的控制端LDDR1 或LDDR2 须为高电平。
当T4 脉冲来到的时候，总线上的数据就被锁存进DR1 或DR2 中了。
为控制运算器向内总线上输出运算结果，在其输出端连接了一个三态门(用74LS245 实现）。
若要将运算结果输出到总线上，则要将三态门74LS245 的控制端ALU-B 置低电平。
否则输出高阻态。
数据输入单元(实验板上印有INPUT DEVICE）用以给出参与运算的数据.其中，输入开关经过一个三态门（74LS245)和内总线相连，该三态门的控制信号为SW—B，取低电平时，开关上的数据则通过三态门而送入内总线中.总线数据显示灯(在BUS UNIT 单元中）已与内总线相连,用来显示内总线上的数据。
控制信号中除T4 为脉冲信号,其它均为电平信号.由于实验电路中的时序信号均已连至“W/R UNIT"单元中的相应时序信号引出端，因此，需要将“W/R UNIT"单元中的T4 接至“STA TE UNIT"单元中的微动开关KK2 的输出端.在进行实验时，按动微动开关,即可获得实验所需的单脉冲。
S3、S2、S1、S0 、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B 各电平控制信号则使用“SWITCH UNIT”单元中的二进制数据开关来模拟，其中Cn、ALU-B、SW-B 为低电平有效，LDDR1、LDDR2 为高电平有效.对于单总线数据通路,作实验时就要分时控制总线，即当向DR1、DR2 工作暂存器打入数据时,数据开关三态门打开，这时应保证运算器输出三态门关闭；同样,当运算器输出结果至总线时也应保证数据输入三态门是在关闭状态。
四、实验步骤1．按图2。
6—2 连接实验电路并检查无误。
图中将用户需要连接的信号线用小圆圈标明(其它实验相同，不再说明)。
2 ．开电源开关。
3 ．用输入开关向暂存器DR1 置数.①拨动输入开关形成二进制数01100101(或其它数值)。
(数据显示灯亮为0，灭为1）。
②使SWITCH UNIT单元中的开关SW—B=0（打开数据输入三态门)、ALU-B=1 （关闭ALU 输出三态门）、LDDR1=1、LDDR2=0。
③按动微动开关KK2 ，则将二进制数01100101 置入DR1 中。
4 ．用输入开关向暂存器DR2 置数。
①拨动输入开关形成二进制数10100111(或其它数值）.②SW—B=0、ALU—B=1 保持不变,改变LDDR1、LDDR2 ，使LDDR1=0、LDDR2=1.③按动微动开关KK2 ,则将二进制数10100111 置入DR2 中。
5 ．检验DR1 和DR2 中存的数是否正确。
①关闭数据输入三态门（SW-B=1)，打开ALU输出三态门（ALU-B=0），并使LDDR1=0、LDDR2=0 ,关闭寄存器.②置S3、S2、S1、S0、M 为1 1 1 1 1，总线显示灯则显示DR1 中的数。
③置S3、S2、S1、S0、M 为1 0 1 0 1，总线显示灯则显示DR2 中的数。
6 ．改变运算器的功能设置，观察运算器的输出。
①SW-B=1、ALU-B=0 保持不变。
②按表2-2 置S3、S2、S1、S0 、M、Cn 的数值,并观察总线显示灯显示的结果.例如：置S3、S2、S1、S0 、M、Cn 为1 0 0 1 0 1，运算器作加法运算。