电子科技大学中山学院计算机组成原理实验1系统认识实验
计算机组成原理--实验报告
实验一寄存器实验实验目的：了解模型机中各种寄存器结构、工作原理及其控制方法。
实验要求：利用CPTH 实验仪上的K16..K23 开关做为DBUS 的数据，其它开关做为控制信号，将数据写入寄存器，这些寄存器包括累加器A，工作寄存器W，数据寄存器组R0..R3，地址寄存器MAR，堆栈寄存器ST，输出寄存器OUT。
实验电路：寄存器的作用是用于保存数据的CPTH 用74HC574 来构成寄存器。
74HC574 的功能如下：- 1 -实验1：A，W 寄存器实验原理图寄存器A原理图寄存器W 原理图连接线表：- 2 -系统清零和手动状态设定：K23-K16开关置零，按[RST]钮，按[TV/ME]键三次，进入"Hand......"手动状态。
在后面实验中实验模式为手动的操作方法不再详述．将55H写入A寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据55H置控制信号为：按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器A的黄色选择指示灯亮，表明选择A寄存器。
放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。
将66H写入W寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据66H- 3 -置控制信号为：按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器W 的黄色选择指示灯亮，表明选择W寄存器。
放开STEP 键，CK 由低变高，产生一个上升沿，数据66H 被写入W 寄存器。
注意观察：１．数据是在放开STEP键后改变的，也就是CK的上升沿数据被打入。
２．WEN，AEN为高时，即使CK有上升沿，寄存器的数据也不会改变。
实验2：R0，R1，R2，R3 寄存器实验连接线表- 4 -将11H、22H、33H、44H写入R0、R1、R2、R3寄存器将二进制开关K23-K16，置数据分别为11H、22H、33H、44H置控制信号为：K11、K10为10，K1、k0分别为00、01、10、11并分别按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器R0、R1\R2\R3 的黄色选择指示灯分别亮，放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据被写入寄存器。
计算机组成原理实验报告
计算机组成原理实验报告实验报告运算器实验⼀、实验⽬的掌握⼋位运算器的数据传输格式，验证运算功能发⽣器及进位控制的组合功能。
⼆、实验要求完成算术、逻辑、移位运算实验，熟悉ALU运算控制位的运⽤。
三、实验原理实验中所⽤的运算器数据通路如图2-3-1所⽰。
ALU运算器由CPLD描述。
运算器的输出FUN经过74LS245三态门与数据总线相连，运算源寄存器A和暂存器B的数据输⼊端分别由2个74LS574锁存器锁存，锁存器的输⼊端与数据总线相连，准双向I/O 输⼊输出端⼝⽤来给出参与运算的数据，经2⽚74LS245三态门与数据总线相连。
图2-3-1运算器数据通路图中A WR、BWR在“搭接态”由实验连接对应的⼆进制开关控制，“0”有效，通过【单拍】按钮产⽣的脉冲把总线上的数据打⼊，实现运算源寄存器A、暂存器B的写⼊操作。
四、运算器功能编码算术运算逻辑运算K23~K0置“1”，灭M23~M0控位显⽰灯。
然后按下表要求“搭接”部件控制路。
表2.3.2 运算实验电路搭接表算术运算1.运算源寄存器写流程通过I/O单元“S7~S0”开关向累加器A和暂存器B置数，具体操作步骤如下：2.运算源寄存器读流程关闭A、B写使能，令K18=K17=“1”，按下流程分别读A、B。
3.加法与减法运算令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0100），为算术加，FUN及总线单元显⽰A+B的结果令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0101），为算术减，FUN及总线单元显⽰A－B的结果。
逻辑运算1.运算源寄存器写流程通过“I/O输⼊输出单元”开关向寄存器A和B置数，具体操作步骤如下：2.运算源寄存器读流程关闭A、B写使能，令K17= K18=1，按下流程分别读A、B。
①若运算控制位设为（M S2 S1 S0=1111）则F=A，即A内容送到数据总线。
②若运算控制位设为（M S2 S1 S0=1000）则F=B，即B内容送到数据总线。
计算机组成原理与系统结构实验教程
（一）界面窗口介绍
主界面主要分为三部分：指令区、输出区和图形区，下面分别加以介绍。
指令区：
分为两部分，即机器指令区和微指令区，在指令区的下方有两个Tab按钮，您可以通过按钮在两者之间来回切换。
机器指令区：分为两列，第一列为下位机主存地址（00—FF，共256个单元），第二列为每一地址中所对应的数值。如果串口通讯正常且系统不忙（即串口没有被占用），您可以直接修改指定单元的内容，方法是用鼠标单击要修改单元的数据，此单元格会变成一个编辑框，等待您输入，该编辑框只接收两位合法的16进制数（请注意：非16进制数不认），如果输入正确，您可以按回车键确认，或用鼠标点击别的区域，这样就完成了修改工作。如果想要结束修改，您可以按下ESC键，编辑框就会自动消失,恢复显示原来的值。一旦编辑框出现，您可以通过上下键让编辑框上下移动，从而选中需要修改的地址单元。如果输入不正确，如输入少于2个字符，则不进行修改。
①．端口1（1）
此命令用来选择串口1进行联机通讯，该命令会对串口1进行初始化操作，并进行联机测试，报告测试结果，如果联机成功，则会将指令区初始化。
②．端口2（2）
此命令用来选择串口2进行联机通讯，该命令会对串口2进行初始化操作，并进行联机测试，报告测试结果，如果联机成功，则会将指令区初始化。
③．端口测试
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。
计算机组成原理实验介绍
计算机组成原理实验介绍《计算机组成原理实验介绍》1. 引言嘿，你有没有想过，当你打开电脑玩游戏或者处理文档的时候，电脑内部到底在发生着什么样神奇的事情呢？就像一个神秘的黑盒子，我们只看到了它呈现出来的效果，却不太清楚里面的构造和运行机制。
今天啊，咱们就来一起探索计算机组成原理实验的那些事儿，从最基础的概念到实际的应用，再到一些常见的问题，就像给这个神秘的黑盒子打开一道缝，好好地瞧一瞧里面的奥秘。
在这篇文章里，我们会先讲讲计算机组成原理实验的基本概念和理论背景，然后分析它的运行机制，还会看看在生活和高端技术领域的应用，也会聊聊大家对它可能存在的误解，最后再补充一些相关知识，总结一下并且展望未来。
2. 核心原理2.1基本概念与理论背景计算机组成原理啊，说白了就是研究计算机到底是由哪些部分组成的，以及这些部分是怎么协同工作的这么一门学科。
它的理论来源可以追溯到计算机诞生的时候，最早的那些计算机科学家们就开始琢磨怎么把一些基本的计算功能通过硬件组合起来。
就好比盖房子，你得先有砖头、水泥这些基本的材料（也就是计算机的各种硬件组件），然后还得知道怎么把它们搭在一起（各组件的连接和协同工作方式）。
从发展历程来看，最开始的计算机可不像现在这么小巧玲珑、功能强大。
早期的计算机那可是庞大无比，像个巨兽一样，而且功能还很单一。
随着时间的推移，计算机组成的理论不断发展，各种新的组件被发明出来，它们之间的协作也变得越来越高效。
比如说，从简单的算术逻辑单元，发展到现在复杂的中央处理器（CPU），这里面包含了无数科学家和工程师的智慧结晶。
2.2运行机制与过程分析咱们先把计算机想象成一个超级大的工厂。
首先是输入设备，这就像是工厂的原材料进货口。
比如说你敲键盘输入信息，就相当于把原材料送进了工厂。
这些原材料（数据）通过系统总线这个“传送带”，被送到了CPU 这个“加工中心”。
CPU呢，就像是工厂里最聪明的工程师，它能根据接收到的数据进行各种运算和处理。
计算机组成原理实验教程
计算机组成原理实验教程计算机组成原理实验是计算机科学与技术专业中非常重要的一门实践课程。
通过实验，学生可以深入了解计算机的基本构成和工作原理，并且培养实际操作的能力。
本教程旨在提供一系列详细的实验指导，帮助学生顺利完成计算机组成原理实验。
序言计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门核心课程，作为理论和实践相结合的实验教程，对于学生深入了解计算机的内部结构和工作原理至关重要。
本教程将介绍计算机组成原理实验的基本内容和实验报告的撰写要求，帮助学生更好地掌握实验技巧和理论知识。
实验一：数字逻辑电路设计与仿真本实验旨在让学生学会使用Verilog HDL设计数字逻辑电路，并通过仿真验证电路的正确性。
首先，学生需要了解Verilog HDL的基本语法和仿真工具的使用方法。
然后，根据实验要求，设计并仿真一个简单的数字逻辑电路，如全加器或比较器。
最后，学生需要撰写实验报告，详细介绍电路设计的过程、仿真结果和分析。
实验二：单周期CPU设计与实现本实验要求学生设计并实现一个单周期的CPU。
在实验过程中，学生需要了解指令的执行过程和控制信号的生成原理，设计CPU的数据通路和控制逻辑，并编写Verilog HDL代码进行实现。
实验完成后，学生需要进行功能仿真和时序仿真，验证CPU的正确性和性能。
实验报告应包括CPU设计的思路、关键问题的解决方法和仿真结果的分析。
实验三：多周期CPU设计与实现本实验要求学生进一步完善CPU的设计，实现一个多周期的CPU。
在实验过程中，学生需要改进单周期CPU的设计，引入时序控制信号和状态机，实现指令的多周期执行。
实验完成后，学生需要进行功能仿真和时序仿真，验证CPU的正确性和性能提升。
实验报告应包括多周期CPU设计的过程、关键问题的解决方法和仿真结果的分析。
实验四：流水线CPU设计与实现本实验要求学生设计并实现一个流水线CPU。
在实验过程中，学生需要了解流水线技术的基本原理和数据冒险的处理方法，设计流水线CPU的数据通路和控制逻辑。
中山大学计算机组成原理实验 多周期CPU设计
《计算机组成原理实验》实验报告（实验四）学院名称：数据科学与计算机学院专业（班级）：学生姓名：学号：时间：2019 年12 月14 日成绩:实验四：多周期CPU设计与实现一.实验目的(1) 认识和掌握多周期数据通路图的构成、原理及其设计方法；(2) 掌握多周期CPU的实现方法，代码实现方法；(3) 认识和掌握指令与CPU的关系；(4) 掌握多周期CPU的测试方法。
二.实验内容设计一个多周期CPU，该CPU在单周期指令集的基础上==> 算术运算指令加“加”运算。
做符号扩展再参加“加”运算。
==> 逻辑运算指令加“与”运算。
功能：GPR[rt] ←GPR[rs] or zero_extend(immediate)。
==>移位指令==>比较指令==> 存储器读/写指令==> 分支指令else pc ←pc + 4特别说明：offset是从PC+4地址开始和转移到的指令之间指令条数。
offset符号扩展之后左移2位再相加。
为什么要左移2位？由于跳转到的指令地址肯定是4的倍数（每条指令占4个字节），最低两位是“00”，因此将offset放进指令码中的时候，是右移了2位的，也就是以上说的“指令之间指令条数”。
else pc ←pc + 4（18）bltz rs, offsetelse pc ←pc + 4。
==>跳转指令说明：由于MIPS32的指令代码长度占4个字节，所以指令地址二进制数最低2位均为0，将指令地址放进指令代码中时，可省掉！这样，除了最高6位操作码外，还有26位可用于存放地址，事实上，可存放28位地址，剩下最高4位由pc+4最高4位拼接上。
==> 停机指令功能：停机；不改变PC的值，PC保持不变。
==>调用子程序指令地址设置；子程序返回，需用指令jr $31。
跳转地址的形成同j addr 指令。
增加实现以下指令功能操作。
本次实验中需要实现运算操作的溢出判断：ALU运算操作溢出时，ALU需给出一位溢出信号（部分指令可能需要用到该信号。
计算机组成原理实验报告(DOC)
计算机组成原理课程实验报告第二章模型机模块实验对于硬件的描述可以有多种方法：如原理图，真值表，高级语言（本手册使用ABEL/VHDL），时序图等，在本手册中可以使用以上的四种方式来综合描述硬件。
2.1 寄存器实验实验要求：利用CPTH 实验仪上的K16..K23 开关做为DBUS 的数据，其它开关做为控制信号，将数据写入寄存器，这些寄存器包括累加器A，工作寄存器W，数据寄存器组R0..R3，地址寄存器MAR，堆栈寄存器ST，输出寄存器OUT。
实验目的：了解模型机中各种寄存器结构、工作原理及其控制方法。
实验电路：寄存器的作用是用于保存数据的，因为我们的模型机是8位的，因此在本模型机中大部寄存器是8 位的，标志位寄存器(Cy, Z)是二位的。
CPTH 用74HC574 来构成寄存器。
74HC574 的功能如下：1. 在CLK的上升沿将输入端的数据打入到8 个触发器中2. 当OC = 1 时触发器的输出被关闭，当OC=0 时触发器的输出数据74HC574工作波形图实验1：A，W 寄存器实验寄存器A原理图寄存器W 原理图寄存器A，W 写工作波形图连接线表：系统清零和手动状态设定：K23-K16开关置零，按[RST]钮，按[TV/ME]键三次，进入"Hand......"手动状态。
在后面实验中实验模式为手动的操作方法不再详述．将55H写入A寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据55H置控制信号为：按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器A的黄色选择指示灯亮，表明选择A寄存器。
放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。
将66H写入W寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据66H置控制信号为：按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器W 的黄色选择指示灯亮，表明选择W寄存器。
放开STEP 键，CK 由低变高，产生一个上升沿，数据66H 被写入W 寄存器。
计算机组成原理实验报告
计算机组成原理实验报告实验⼀静态随机存取存贮器实验⼀.实验⽬的了解静态随机存取存贮器的⼯作原理；掌握读写存贮器的⽅法。
⼆.实验内容实验仪的存贮器MEM单元选⽤⼀⽚静态存贮器6116（2K×8bit）存放程序和数据。
CE：⽚选信号线，低电平有效，实验仪已将该管脚接地。
OE：读信号线，低电平有效。
WE：写信号线，低电平有效。
A0..A10: 地址信号线。
I/O0..I/O7:数据信号线。
SRAM6116存贮器挂在CPU的总线上，CPU通过读写控制逻辑，控制MEM的读写。
实验中的读写控制逻辑如下图：读写控制逻辑M_nI/O⽤来选择对MEM还是I/O读写，M_nI/O = 1，选择存贮器MEM；M_nI/O = 0，选择I/O设备。
nRD = 0为读操作；nWR = 0为写操作。
对MEM、I/O的写脉冲宽度与T2⼀致；读脉冲宽度与T2+T3⼀致，T2、T3由CON单元提供。
存贮器实验原理图存贮器数据信号线与数据总线DBus相连；地址信号线与地址总线ABus相连，6116的⾼三位地址A10..A8接地，所以其实际容量为256字节。
数据总线DBus、地址总线ABus、控制总线CBus与扩展区单元相连，扩展区单元的数码管、发光⼆极管上显⽰对应的数据。
IN单元通过⼀⽚74HC245(三态门)，连接到内部数据总线iDBus上，分时提供地址、数据。
MAR由锁存器（74HC574，锁存写⼊的地址数据）、三态门（74HC245、控制锁存器中的地址数据是否输出到地址总线上）、8个发光⼆极管（显⽰锁存器中的地址数据）组成。
T2、T3由CON单元提供，按⼀次CON单元的uSTEP键，时序单元发出T1信号；按⼀次uSTEP键，时序单元发出T2信号；按⼀次uSTEP键，时序单元发出T3信号；再按⼀次uSTEP键，时序单元⼜发出T1信号，……按⼀次STEP键，相当于按了三次uSTEP键，依次发出T1、T2、T3信号。
其余信号由开关区单元的拨动开关模拟给出，其中M_nI/O应为⾼（即对MEM 读写操作）电平有效，nRD、nWR、wMAR、nMAROE、IN单元的nCS、nRD 都是低电平有效。
计算机组成原理实验报告
计算机组成原理实验报告计算机组成原理实验报告姓名：专业：计算机科学与技术学号：计算机组成原理实验（⼀）实验题⽬：时标系统的设置和组合成绩：⼀、实验⽬的1、了解时标系统的作⽤2、会设计、组装简单的时标发⽣器⼆、实验内容参照时标系统的设计⽅法，⽤组合逻辑⽅法设计⼀个简单的节拍脉冲发⽣器，产⽣图1-6所⽰的节拍脉冲，并⽤单脉冲验证设计的正确性。
在实验报告中画出完整电路，写出1W 、0W 和1N 的表达式。
图1-6 简单的节拍脉冲发⽣器⼀周期的波形设计提⽰：1、由波形图求出节拍脉冲1W 和0W 的表达式，进⽽组合成1N 的表达式。
2、注意节拍电平1T 和0T 的翻转时刻应在0M 下降沿与M 的上升沿同时出现的时刻。
3、注意D 触发器的触发翻转要求。
三、实验仪器及器材1、计算机组成原理实验台和+5V 直流稳压电源2、集成电路由附录A “集成电路清单”内选⽤四、实验电路原理（实验电路原理图）时标系统主要由时钟脉冲发⽣器、启停电路和节拍脉冲发⽣器三部分组成成，结构如图1-1所⽰。
图1-1 时标系统组成1、时钟脉冲发⽣器主要由振荡电路、分频电路组成，其作⽤是产⽣⼀定频率的时钟脉冲，作为计算机中基准时钟信号。
如图1-2所⽰。
图1-2 时钟脉冲发⽣器组成2、启停电路计算机是靠⾮常严格的节拍脉冲，按时间的先后次序⼀步⼀步地控制各部件⼯作的，所以，机器启停的标志是有⽆节拍脉冲，⽽控制节拍脉冲按⼀定的时序发⽣和停⽌，不能简单地⽤电源开关来实现。
如图1-3所⽰。
图1-3 简单的启停电路为了使机器可靠地⼯作，要求启停电路在机器启动或停机时，保证每次从规定的第⼀个脉冲开始启动，到最后⼀个脉冲结束才停机，并且必须保证第⼀个和最后⼀个脉冲的波形完整。
如图1-4所⽰。
图1-4 利⽤维持阻塞原理的启停电路3、节拍脉冲发⽣器节拍脉冲发⽣器的作⽤是产⽣⼀序列的节拍电平和⼯作脉冲。
节拍电平是保证计算机微操作的时序性，⼯作脉冲是各寄存器数据的打⼊脉冲。
计算机组成原理实验报告说明
实验一运算器组成实验一、实验目的1、掌握运算器的组成及工作原理；2、了解4位函数运算器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术和逻辑操作的具体实现过程；3、验证带进位控制的运算器功能。
二、实验设备1、EL-JY系列计算机组成及系统结构实验系统一套2、排线若干。
三、工作原理：算术逻辑单元ALU是运算器的核心。
集成电路74LS181是4位运算器，四片74LS181以并／串形式构成16位运算器。
它可以对两个16位二进制数进行多种算术或逻辑运算，74LS181 有高电平和低电平两种工作方式，高电平方式采用原码输入输出，低电平方式采用反码输入输出，这里采用高电平方式。
三态门74LS244作为输出缓冲器由ALU-G信号控制，ALU-G 为“0”时，三态门开通，此时其输出等于其输入；ALU-G 为“1”时，三态门关闭，此时其输出呈高阻。
四片74LS273作为两个16数据暂存器，其控制信号分别为LDR1和LDR2，当LDR1和LDR2 为高电平有效时，在T4脉冲的前沿，总线上的数据被送入暂存器保存。
四、实验内容：验证74LS181运算器的逻辑运算功能和算术运算功能。
五、实验步骤1、按照实验指导说明书连接硬件系统；2、启动实验软件，打开实验课题菜单，选中实验课题打开实验课题参数对话窗口：1)、在数据总线上输入有效数据，按"Ldr1"，数据送入暂存器1；2)、在数据总线上输入有效数据，按"Ldr2"，数据送入暂存器2；3)、在S3...Ar上输入有效数据组合，按"ALU功能选择端"，运算器按规定进行运算，运算结果送入数据缓冲器；4)、按"ALU_G"，运算结果送入数据总线。
5)、执行完后，按"回放"，可对已执行的过程回看。
6)、回放结束后，按"继续"（继续按钮在点击回放后出现），进行下次数据输入。
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实验一系统认识实验1. 实验目的(1) 建立对计算机组成及其原理的基本认识；(2) 熟悉实验箱的构成；(3) 熟悉联机软件CMA的使用。
2. 实验设备TD-CMA 教学实验系统一套，PC机一台。
3. 实验原理3.1 计算机系统的基本组成一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两部分组成的，二者是一个有机的整体，必须协同工作才能发挥计算机的作用。
3.1.1 数字计算机的组成一台典型的数字计算机是由五大部分组成的，即运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备。
其基本硬件结构图如图1-1所示。
图1-1 数字计算机的基本硬件结构图运算器：是用来进行算术和逻辑运算的部件。
它由算术逻辑部件(ALU)和若干通用寄存器组成。
它的主要功能是进行加、减、乘、除等算术运算和实现“与”、“或”、“非”等逻辑运算。
存储器：用来存放程序和数据的部件。
它以单元为单位线性编址，按地址读／写其单元。
输入／输出设备：计算机由输入设备接受外部信息，通过输出设备将信息送往外部。
控制器：负责协调上述部件的操作，发出控制命令，是计算机的指挥中心。
它从存储器中取出指令，进行分析，然后发出由该指令规定的一系列微操作命令，通过控制所有其他部件来完成指令规定的功能。
通常，又把运算器和控制器合在一起称为中央处理器，即CPU。
由图1－1可以看出，在计算机中，基本上有两股信息在流动：一种为数据信息流，即各种原始数据、中间结果、程序等；而另一股为控制信息流，即由控制器发出的一系列微命令序列，用来控制装置的启动或停止，控制运算器按一定的步骤进行各种运算和处理，控制存储器进行读／写，控制输出设备输出结果等。
3.1.2 数字计算机的工作原理虽然计算机技术已经发展了几十年，计算机体系结构也发生了许多演变，但计算机一般还是基于冯·诺依曼原理来工作的。
冯·诺依曼机的主要特点如下：(1)计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件构成；(2)用二进制码表示指令和数据；(3)采用存储程序的工作方式。
冯·诺依曼计算机的工作方式，可称为控制流(指令流)驱动方式。
在这种方式下，按照指令执行的序列，依次读取指令并根据所含有的控制信息调用数据进行处理。
因此，在执行的过程中，始终以控制信息流为驱动工作因素，而数据信息流则是被动地被调用处理。
为了对指令流进行控制，通过设置一个程序计数器(PC：Program Counter)来存放下一次将被执行的指令所在单元的地址。
对于顺序执行的程序，每取出一条指令后PC的内容就自动加1。
当程序发生分支转向时，就将转向去的地址送入PC中，以便按转向地址读取后续指令。
所以，PC就可正确地指示并控制指令序列的执行顺序。
3.2 教学实验系统简介3.2.1 系统功能特点(1)结构清晰的单元式实验电路，可构造出不同结构及不同复杂程度的原理性计算机；(2)对实验设计具有完全的开放性，增强学生综合设计能力；(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；(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；(5)多种输入／输出方式及逻辑信号测量功能，实验操作及观察更容易；(6)实验电路具有实时在线检测功能，便于检查接线错误；(7)提供微程序控制器和组合逻辑控制器两种控制方式；3.2.2 系统布局3.2.3系统实验单元电路(1)微控器电路单元MC单元主要由编程部分和核心微控器两部分组成。
编程部分是通过编程开关的相应状态选择及由T2引入的节拍脉冲的控制来完成将预先定义好的机器指令对应的微程序写入到E2PROM 2816控制存储器中，并可以对控制存储器中的微程序进行校验。
该系统具有本机现场直接编程功能，且由于选用E2PROM 芯片为控制存储器，所以具备掉电保护功能。
核心微控器主要完成接收机器指令译码器送来的代码，转向相应机器指令对应的微程序的首条微指令，对该条机器指令的功能进行解释或执行的工作。
更具体讲，就是通过接收CPU指令译码器发来的信号，找到本条机器指令对应的首条微指令的微地址入口；再通过由T2引入的时序节拍脉冲的控制，读出微指令（实验板上的微控器单元中的24位显示灯(M0～M23)显示的是当前读出的微指令的二进制码）；然后，其中几位再经过译码，一并产生实验板所需的相应控制信号，将它们加到数据通路中相应的控制位置，就可控制实现该微指令的功能；一条微指令执行完毕，地址译码产生下一条微指令对应的微地址；重复上述操作，每运行一段微程序，就完成一条机器指令的功能，周而复始，即可实现机器指令程序的运行。
(2)运算器单元包括运算器单元和寄存器堆单元。
(1) 运算器单元(ALU UNIT)运算器部件由一片CPLD实现。
ALU的输入和输出通过三态门74LS245连到CPU内总线上，另外还有指示灯标明进位标志FC和零标志FZ。
运算器单元由算术、逻辑和移位运算部件组成。
要处理的数据存于暂存器A和暂存器B，三个部件同时接受来自A和B的数据，各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3 0CN来决定，任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU的输出。
(2) 寄存器堆单元(REG UNIT)这部分由R0、R1、R2、R3组成，它们用来保存操作数及中间运算结果等，其中R2还兼做变址寄存器，R3兼做堆栈指针。
(3)计数器与地址寄存器单元PC&AR单元位于实验箱线路板的中部，由地址寄存器AR、程序计数器PC构成。
地址寄存器的输出以排针形式引出A7…A0(4)指令寄存器单元IR单元位于实验箱线路板的中部。
由指令寄存器、指令译码器和寄存器译码器构成。
指令寄存器单元中指令寄存器的输入和输出都以排针形式引出，构成模型机时实现程序的跳转控制和对通用寄存器的选择控制。
(5)CPU内总线单元此单元由五排8线排针组成，它们之间相应位是相互连通的，CPU内总线是CPU内部数据集散地，每个部件的输入数据来自于CPU内总线，输出的数据也要通过CPU内总线到达目的地。
(6)控制总线单元此单元包含有CPU对存储器和IO进行读写时的读写译码电路、CPU中断使能寄存器、外部中断请求指示灯INTR、CPU中断使能指示灯EI。
(7)数据总线单元数据总线是CPU和主存以及外设之间数据交换的通道，其包含五排8线排针，排针的相应位已和CPU内总线连通。
(8)地址总线单元此单元由两排8线排针，I/O地址译码芯片74LS139，地址指示灯组成。
(9) 输入设备单元使用8个可拨动的输入开关作为输入设备。
(10)输出设备单元输出的数据进入锁存器后由两个LED数码管显示。
(11)主存储器单元MEM单元包括一片SRAM 6116（静态随机存储器）和一套编程电路。
(12)控制台开关单元CON单元包含一个清零按钮CLR和24个开关。
按下CLR按钮为系统部件提供清零信号，清零的部件有：程序计数器PC、地址寄存器AR、暂存器A、暂存器B、指令寄存器IR、微地址寄存器MAR。
(13)时序与操作台单元时序单元可以提供单脉冲或连续的时钟信号：KK和Φ。
每按动一次KK按钮，在KK+和KK-端将分别输出一个上升沿和下降沿单脉冲。
每按动一次ST按钮，根据时序开关档位的不同，在TS1、TS2、TS3、TS4端输出不同的波形。
（1）开关处于‘连续’档时，TS1、TS2、TS3、TS4输出的是连续时序。
（2）开关处于‘单步’档时，TS1、TS2、TS3、TS4只输出一个CPU周期的波形。
（3）开关处于‘单拍’档时，TS1、TS2、TS3、TS4交替出现时序与操作台单元的“MODE”短路块短路，系统工作在四节拍模式；“MODE”短路块拔开，系统工作在两节拍模式。
时序与操作台单元的“SPK”短路块短路，系统具有总线竞争报警功能；“SPK”短路块拔开，系统无报警功能。
时序与操作台单元还设有一组编程控制开关KK1、KK2、KK3、KK4、KK5，可实现对存储器（包括程序存储器和控制存储器）的三种操作：编程、校验、运行。
(14)系统单元SYS单元是为了和PC联机而设计，其原理是通过单片机的串口和PC机的串口相连，PC 以命令形式和单片机进行交互，当单片机接收到某命令后，产生相应的时序，实现指定操作。
SYS单元还安排了一个检测电路，当总线上数据发生竟争时，蜂鸣器会发出‘嘀’警报声。
SYS单元还有一个重要职责：当ST按钮按下时会对单片机的INT1产生一个中断请求，此时单片机根据时序单元状态开关的档位，产生相应的时序。
逻辑示波器启动后，单片机会定期采样CH3-CH0，并将采样所得数据通过串口发送到PC机，PC机再根据收到的数据，在屏幕上绘制波形。
(15)CPLD扩展板TD-CMA的部分实验在CPLD扩展板上进行，CPLD扩展板由由两大部分组成，一是LED 显示灯，供调试时观测数据；另外就是一片MAXII EPM1270T144及其外围电路。
3.2.4 系统集成操作软件CMACMA 集成操作软件是用于实验箱与PC机联机操作的图形方式操作界面，具有动态调试功能，可以完全根据实验系统的数据通路图动态显示用户设计的实验数据流的流向、数据值、控制线和相关单元的内容。
CMA 软件通过PC机串行口与实验箱中的89C51单片机进行通信，利用单片机实现对实验装置的程序存储器、微程序控制器进行读写，并可实现单步微程序、单步机器指令和程序连续运行等控制。
主界面如图1-3所示，由指令区、输出区和图形区三部分组成。
(1)指令区：分为机器指令区和微指令区，指令区下方有两个Tab按钮，可通过按钮在两者之间切换。
机器指令区：分为两列，第一列为主存地址（00—FF，共256个单元），第二列为每个地址所对应的数值。
串口通讯正常且串口无其它操作，可以直接修改指定单元的内容，用鼠标单击要修改单元的数据，此时单元格会变成一个编辑框，即可输入数据，编辑框只接收两位合法的16进制数，按回车键确认，或用鼠标点击别的区域，即可完成修改工作。
按下ESC键可取消修改，编辑框会自动消失,恢复显示原来的值，也可以通过上下方向键移动编辑框。
微指令区：分为两列，第一列为微控器地址（00—3F，共64个单元），第二列为每个地址所对应的微指令，共6字节。
修改微指令操作和修改机器指令一样，只不过微指令是6位，而机器指令是2位。
图1-3 CMA软件主界面(2)输出区：输出区由输出页、输入页和结果页组成。
输出页：在数据通路图打开，且该通路中用到微程序控制器，运行程序时，输出区用来实时显示当前正在执行的微指令和下条将要执行的微指令的24位微码及其微地址。
当前正在执行微指令的显示可通过菜单命令“【设置】—【当前微指令】”进行开关。
输入页：可以对微指令进行按位输入及模拟，鼠标左键单击ADDR值，此时单元格会变成一个编辑框，即可输入微地址，输入完毕后回车，编辑框消失，后面的24位代表当前地址的24位微码，微码值用红色显示，鼠标左键单击微码值可使该值在0和1之间切换。