計算機組成原理與系統(tǒng)結構實驗指導書

前言

“計算機組成原理”是計算機科學與技術、軟件工程、網(wǎng)絡工程專業(yè)的必修專業(yè)基礎課，其他計算機類及相關本科專業(yè)的平臺基礎課。為了提高本課程的教學質量，必須安排實驗來深入理解課程內容。本教材的作者在多年從事“計算機組成原理”課程理論和實驗教學的基礎上，提出“try”教學理念，結合本課程的教學特點、難點和要點，對教學內容、方法、實驗方法和手段進行了重大改革；開發(fā)了具有創(chuàng)新實驗思想的計算機組成原理實驗系統(tǒng)、實驗教學CAI軟件、理論教學CAI軟件等，使授課內容、教材、實驗、教學方法綜合配套，以改進教師妁授課手段，加強學生的理解；并使學生體會“try”的樂趣，提高學習興趣、學習效率、實踐動手和解決問題的能力。本教材根據(jù)教育部高等學校計算機科學與技術專業(yè)教學指導分委員會的《高等學校計算機科學與技術本科專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告》中所提出的以“培養(yǎng)規(guī)格分類”為核心思想的計算機專業(yè)發(fā)展建議，以培養(yǎng)應用型人才為目標的“計算機組成原理”課程及其實驗的要求來編寫?！队嬎銠C組成原理與系統(tǒng)結構實驗指導書》是配合主教材《計算機組成原理與系統(tǒng)結構》而編寫的輔助教材。

內容概要

本書是“計算機組成原理”課程、YY—Z02計算機組成原理實驗系統(tǒng)及其主教材《計算機組成原理與系統(tǒng)結構》配套的實驗教材。本書共分八章。第一、二、三、四章主要介紹了實驗系統(tǒng)的軟硬件設計方案、組成原理及其操作使用方法；第五章為配合計算機組成原理課程，設計了十個實驗項目，從運算單元部件實驗、簡單模型機實驗到復雜模型機實驗，由淺入深、循序漸進地使學習者掌握計算機硬件系統(tǒng)的組成及設計實現(xiàn)方法；第六、七章為擴展接口實驗和擴展可編程邏輯設計實驗，目的是使學生更加深入地掌握計算機組成的設計方法；第八章為實驗項目中所用的接線圖以及芯片資料。

作者簡介

包健，女，1962年生，杭州電子科技大學計算機學院教授。2006年被評為第二屆浙江省教學名師。包健教授長期從事計算機科學與技術的教學和研究工作。主講的“計算機組成原理與系統(tǒng)結構”課程提出了“Try”的教學理念，并貫穿于教學內容、教材、實驗設備、實驗內容和方法的設計中，形成了頗具特色的教學、實驗方法，研究與開發(fā)的計算機組成原理實驗系統(tǒng)獲2003年浙江省科學技術三等獎，以該教材及配套的實驗系統(tǒng)為核心的“計算機組成原理與系統(tǒng)結構”課程2007年被評為國家精品課程。主持的“計算機硬件課程教學改革的研究與實踐”項目獲得2005年國家教學成果二等獎。主要研究領域為計算機體系結構、智能控制。近5年來，主持了省部級以上科研項目5項，教學改革項目4項，發(fā)表論文20余篇，獲得浙江省科學技術一等獎1項，二等獎1項，三等獎3項。

書籍目錄

第一章  實驗系統(tǒng)概述  1．1  系統(tǒng)的功能特點  1．2  技術指標第二章  指令系統(tǒng)  2．1  指令格式框架  2．2  尋址方式  2．3  指令系統(tǒng)設計  2．4  程序設計第三章  實驗系統(tǒng)硬件構成  3．1  總框圖及總線概述  3．2  運算器部件    3．2．1  運算器及進位和零標志控制電路    3．2．2  移位器及其控制電路    3．2．3  寄存器部件的組成  3．3  存儲器部件  3．4  輸入輸出單元    3．4．1  輸入單元    3．4．2  輸出單元    3．4．3  手動單元  3．5  中斷控制  3．6  控制器部件    3．6．1  控制器部件的組成    3．6．2  微指令格式    3．6．3  模型機結構舉例    3．6．4  微程序設計第四章  實驗系統(tǒng)基本操作說明  4．1  實驗系統(tǒng)硬件的基本操作  4．2  實驗系統(tǒng)軟件的功能及操作第五章  教學實驗項目  實驗一  算術邏輯運算實驗  實驗二  運算器進位控制實驗  實驗三  移位控制實驗  實驗四  存儲器讀／寫實驗  實驗五  總線數(shù)據(jù)傳送控制實驗  實驗六  微碼的裝入與執(zhí)行  實驗七  簡單模型機設計與實現(xiàn)  實驗八  帶移位功能的模型機設計與實現(xiàn)  實驗九  具有中斷功能的模型機設計與實現(xiàn)  實驗十  復雜模型機的設計與實現(xiàn)第六章  擴展接口實驗  實驗十一  外接并行口實驗  實驗十二  外接定時計數(shù)器實驗第七章  擴展可編程邏輯設計實驗  7．1  可編程邏輯器件簡介  7．2  實驗項目    實驗十三  基于CISC處理器的設計與實現(xiàn)    實驗十四  基于RISC處理器的設計與實現(xiàn)第八章  實驗接線圖及芯片資料  8．1  實驗接線圖  8．2  芯片資料參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：該計算機組成原理實驗系統(tǒng)主要是為配合“計算機組成原理”課程的教學而研制的，擁有豐富的實驗項目，具有良好的使用效果。（1）系統(tǒng)硬件設計合理、可靠，解決了同類實驗儀所存在的時鐘電路產(chǎn)生毛刺的現(xiàn)象和控制信號的競爭冒險；具有對實驗接線錯誤的自動保護功能，使器件不致受損，使用壽命大大超過同類產(chǎn)品。（2）系統(tǒng)硬件組成完備、簡潔，盡量明細指令系統(tǒng)和體系結構，旨在體現(xiàn)計算機基本硬件系統(tǒng)的組成原理；微程序控制器、存儲器、運算器、寄存器、中斷向量、地址、指令譯碼、輸入輸出信號及總線各單元電路排列整齊、清晰；學生在實驗中通過將各單元之間有關的信號線進行連接，理解和掌握各單元的工作原理及整個計算機系統(tǒng)組成原理。（3）實驗系統(tǒng)采用8位指令系統(tǒng)，簡單易學，24位微指令滿足整機對控制信號的需要，且易于編寫，學生可根據(jù)對硬件組成原理的理解自行設計指令系統(tǒng)及其微指令系統(tǒng)。（4）系統(tǒng)提供了強有力的軟件支持，通過采集實驗儀各單元的控制信號和數(shù)據(jù)，使上位機（PC機）可以實時監(jiān)測組成原理實驗儀的工作過程和狀態(tài)，并反映在上位機的各個界面上。學生可通過操作界面來觀察實驗儀的指令運行過程、數(shù)據(jù)流向、信號狀態(tài)和時序波形等，并可在界面上設置、修改、下裝指令碼和微指令碼，可對實驗儀的工作進行單步、連續(xù)、快慢及指定地址執(zhí)行等控制。豐富的軟件功能大大提高了學生學習“計算機組成原理”課程的興趣。（5）在設計組成原理實驗項目時，采取循序漸進的方法引導學生逐漸熟悉和掌握實驗系統(tǒng)的組成原理及功能。首先安排脫機方式實驗，用手動開關給出控制信號來控制運算器、寄存器、存儲器、輸入輸出各單元的運行，通過觀察數(shù)據(jù)燈、地址燈、狀態(tài)燈來了解運行情況，以使學生了解各單元的工作原理。然后，安排聯(lián)機方式，從少數(shù)指令類型設計到全部指令類型設計，逐漸掌握整機部件的工作原理。

編輯推薦

《計算機組成原理與系統(tǒng)結構實驗指導書》為國家精品課程主講教材配套參考書，基于杭州電子科技大學國家級計算機實驗教學示范中心自行研發(fā)的YY-Z02計算機組成原理實驗系統(tǒng)而編寫，可以作為教師教學、學生自學的實驗指導用書?！队嬎銠C組成原理與系統(tǒng)結構實驗指導書》主要通過對計算機各功能部件的組成及運行原理的分析、講解和配套實驗，培養(yǎng)學生對計算機硬件的系統(tǒng)級認知能力基礎。本實驗指導書以及配套的實驗設備、虛擬軟件、CAI課件緊密結合，從課堂授課、實驗案例設計、課內實驗及課外實踐等多個環(huán)節(jié)充分體現(xiàn)“Try”的教學理念，有利于增加學生的學習興趣，提高學生自主學習和動手實踐的能力。國家精品課程主講教材配套參考書教育部高等理工教育教學改革與實踐項目研究成果

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