计算机组成实验指导书

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...............................................4

第二章实验项目...................................................6

2.1算术逻辑运算单元实验......................................6

实验一不带进位位逻辑或运算实验..............................8

实验二不带进位位加法运算实验................................9

2.2通用寄存器单元实验........................................11

实验一数据输入通用寄存器....................................13

实验二寄存器内容无进位位左移实验............................13

实验三寄存器内容无进位位右移实验............................14

2.3进位控制、通用寄存器判零实验..............................15

实验一算术逻辑单元带进位位的加法运算实验....................17

实验二带进位移位实验........................................18

2.4存储器和总线实验..........................................20

实验一存储器的写操作........................................22

实验二读存储器的数据到总线上................................22

2.5堆栈寄存器实验............................................23

实验一对4个寄存器进行写入操作.............................25

实验二对4个寄存器进行读出操作.............................26

2.6微程序控制单元实验........................................26

实验一微地址打入操作........................................29

实验二微地址+1操作.........................................30

2.7指令部件模块实验..........................................30

实验一PC计数器置数.........................................34

实验二PC计数器加1...................................................................................34

实验三置当前指令寄存器......................................34

2.8时序与启停实验............................................35

2.9模型机的总体设计..........................................38

第三章综合实验的调试............................................48

3.1实验目的..................................................48

3.2实验连线..................................................48

3.3指令系统..................................................49

3.4微指令表..................................................51

3.5程序调试..................................................54

实验一实现普通的加、减法指令................................54

实验二带进位运算的模型机....................................57

第四章驻机键盘和液晶显示器的使用方式............................63

4.1键盘定义..................................................63

4.2操作方法..................................................64

第五章HKCPT软件简介和安装....................................67

5.1HKCPT性能特点..........................................67

5.2软件安装和卸载............................................67

5.3HKCPT软件界面介绍......................................68

5.4菜单介绍..................................................69

5.5HKCPT实验仪操作指南....................................76

附录1HKCPT微指令序列表...................................79

附录2HKCPT软件热键表.....................................80

附录3HKCPT常用集成电路引出端功能图.......................81

注意事项：

在做单元模块实验前，务必先将CPT-A总线上短8芯扁平电缆及CPT-B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）中的查看一刷新菜单来观察各寄存器当前值。

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

中

的系统，这样可大大减轻实验指导教师

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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（CPT-A）,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（CPT-B）,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

2.1.3.1ALU单元实验构成（如图277）

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。

3、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。

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ALU单元的工作原理（如图27-2）

数据输入锁存器DR1的EDR1为低电平，并且DICK有上升沿时，把来自

数据总线的数据打入锁存器DR1。同样使EDR2为低电平、D2CK有上升沿时把

数据总线上的数据打入数据锁存器DR2o

算术逻辑运算单元的核心是由2片74LS181组成，它可以进行2个8位二

进制数的算术逻辑运算，74LS181的各种工作方式可通过设置其控制信号来实现

（SO、SI、S2、S3、M、CN）0当实验者正确设置了74LS181的各个控制信号，

74LS181会运算数据锁存器DR1、DR2内的数据。由于DR1、DR2已经把数据

锁存，只要74LS181的控制信号不变，那么74LS181的输出数据也不会发生改

变。

输出缓冲器采用74LS244,当控制信号ALU-0为低电平时，74LS244导通,

把74LS181的运算结果输出到数据总线；当ALU-0为高电平时，74LS244的输

出为高阻。

2.1.3.3控制信号说明

信号名称作用有效电平

EDR1选通DR1寄存器低电平有效

EDR2选通DR2寄存器低电平有效

DICKDR1寄存器工作脉冲上升沿有效

D2CKDR2寄存器工作脉冲上升沿有效

SO-S374LS181工作方式选择见附表

M选择逻辑或算术运算高电平为逻辑运算，低电平为算术运算

CN有无进位输入高电平有效

CCK进位寄存器的工作脉冲上升沿有效

ALU-074LS181计算结果输出至总线低电平有效

2.1.4实验步骤

实验一：不带进位位逻辑或运算实验

把ALU-IN（8芯的盒型插座）与CPT-B板上的二进制开关单元中J01插座

相连（对应二进制开关H16〜H23）,把ALU-OUT（8芯的盒型插座）与数据总线

上的DJ2相连。

把D1CK和D2CK用连线连到脉冲单元的PLS1上，把EDR1、EDR2、ALU-0、

SO、SI、S2、S3、CN、M接入二进制开关（请按下表接线）。

控制信号接入开关位号

DICKPLS1