计算机组成原理实验指导 (2010 年度畅销榜NO.41274 )

本书是《计算机组成原理》的配套实验教材，指导学生完成计算机组成原理的一系列基本实验。实验装置采用清华大学计算机系计算机组成原理实验室于2003年最新研制成功的EC-2003型计算机组成原理实验系统。该实验系统适合于高等职业教育、大学本科的计算机、电子、通信、信息、网络等专业的实践环节的教学需要。
本书主要介绍了E02003实验系统的原理结构，并分章讲解了10个基本实验项目。实验内容紧扣教学大纲，与主讲课程同步，理论联系实际，有利于培养学生的动手能力以及对计算机硬件电路的深入掌握。

第1章整机结构和数据通路
1.1E0-2003硬件系统的基本组成
1.2E0-2003的简化逻辑框图
1.3EC-2003的主要控制信号
1.4思考题

第2章指令系统和汇编语言程序设计
2.1实验目的
2.2实验原理
2.2.1E0-2003指令系统
2.2.2汇编程序设计指导
2.3实验内容
2.3.1正确连续运行EC-2003
2.3.2熟悉EC-2003监控程序的命令
2.3.3运用EC-2003所提供的指令系统进行汇编程序的编写
2.4实验报告要求

第3章运算器实验
3.1实验目的
3.2实验原理
3.2.1Am2901的内部组成
3.2.2Am2901的控制与操作
3.2.3EC-2003实验计算机运算器结构
3.2.4运算器实验
3.3实验步骤
3.3.1联机实验
3.3.Z脱机实验
3.4实验报告要求

第4章内存扩展实验
4.1实验目的
4.2实验原理
4.3实验内容
4.4实验报告要求

第5章微程序控制器实验
5.1实验目的
5.2实验原理
5.2.1概述
5.2.2指令执行流程
5.2.3Am2910简介
5.2.4微指令格式
5.3实验步骤
5.3.1基本实验
5.3.2提高实验
5.4实验报告要求

第6章组合逻辑控制器实验
6.1实验目的
6.2实验原理
6.2.1概述
6.2.2组合逻辑控制器的原理
6.2.3基本指令流程
6.2.4组合逻辑控制器的控制码设计
6.3实验内容
6.3.1用组合逻辑控制器观察单指令流程
6.3.2程序写入ROM连续执行
6.4实验报告要求

第7章多级中断实验
7.1实验目的
7.2实验原理一
7.2.1中断处理流程
7.2.2中断实验接口和原理电路图
7.3实验内容
7.4实验报告要求

第8章I／0接口实验工：串行接口实验
8.1实验目的
8.2实验原理
8.2.1Intel8251的内部结构和外部管脚
8.2.2Intel8251与OPU和外设的连接
8.2.3Intel8251的编程
8.3实验内容
8.3.1初始化Intel8251
8.3.2编写Intel8251输出程序
8.3.3编写Intel8251输入程序
8.3.4综合实验
8.4实验报告要求

第9章I／O接口实验Ⅱ：并行接口实验
9.1实验目的
9.2实验原理
9.2.1并行接[]Intel8255内部结构及外部管[
9.2.2Intel8255的工作方式
9.3实验内容
9.4实验报告要求

第10章I／0接口实验Ⅲ：定时控制接口实验
10.1实验内容
1Q.2实验原理
10.2.1Intel8253功能概述
10.2.2Intel8253内部结构
10.2.3Intel8253的芯片管脚
10.2.4Intel8253的编程
10.2.5Intel8253和CPU的连接
10.3实验内容
10.4实验报告要求

第11章海明码的生成与校验
11.1实验目的
11.2实验原理
11.3实验内容-
11.3.1海明码编码生成
11.3.2海明码检错纠错
11.3.3联机操作
11.4实验报告要求

第12章EC—2003实验系统监控程序
12.1EC—2003监控程序使用手册
12.2监控程序子程序
12.2.1子程序入口地址
12.2.2子程序调用说明
12.3监控程序源代码

附录AEC—2003操作面板图
附录BEC—2003微程序清单
附录CEC—2003指令㈡微地址映射表
附录DEC—2003控制器的控制信号GAL表达式
附录EEC—2003 PC日原理图

本书是《计算机组成原理》课程的配套实验教材。计算机组成原理是计算机专业、网络技术专业和有关信息技术专业的专业基础课程，对于进一步学习操作系统、数据库原理、计算机网络等专业课是非常重要的。对于大多数从事计算机应用和lT技术的工作人员来说也是很有必要的，如果只知其然不知其所以然，则对许多技术问题不能深刻理解，不会灵活运用，发生问题很难去分析解决。 学习计算机组成原理，着重在掌握计算机的基础知识、基本概念和方法。对于大多数计算机应用人员和技术人员来说，学习内容不必过于深奥，不必深入到电路细节中去，但对有关基本组成的内容还是需要认真理解、牢固掌握的。 现代计算机技术发展很快，日新月异。我们必须面对计算机技术飞速发展的现实，既要掌握基础理论和技术，又要了解新的实用知识，跟上时代前进的步伐。因此在内容选材上也要不断更新知识面，从新设备新技术中吸取知识。 学习任何课程都要贯彻理论联系实际的学习方法。让所学的理论在实践活动中得到验证，才能使理论掌握的更牢固；才能不断地发现问题，在实践过程中去分析解决问题；才能使我们的知识在实践过程中巩固、升华、提高。 《计算机组成原理实验指导》是专门为本课程学习配套的实验教材，是根据清华大学计算机系为本课程专门研制的实验系统——EO-2003装置而编写的，该实验系统是在十余年来取得的开发各种型号实验系统经验的基础上研制的。主要特点是：强调基本组成部件工作原理和基本方法；结构设计灵活，通过选件配置增减实验内容；系统设计简练，尽力降低装置造价。各种类型的读者可根据需要，从实际情况出发，选学有关内容。 EC-2003有完整的硬件系统和配套软件。实验教学资料齐全，实验种类多，既可以完成计算机组成原理实验，又可以完成部分微机原理接口实验。它的运算器由位片式Am2901构成，数据线为8位。控制器采用微程序控制器，每条微指令含56位微码，微程序定序器采用Am2910。通过选件也可做组合逻辑控制器实验，用门阵列器件GAL20V8实现。主存由EEPROM28064和RAM6116实现，地址线为16位。EEPROM中装有全机监控程序。串行口由Intel 8251实现，完成计算机实验系统与PO机或终端的通信。主振电路由晶振完成，有单步、连续控制及启停电路。50芯扁平电缆接口，用于做主存扩展以及I／O接口实验，如多级中断嵌套实验，串行接口Intel 8251实验，并行接口Intel 8255实验，定时器Intel 8253的接口实验，以及海明码校验实验；另有62芯插槽，用于连接组合逻辑控制器实验板。 全书分为12章，共介绍了10个基本实验。 第1章强调掌握整机概念，介绍实验计算机的工作过程和工作原理。介绍实验系统EC-2003的整机方案，通过本章的学习，了解计算机各组成部件的作用及相互关系。 第2章介绍实验装置的指令系统、编程方法。通过汇编语言实验和终端操作，掌握汇编语言的编程原理。 第3章是运算器实验。运算器是整个机器的数据处理中心。运算器运算速度对整机性能有决定性的影响。我们选用先进的位片结构，采用双端口通用寄存器和先行进位方案，通过移位线路使机器在一拍之内完成一次加法和移位操作，大大提高了运算速度。采用位片结构，可以灵活地扩展机器字长。 第4章为存储器实验。采用大规模集成电路的半导体存储器是主存发展的必然方向。主存技术的发展永远赶不上用户对速度和容量上无止境的要求。本实验安排做扩充主存容量的实验。 微程序控制器和组合逻辑控制器是两种典型的控制器方案，各有独特之处。我们分成两个实验，让实验者亲手验证两种控制器的工作原理。 第5章介绍微程序控制器实验。微程序控制器结构整齐，扩充灵活，为多数计算机所采用。通过微指令系统和微程序设计方法介绍，对计算机的层次结构概念更加清楚。微程序控制方案为用户扩展新的机器指令提供支持，而不需对机器作很大的改动。 第6章为组合逻辑控制器实验。组合逻辑控制器直接采用各种门电路生成指令执行时所需的各种控制命令，线路虽然比较复杂，但速度较快，是微程序控制器无法比拟的。因此在一些高速的实时控制计算机中和精简指令计算机RISC中得到广泛应用。本实验采用新的方案研制操作控制部件，通过可编程阵列逻辑电路生成各种控制命令，虽然不要学生掌握门阵列电路设计方法，但是了解这种电路是很有益的。 第7章为中断实验。中断技术在现代计算机中占据非常重要的位置。无论是软硬件故障引起的中断需要及时处理，或是I／O的输入输出请求希望能得到及时响应，而又不过多影响CPU的工作，还有多机的通信、实时控制、分时系统的切换都离不开中断。多级中断嵌套也是中断系统应该解决的。 在输入输出实验中，我们强调I／O接口实验。本系统中安排了串行接口实验、并行接口实验和定时控制接口实验。在第8章、第9章、第10章中分别作了介绍。掌握接口原理，对从事计算机应用系统工作的读者是很有帮助的。 计算机的可靠性也是人们特别关注的问题。解决这个难题除采用可靠的电路器件，选择可靠性比较高的结构设计方案外，采用适当的校验码编码技术，也是行之有效的。我们专门增加了一个海明码硬件实验，在第11章中作了介绍，相信对关心信息传送可靠性技术的读者会有帮助。 上面介绍的10个实验，对于不同程度、不同要求的学员，可以从实际出发，选作不同实验。 第12章介绍了EC-2003实验系统监控程序。 本书附录中提供指令和微程序入口地址映射表、微程序清单，可供读者深入学习有关组成原理时使用。附录中还提供PCB原理图、控制器控制信号GAL逻辑表达式，供进一步学习有关内容或从事维护检修的老师们参考。 我们的一切教学活动除了强调传授知识外，还要强调培养能力。知识是无法遗传的，传授前人总结的理性知识当然是重要的，但要求在学校里教给学生够用一辈子的知识是不可能的。这就要求还要教给学生获取知识的能力，甚至把培养能力看得更重要。能力是一个广泛的概念，包括观察力、想像力、思考力、自学能力、分析问题和解决问题的能力、计算能力、实验能力、设计能力、管理能力等。能力的培养不是一朝一夕就能完成的，需要通过各种活动来进行，特别是通过各种实践性的教学环节来进行。教学实验是有效的、现实的培养途径，既可以验证书本上的理论知识，又可以综合地训练学生完成一项实验需要的各种能力。教学实验环节绝不是可有可无的，要在思想上引起足够的重视。 最后还要说明的是，研制计算机组成原理实验系统和编写实验指导得到了清华大学计算机系汤志忠教授的关心和帮助。清华大学出版社给予了大力的支持，特此感谢。 作者 2004年8月于清华园