计算机硬件基础课实验教程

第1章 实验教学的作用和目标 1
1.1 实验教学的作用 1
1.2 实验教学的内容和水平 1
1.3 教学实验的目标 2
第2章 《数字逻辑与数字系统》实验 5
2.1 TDS-2数字电路实验系统 5
2.1.1 TDS-2实验系统的性能特点 5
2.1.2 TDS-2实验系统的基本组成 6
2.2 数字逻辑实验基本知识 11
2.2.1 数字集成电路 11
2.2.2 数字波形 12
2.2.3 数字电路测试及故障查找、排除 14
2.3 基本逻辑门实验 15
2.3.1 实验目的 15
2.3.2 实验所用器件和设备 15
2.3.3 实验内容 16
2.3.4 实验提示 16
2.3.5 实验报告要求 16
2.4 三态门实验 16
2.4.1 实验目的 16
2.4.2 实验所用器件和设备 17
2.4.3 实验内容 17
2.4.4 实验提示 17
2.4.5 实验报告要求 17
2.5 数据选择器和译码器实验 18
2.5.1 实验目的 18
2.5.2 实验所用器件和设备 18
2.5.3 实验内容 18
2.5.4 实验报告要求 18
2.6 全加器实验 19
2.6.1 实验目的 19
2.6.2 实验所用器件和设备 19
2.6.3 实验内容 19
2.6.4 实验提示 20
2.6.5 实验报告要求 20
2.7 组合逻辑中的冒险现象实验* 20
2.7.1 实验目的 20
2.7.2 实验所用器件和设备 20
2.7.3 实验内容 20
2.7.4 实验报告要求 21
2.8 触发器实验 21
2.8.1 实验目的 21
2.8.2 实验所用器件和设备 21
2.8.3 实验内容 21
2.8.4 实验提示 22
2.8.5 实验报告要求 22
2.9 简单时序电路实验 22
2.9.1 实验目的 22
2.9.2 实验所用器件和设备 22
2.9.3 实验内容 23
2.9.4 实验提示 24
2.9.5 实验报告要求 24
2.10 计数器实验 24
2.10.1 实验目的 24
2.10.2 实验说明 25
2.10.3 实验所用器件和设备 25
2.10.4 实验内容 25
2.10.5 实验报告要求 25
2.11 四相时钟分配器* 26
2.11.1 实验目的 26
2.11.2 实验所用器件和设备 26
2.11.3 实验内容 26
2.11.4 实验提示 27
2.11.5 实验报告要求 27
2.12 通用逻辑阵列(GAL)实验 27
2.12.1 实验目的 27
2.12.2 实验所用器件和设备 28
2.12.3 实验内容 28
2.12.4 实验报告要求 28
2.13 在系统编程实验（1） 29
2.13.1 实验目的 29
2.13.2 实验所用的器件和设备 29
2.13.3 实验内容 30
2.3.13 实验报告要求 30
2.14 在系统编程实验（2） 30
2.14.1 实验目的 30
2.14.2 实验所用的器件和设备 30
2.14.3 实验内容 31
2.14.4 实验报告要求 31
2.15 课题一 简易电子琴 32
2.15.1 实验目的 32
2.15.2 实验所用器件和仪表 32
2.15.3 实验内容 32
2.15.4 实验提示 32
2.15.5 实验报告要求 33
2.16 课题二 简易频率计 33
2.16.1 实验目的 33
2.16.2 实验所用器件和设备 33
2.16.3 实验内容 33
2.16.4 实验提示 34
2.16.5 实验报告要求 34
2.17 课题三 交通控制灯 34
2.17.1 实验目的 34
2.17.2 实验所用器件和设备 34
2.17.3 实验内容 35
2.17.4 实验提示 35
2.17.5 实验报告要求 35
2.18 课题四 电子钟 36
2.18.1 实验目的 36
2.18.2 实验所用器件和设备 36
2.18.3 实验内容 36
2.18.4 实验报告要求 36
2.19 课题五 自动打铃系统* 37
2.19.1 设计任务 37
2.19.2 设计要求 37
2.19.3 评分标准 38
2.19.4 说明 38
2.20 TEC-5 数字逻辑与计算机组成实验系统 38
2.20.1 《数字逻辑与数字系统》实验区 39
2.20.2 《数字逻辑与数字系统》实验教学内容 40
第3章 EDA工具入门 41
3.1 ispEXPERT使用概述 41
3.1.1 项目导航器 41
3.1.2 可编程器件设计步骤 43
3.2 建立由ABEL-HDL源文件组成的设计 44
3.3 建立由原理图源文件组成的设计 48
3.3.1 进入原理图设计环境 48
3.3.2 安放元件 49
3.3.3 连线 50
3.3.4 自定义元件模块 53
3.4 混合设计及层次导航 55
3.4.1 选择自定义元件的源文件形式 55
3.4.2 层次导航 56
3.5 编译、模拟与器件适配 56
3.5.1 文件编译 56
3.5.2 连接和器件适配 57
3.5.3 模拟 57
3.6 下载 60
第4章 TEC-5数字逻辑和计算机组成实验系统 63
4.1 TEC-5实验系统的特点和组成 63
4.1.1 TEC-5实验系统的特点 63
4.1.2 TEC-5实验系统的组成 64
4.2 运算器组成实验 74
4.2.1 实验目的 74
4.2.2 实验电路 74
4.2.3 实验设备 75
4.2.4 实验任务 76
4.2.5 实验要求 76
4.2.6 实验步骤和实验结果 76
4.3 双端口存储器原理实验 78
4.3.1 实验目的 78
4.3.2 实验电路 79
4.3.3 实验设备 80
4.3.4 实验任务 80
4.3.5 实验要求 81
4.3.6 实验步骤及结果 81
4.4 数据通路组成实验 82
4.4.1 实验目的 82
4.4.2 实验电路 83
4.4.3 实验设备 84
4.4.4 故障的分析与排除 84
4.4.5 实验任务 85
4.4.6 实验要求 85
4.4.7 实验步骤及结果 86
4.5 微程序控制器组成实验 87
4.5.1 实验目的 87
4.5.2 实验电路 88
4.5.3 机器指令与微程序 91
4.5.4 实验设备 95
4.5.5 实验任务 96
4.5.6 实验要求 96
4.5.7 实验步骤和实验结果 96
4.6 CPU组成与指令周期实验 101
4.6.1 实验目的 101
4.6.2 实验电路 101
4.6.3 实验设备 101
4.6.4 实验任务 101
4.6.5 实验要求 103
4.6.6 实验步骤和实验结果 103
4.7 采用硬连线控制器的顺序模型计算机设计与调试（课程设计） 107
4.7.1 教学目的、任务与实验设备 107
4.7.2 数据格式和指令系统 108
4.7.3 总体设计 109
4.7.4 硬连线控制器的设计特点 109
4.7.5 组装与调试 111
4.7.6 参考设计方案 112
第5章 TEC-4计算机组成与体系结构实验系统 117
5.1 TEC-4 实验系统的特点和组成 117
5.1.1 TEC-4实验系统特点 117
5.1.2 TEC-4实验系统的组成 118
5.2 运算器组成实验 128
5.2.1 实验目的 128
5.2.2 实验电路 128
5.2.3 实验设备 130
5.2.4 实验任务 130
5.2.5 实验要求 131
5.3 双端口存储器原理实验 131
5.3.1 实验目的 131
5.3.2 实验电路 131
5.3.3 实验设备 133
5.3.4 实验任务 133
5.3.5 实验要求 134
5.4 数据通路组成实验 134
5.4.1 实验目的 134
5.4.2 实验电路 135
5.4.3 实验设备 135
5.4.4 实验任务 137
5.4.5 实验要求 137
5.5 微程序控制器组成实验 138
5.5.1 实验目的 138
5.5.2 实验电路 138
5.5.3 机器指令与微程序 141
5.5.4 实验设备 144
5.5.5 实验任务 144
5.5.6 实验要求 145
5.6 CPU组成与指令周期实验 145
5.6.1 实验目的 145
5.6.2 实验电路 146
5.6.3 实验设备 146
5.6.4 实验任务 146
5.6.5 实验要求 147
5.7 中断原理实验 148
5.7.1 实验目的 148
5.7.2 实验电路 148
5.7.3 中断的检测、执行和返回过程 149
5.7.4 实验设备 149
5.7.5 实验任务 150
5.7.6 实验要求 150
5.8 采用硬连线控制器的顺序模型计算机设计与调试 151
5.8.1 教学目的、任务与实验设备 151
5.8.2 数据格式和指令系统 152
5.8.3 总体设计 152
5.8.4 硬连线控制器的设计特点 152
5.8.5 组装与调试 155
第6章 研究性实验课题 157
6.1 阵列乘法器设计实验 157
6.1.1 教学目的 157
6.1.2 设计与调试任务 157
6.1.3 实验设备 157
6.2 多功能ALU设计实验 159
6.2.1 教学目的 159
6.2.2 设计与调试任务 159
6.2.3 实验设备 159
6.3 采用微程序控制器的流水模型计算机设计 161
6.3.1 教学目的 161
6.3.2 时间安排 161
6.3.3 设计与调试任务 161
6.4.4 实验设备 162
6.4 采用硬连线控制器的流水模型计算机设计 165
6.4.1 教学目的 165
6.4.2 时间安排 166
6.4.3 设计与调试任务 166
6.4.4 实验设备 166
参考文献 168