本書主要講述運(yùn)算器、存儲系統(tǒng)、控制器、系統(tǒng)總線與總線接口、模型計算機(jī)、輸入輸出系統(tǒng)、精簡指令系統(tǒng)計算機(jī)、重疊處理機(jī)、流水線處理機(jī)等實(shí)驗(yàn)(實(shí)踐)內(nèi)容。全書分為九章:第一章到第三章為部件實(shí)驗(yàn),研究組成計算機(jī)的每個部件的工作原理及設(shè)計方法;第四章為計算機(jī)系統(tǒng)總線設(shè)計實(shí)驗(yàn),提供了具有基本輸入輸出功能的總線接口實(shí)驗(yàn)和具有中斷、DMA功能的總線接口設(shè)計實(shí)驗(yàn)。第五章為模型計算機(jī)設(shè)計實(shí)驗(yàn),通過對幾種不同復(fù)雜程度的模型計算機(jī)的設(shè)計,來研究計算機(jī)各部件是如何來配合工作的,并掌握設(shè)計一個計算機(jī)系統(tǒng)的方法。第六章為輸入輸出系統(tǒng)擴(kuò)展實(shí)驗(yàn),通過對模型機(jī)的擴(kuò)展設(shè)計,使之擁有中斷、DMA等功能,并通過對定時計數(shù)器8253的擴(kuò)展及編程,使學(xué)生熟悉并掌握典型接口芯片的擴(kuò)展應(yīng)用。第七章為精簡指令系統(tǒng)模型機(jī)設(shè)計實(shí)驗(yàn),通過CISC和RISC的比較說明當(dāng)今主流的計算機(jī)指令系統(tǒng)及其設(shè)計方法。第八章為重疊模型機(jī)設(shè)計實(shí)驗(yàn),通過在CISC模型機(jī)的基礎(chǔ)上增加指令預(yù)取功能構(gòu)建模型機(jī)來說明重疊的思想。第九章為流水模型機(jī)設(shè)計實(shí)驗(yàn),通過具體的流水模型機(jī)設(shè)計體現(xiàn)當(dāng)今主流機(jī)器的設(shè)計方法。
書中所含實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目豐富,內(nèi)容完善,各學(xué)校可以根據(jù)自己的教學(xué)計劃和教學(xué)特點(diǎn)選取教學(xué)內(nèi)容。例如:對于書中應(yīng)用大規(guī)?删幊踢壿嬈骷﨏PLD的章節(jié),需要讀者具有CPLD器件及其設(shè)計方法等方面的基礎(chǔ)知識,可以作為EDA在模型機(jī)設(shè)計應(yīng)用中的參考教程;對于沒有學(xué)習(xí)過“計算機(jī)接口技術(shù)”課程內(nèi)容的學(xué)生,可以通過第4章和第6章對系統(tǒng)總線的介紹和外圍接口芯片的擴(kuò)展應(yīng)用部分來學(xué)習(xí)。
本書是與“計算機(jī)組成原理”和“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相配套的實(shí)驗(yàn)教程,采用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是西安唐都科教儀器公司研發(fā)、生產(chǎn)的TDCMA實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。
全書分為9章,其中第1章到第6章為“計算機(jī)組成原理”實(shí)驗(yàn):
第1章到第3章為部件實(shí)驗(yàn),研究組成計算機(jī)的每個部件的工作原理及設(shè)計方法;
第4章為計算機(jī)系統(tǒng)總線設(shè)計實(shí)驗(yàn),提供了具有基本輸入輸出功能的總線接口實(shí)驗(yàn)和具有中斷、DMA功能的總線接口設(shè)計實(shí)驗(yàn);第5章為模型計算機(jī)設(shè)計實(shí)驗(yàn),通過對幾種復(fù)雜程度不同的模型計算機(jī)的設(shè)計,來研究計算機(jī)各部件是如何配合工作的,并掌握設(shè)計一個計算機(jī)系統(tǒng)的方法;第6章為輸入輸出系統(tǒng)擴(kuò)展實(shí)驗(yàn),通過對模型機(jī)的擴(kuò)展設(shè)計,使之擁有中斷、DMA等功能,并通過對定時計數(shù)器8253的擴(kuò)展及編程,使學(xué)生熟悉并掌握典型接口芯片的擴(kuò)展應(yīng)用。
第7章到第9章為“計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”實(shí)驗(yàn),可作為“計算機(jī)組成原理”探索型實(shí)驗(yàn)或課程設(shè)計內(nèi)容:
第7章為精簡指令系統(tǒng)計算機(jī)設(shè)計實(shí)驗(yàn),通過CISC和RISC的比較,說明當(dāng)今主流的計算機(jī)指令系統(tǒng)及其設(shè)計方法;
第8章為重疊處理機(jī)設(shè)計實(shí)驗(yàn),通過在CISC模型機(jī)的基礎(chǔ)上增加指令預(yù)取功能來構(gòu)建模型機(jī),說明重疊的思想;
第9章為流水線處理機(jī)設(shè)計實(shí)驗(yàn),通過具體的流水線處理機(jī)設(shè)計來體現(xiàn)當(dāng)今主流機(jī)器的設(shè)計方法。
附錄部分為該系統(tǒng)的用戶手冊,主要介紹軟硬件的安裝配置以及微程序流程圖編程方法。
書中所含實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目豐富,內(nèi)容完善,各學(xué)?梢愿鶕(jù)自己的教學(xué)計劃和教學(xué)特點(diǎn)選取教學(xué)內(nèi)容。例如:對于書中應(yīng)用大規(guī)?删幊踢壿嬈骷﨏PLD的章節(jié),需要讀者具有CPLD器件及其設(shè)計方法等方面的基礎(chǔ)知識,可以作為EDA在模型機(jī)設(shè)計應(yīng)用中的參考教程;對于沒有學(xué)習(xí)過“計算機(jī)接口技術(shù)”課程內(nèi)容的學(xué)生,可以通過第4章和第6章對系統(tǒng)總線的介紹和外圍接口芯片的擴(kuò)展應(yīng)用部分來學(xué)習(xí)。
本書由武漢華夏理工學(xué)院田夏利、熊瑩擔(dān)任主編,由哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院李濤、武漢華夏理工學(xué)院汪汝和劉琳琳、大連工業(yè)大學(xué)藝術(shù)與信息工程學(xué)院王文娟、大連科技學(xué)院姜尚擔(dān)任副主編。ziu后由田夏利審核并統(tǒng)稿。
由于編者水平有限,加上計算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展,新的理念和技術(shù)層出不窮,在本書中會存在一些問題和錯誤,懇請廣大讀者批評指正(Email:hustpeiit@163.com)。
編者
2017年4月
第1章運(yùn)算器1
1.1基本運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)1
1.2超前進(jìn)位加法器設(shè)計實(shí)驗(yàn)6
1.3陣列乘法器設(shè)計實(shí)驗(yàn)12
第2章存儲系統(tǒng)14
2.1靜態(tài)隨機(jī)存儲器實(shí)驗(yàn)14
2.2Cache控制器設(shè)計實(shí)驗(yàn)18
第3章控制器24
3.1時序發(fā)生器設(shè)計實(shí)驗(yàn)24
3.2微程序控制器實(shí)驗(yàn)26
第4章系統(tǒng)總線與總線接口37
4.1系統(tǒng)總線和具有基本輸入輸出功能的總線接口實(shí)驗(yàn)37
4.2具有中斷控制功能的總線接口實(shí)驗(yàn)41
4.3具有DMA控制功能的總線接口實(shí)驗(yàn)43
第5章模型計算機(jī)46
5.1CPU與簡單模型機(jī)設(shè)計實(shí)驗(yàn)46
5.2硬布線控制器模型機(jī)設(shè)計實(shí)驗(yàn)53
5.3復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計實(shí)驗(yàn)56
第6章輸入輸出系統(tǒng)71
6.1帶中斷處理能力的模型機(jī)設(shè)計實(shí)驗(yàn)71
6.2帶DMA控制功能的模型機(jī)設(shè)計實(shí)驗(yàn)85
6.3典型I/O接口8253擴(kuò)展設(shè)計實(shí)驗(yàn)92
第7章精簡指令系統(tǒng)計算機(jī)97
7.1計算機(jī)的指令系統(tǒng)97
7.2基于RISC技術(shù)的模型計算機(jī)設(shè)計實(shí)驗(yàn)99
第8章重疊處理機(jī)105
8.1重疊的基本原理和思想105
8.2基于重疊技術(shù)的模型計算機(jī)設(shè)計實(shí)驗(yàn)106
第9章流水線處理機(jī)117
9.1流水線的原理及基本思想117
9.2基于流水技術(shù)的模型計算機(jī)設(shè)計實(shí)驗(yàn)119
附錄125
附錄ATDCMA系統(tǒng)概述125
A.1系統(tǒng)功能及特點(diǎn)125
A.2系統(tǒng)構(gòu)成128
附錄BTDCMA系統(tǒng)的配置與安裝128
B.1系統(tǒng)的配置128
B.2系統(tǒng)的安裝129
附錄CTDCMA系統(tǒng)硬件環(huán)境130
C.1系統(tǒng)硬件布局圖130
C.2系統(tǒng)電源131
C.3系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)單元電路132
C.4注意事項(xiàng)146
附錄DTDCMA系統(tǒng)集成操作軟件146
D.1與PC聯(lián)機(jī)說明146
D.2軟件操作說明147
附錄ETDCMA系統(tǒng)常見故障的分析及處理154
附錄F微程序流程圖編程方法154