計算機硬件實驗教程

目錄第1 章 數(shù)字電路實驗基礎(chǔ) 11.1 實驗環(huán)節(jié) 11.1.1 實驗預習 11.1.2 實驗過程 11.1.3 實驗中常見問題及解決 21.1.4 實驗報告 41.2 實驗器械 41.2.1 TDS -4 型數(shù)字系統(tǒng)綜合實驗平臺簡介 51.2.2 示波器簡介 7第2 章 門電路和組合邏輯電路 92.1 門電路特性研究實驗 92.1.1 實驗目的 92.1.2 實驗器件 92.1.3 實驗要求 92.1.4 實驗原理 102.1.5 實驗預習 112.1.6 實驗過程及結(jié)果分析 112.1.7 實驗報告及思考題 122.1.8 擴展實驗及思考 122.2 組合邏輯電路實驗———譯碼器與編碼器的設(shè)計 122.2.1 實驗目的 132.2.2 實驗要求 132.2.3 實驗原理 132.2.4 實驗預習 142.2.5 實驗過程及結(jié)果分析 142.2.6 實驗報告及思考題 152.2.7 擴展實驗 152.3 組合邏輯電路實驗———數(shù)據(jù)選擇器的設(shè)計 152.3.1 實驗目的 152.3.2 實驗要求 152.3.3 實驗原理 162.3.4 實驗預習 162.3.5 實驗過程及結(jié)果分析 162.3.6 實驗報告及思考題 162.3.7 擴展實驗 162.4 組合邏輯電路實驗———運算部件的設(shè)計 162.4.1 實驗目的 172.4.2 實驗要求 172.4.3 實驗原理 172.4.4 實驗預習 192.4.5 實驗過程及結(jié)果分析 192.4.6 實驗報告及思考題 202.4.7 擴展實驗 20第3 章 時序邏輯電路 213.1 觸發(fā)器實驗 213.1.1 實驗目的 213.1.2 實驗要求 213.1.3 基礎(chǔ)知識 223.1.4 實驗預習 243.1.5 實驗過程及結(jié)果分析 243.1.6 實驗報告及思考題 253.2 寄存器及寄存器組的設(shè)計 253.2.1 實驗目的 253.2.2 實驗要求 253.2.3 實驗原理 253.2.4 實驗預習 263.2.5 實驗過程及結(jié)果分析 263.2.6 實驗報告及思考題 263.2.7 擴展實驗 263.3 計數(shù)器/ 定時器的設(shè)計 283.3.1 實驗目的 283.3.2 實驗要求 283.3.3 實驗原理 293.3.4 實驗預習 293.3.5 實驗過程 303.3.6 實驗報告及思考題 313.3.7 擴展實驗 313.4 狀態(tài)機實驗 313.4.1 實驗目的 323.4.2 實驗要求 323.4.3 實驗原理 323.4.4 實驗預習 353.4.5 實驗過程 363.4.6 實驗報告與思考 363.4.7 擴展實驗 36第4 章 數(shù)字邏輯綜合課程設(shè)計 384.1 課程設(shè)計要求 384.1.1 課程設(shè)計內(nèi)容 384.1.2 課程設(shè)計過程 394.2 課程設(shè)計舉例 394.2.1 霓虹燈顯示系統(tǒng)的設(shè)計 394.2.2 電梯模擬系統(tǒng)的設(shè)計 424.2.3 洗衣機控制系統(tǒng)的設(shè)計 444.2.4 超市自動存包系統(tǒng)的設(shè)計 444.2.5 汽車尾燈控制系統(tǒng)的設(shè)計 454.3 參考題目 45第5 章 運算器實驗 465.1 算術(shù)邏輯運算單元(ALU) 實驗 465.1.1 實驗目的 465.1.2 實驗要求 465.1.3 實驗原理 465.1.4 實驗預習 485.1.5 實驗過程及結(jié)果分析 485.1.6 實驗報告及思考題 485.1.7 擴展實驗及思考 495.2 運算器構(gòu)成實驗 505.2.1 實驗目的 515.2.2 實驗要求 515.2.3 實驗原理 525.2.4 實驗預習 525.2.5 實驗過程及結(jié)果分析 535.2.6 實驗報告及思考題 535.2.7 擴展實驗 53第6 章 控制器的設(shè)計 546.1 組合邏輯控制器實驗 546.1.1 實驗目的 546.1.2 實驗內(nèi)容與要求 546.1.3 實驗原理 586.1.4 實驗預習 626.1.5 實驗過程及結(jié)果分析 636.1.6 實驗報告及思考題 636.1.7 擴展實驗 636.2 微程序控制器實驗 636.2.1 實驗目的 636.2.2 實驗要求 636.2.3 實驗原理 646.2.4 實驗預習 686.2.5 實驗過程及結(jié)果分析 696.2.6 實驗報告及思考題 69第7 章 存儲部件實驗 707.1 只讀存儲器ROM 實驗 707.1.1 實驗目的 707.1.2 實驗要求 707.1.3 實驗原理 707.1.4 實驗預習 717.1.5 實驗過程及結(jié)果分析 717.1.6 實驗報告及思考題 757.2 隨機存取存儲器RAM 實驗 757.2.1 實驗目的 757.2.2 實驗要求 767.2.3 實驗原理 767.2.4 實驗預習 767.2.5 實驗過程及結(jié)果分析 777.2.6 實驗報告及思考題 777.3 FIFO 定制與讀/ 寫實驗 777.3.1 實驗目的 777.3.2 實驗要求 777.3.3 實驗原理 777.3.4 實驗預習 787.3.5 實驗過程 787.3.6 實驗報告及思考題 78第8 章 基本CPU 設(shè)計 798.1 模型機的基本框架 798.2 CPU 的設(shè)計規(guī)范 818.2.1 CPU 設(shè)計步驟 818.2.2 指令系統(tǒng)設(shè)計 828.2.3 確定總體結(jié)構(gòu) 848.2.4 設(shè)計狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 858.2.5 形成控制邏輯及完成各部件連接 858.3 16位單周期CPU 設(shè)計 858.3.1 指令系統(tǒng)設(shè)計 858.3.2 確定總體結(jié)構(gòu) 868.3.3 形成控制邏輯 918.4 16位變長指令集的多周期CPU 設(shè)計 978.4.1 指令系統(tǒng)設(shè)計 978.4.2 構(gòu)建數(shù)據(jù)通路 988.4.3 設(shè)計狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 1078.4.4 形式控制邏輯 1168.4.5 完成各部件的連接 1178.5 精簡指令集的多周期CPU 設(shè)計 1178.5.1 指令系統(tǒng)設(shè)計 1178.5.2 數(shù)據(jù)通路設(shè)計 1188.5.3 設(shè)計狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 1208.5.4 形成控制邏輯并完成部件連接 1248.6 CPU 的測試及應(yīng)用程序編寫 1248.6.1 CPU 的時序仿真與實現(xiàn) 1248.6.2 應(yīng)用程序設(shè)計 1248.7 16 位CPU 的設(shè)計與實現(xiàn)實驗 1248.7.1 實驗目的 1248.7.2 實驗要求 1258.7.3 實驗原理 1258.7.4 實驗預習 1258.7.5 實驗過程 1258.7.6 實驗報告及思考題 125第9 章 流水線CPU 的設(shè)計 1269.1 經(jīng)典的5 段流水線 1269.2 相關(guān) 1289.2.1 數(shù)據(jù)相關(guān) 1289.2.2 名相關(guān) 1289.2.3 控制相關(guān) 1299.3 流水線沖突 1299.3.1 結(jié)構(gòu)沖突 1299.3.2 數(shù)據(jù)沖突 1329.3.3 控制沖突 1379.4 流水線的實現(xiàn) 1419.4.1 基本數(shù)據(jù)通路 1419.4.2 改進的數(shù)據(jù)通路 1449.4.3 指令流程和微命令序列 1609.4.4 形成控制邏輯 1619.4.5 完成各部件的連接 161附錄A 實驗用芯片邏輯圖與真值表 164附錄B VHDL 入門與典型程序 170附錄C Quartus 域安裝及使用指南 209參考文獻 230