醉染图书基于Proteus的计算机系统实验教程9787111570431

出版说明
前言
章数字逻辑实验
1.1触发器与寄存器实验
1.1.1实验概述
1.1.2总线通路
1.1.3触发器
1.1.4寄存器
1.1.5实验步骤
1.1.6思考题
1.2逻辑门与算术电路实验
1.2.1实验概述
1.2.2逻辑门
1..算术电路
1.2.4串行进位加法器
1.2.5并行进位加法器
1.2.6实验步骤
1.2.7思考题
1.3组合逻辑电路实验
1.3.1实验概述
1.3.2译码器
1.3.3编码器
1.3.4数据选择器
1.3.5奇偶校验电路
1.3.6实验步骤
1.3.7思考题
1.4数据比较器和仲裁器电路实验
1.4.1实验概述
1.4.2数据比较器
1.4.3仲裁器
1.4.4实验步骤
1.4.5思考题
1.5时序逻辑电路实验
1.5.1实验概述
1.5.2器原理
1.5.3异／同步器
1.5.4加法／减法器
1.5.5任意进制器
1.5.6钟
1.5.7实验步骤
1.5.8思考题
第2章计算机组成原理实验
2.1状态机实验
2.1.1实验概述
2.1.2状态机原理
2.1.3环形器
2.1.4扭环器
2.1.5状态机示例：交通灯
2.1.6实验步骤
2.1.7思考题
2.2运算器实验
2.2.1实验概述
2.2.2算术逻辑运算器74LS181
2..串行乘法运算
2.2.4实验步骤
2.2.5思考题
.存储器实验
..1实验概述
..2存储器电路
..ROM批量导入数据的技巧
..4实验步骤
..5思考题
2.4微程序控制器实验
2.4.1实验概述
2.4.2数据通路
2.4.3微程序原理
2.4.4微程序控制器
2.4.5时序发生器
2.4.6实验步骤
2.4.7思考题
2.5硬布线控制器实验
2.5.1实验概述
2.5.2单周期硬布线控制器
2.5.3多周期硬布线控制器
2.5.4实验步骤
2.5.5思考题
第3章计算机体系结构实验
3.1微程序CPU实验
3.1.1实验概述
3.1.2CPU指令集
3.1.3微程序CPU架构
3.1.4时序电路（CLOCK）
3.1.5微程序控制器（CONTROLLER）
3.1.6取指及中断处理过程
3.1.7寄存器及I／O操作指令
3.1.8存储器及堆栈操作指令
3.1.9跳转系列指令
3.1.10算术逻辑运算系列指令
3.1.11实验步骤
3.1.12思考题
3.2硬布线CPU实验
3.2.1实验概述
3.2.2硬布线CPU架构
3..硬布线CPU的控制器
3.2.4硬布线CPU的状态机流程图
3.2.5实验步骤
3.2.6思考题
3.3流水线CPU实验
3.3.1实验概述
3.3.2流水线CPU架构
3.3.3指令流水线及取指（F）阶段
3.3.4数据通路概述
3.3.5译码（D）阶段及“暂停”机制
3.3.6执行（E）阶段及“气泡”机制
3.3.7写回（W）阶段及“旁路”机制
3.3.8中断处理过程及“中断延迟”机制
3.3.9流水线相关问题
3.3.10实验步骤
3.3.11思考题
3.4嵌套中断CPU实验
3.4.1实验概述
3.4.2硬布线堆栈电路
3.4.3基于硬布线堆栈的嵌套中断CPU
3.4.4实验步骤
3.4.5思考题
第4章微机接口实验
4.1I／O接口扩展实验
4.1.1实验概述
4.1.28255芯的结构
4.1.38255芯的工作方式
4.1.4“CPU+8255A”微机系统
4.1.5实验步骤
4.1.6思考题
4.2定时器／器实验
4.2.1实验概述
4.2.28253芯的结构
4..253芯的工作方式
4.2.4“CPU+8253A”微机系统
4.2.5实验步骤
4.2.6思考题
4.3串口通信实验
4.3.1实验概述
4.3.28251芯的结构及功能
4.3.38251芯的工作方式
4.3.4“CPU+8253A+8251A”微机系统
4.3.5实验步骤
4.3.6思考题
4.4模—数转换实验
4.4.1实验概述
4.4.2ADC0809芯片的结构及工作方式
4.4.3“CPU+ADC0809”微机系统
4.4.4实验步骤
4.4.5思考题
4.5数—模转换实验
4.5.1实验概述
4.5.2DAC0832芯片的结构及工作方式
4.5.3实验步骤
4.5.4思考题
4.6液晶屏显示实验
4.6.1实验概述
4.6.2LCD1602液晶芯片的结构
4.6.38255芯片的工作方式
4.6.4“CPU+LCD1602”微机系统
4.6.5实验步骤
4.6.6思考题
4.7中断控制器实验
4.7.1实验概述
4.7.28259芯片的结构
4.7.38259芯的工作方式
4.7.48259芯的命令字
4.7.58259芯的初始化编程
4.7.68259芯的中断响成过程
4.7.7“嵌套中断CPU+8259A”微机系统
4.7.8实验步骤
4.7.9思考题
4.8DMA实验
4.8.1实验慨述
4.8.2DMA原理
4.8.38芯的结构
4.8.48芯的内部寄存器
4.8.58芯的命令字和状态字
4.8.68芯的初始化过程和工作时序
4.8.7“CPU+外部存储器+8A”微机系统
4.8.8实验步骤
4.8.9思考题
附录
附录AProteus虚拟软件简介
A.1Proteus软件概述
A.2电路绘制与技巧
附录B计算机硬件课程综合实验平台系统
B.1实验平台系统简介
B.2实验平台系统操作说明（交通灯）
B.3实验平台系统操作说明（CPU+8155A）
B.4器驱动安装步骤详解
B.5实验箱硬件电路原理图

赖晓铮，华南理工大学计算机科学与工程学院副教授，硕士生导师，“计算机组成与体系结构”课程负责人，编写教材《计算机组成原理》。主要研究方向：嵌入式系统及物联网技术，承担“863”项目，自然科学，广东省科技计划项目等多项课题。擅长虚拟教学技术，具有多年的计算机硬件类课程（计算机组成原理、体系结构、嵌入式系统）的实验教学经验。

前   言《基于Proteus的计算机系统实验教程——逻辑、组成原理、体系结构、微机接口》主要为“数字逻辑”“计算机组成原理”“计算机体系结构”“微机接口”等计算机系统类课程的实验和课程设计提供一条不同以往“面板插线”和“可编程逻辑”的实验教学路线——基于Proteus的“虚拟”实验教学。传统的“面板插线”实验教学方式已经推行了几十年，积累了丰富的实验资源。但是受限于动手能力和实验条件，学生仅能通过在实验箱面板上插线连接去验实验箱的功能，不可能去改动实验箱硬件，所以学生缺乏动手实践的机会。而且实验过程的插拔线操作烦琐，实验箱损坏率较高。学生耗费大量时间在线缆连接上，枯燥无味，实验效果较差。新晋的“可编程逻辑”实验教学方式允许学生运用硬件描述语言在可编程逻辑芯片FPGA上进行数字逻辑实验和CPU设计，灵活度很高，可以实现达到工业级应用标准的复杂CPU架构。但是，学生要有较好的EDA技术基础和硬件描述语言编程实践，才能很好地在FPGA上进行实验，否则无法解PG设计的相关细节。由于专业课程体系的安排，计算机或软件专业的学生很难在“计算机组成原理”“计算机体系结构”基础课之前有足够的时间和精力去深入掌握FPGA设计知识。而且，计算机或软件专业亦缺乏对FPGA领域熟悉的老师，需要重新培训。《基于Proteus的计算机系统实验教程——逻辑、组成原理、体系结构、微机接口》力图用简单、直观的方法，使枯燥的计算机系统硬件的基础知识变得直观、形象，让学生方便、快捷地进行数字逻辑、计算机组成原理、计算机体系结构实验，而不是追求“高、深、难、炫”的设计技术，以减轻学生和老师的负担。学生应在掌握了基础的计算机硬件知识之后，在实际需要的时候再学习FPGA技术去指导研发工作，而不是本末倒置，为了做课程实验而去学习FPGA技术，耗费大量时间和精力在实验工具上。《基于Proteus的计算机系统实验教程——逻辑、组成原理、体系结构、微机接口》论述的虚拟实验教学方法，首先继承了传统面板插线实验教学的“低门槛”特点，即只要掌握基本的数字逻辑概念，不需要深入学习FPGA设计等专业知识，也能在虚拟环境中运用常见的中小逻辑器件“积木式”设计和搭建CPU ；其次，虚拟实验教学具有跟可编程逻辑实验教学一样的“高灵活”特点，即在Proteus虚拟环境中，学生可以从基本数字逻辑器件开始学习，进而验计算机的组成部件功能，甚至参照主流的CPU体系结构，设计相同指令集而不同硬件架构的CPU。上述“低门槛”和“高灵活”特点的结合，有利于提降低基础课的实验门槛，提高学生对计算机基础课的学习兴趣，学生的创新意识，培养动手实践能力。《基于Proteus的计算机系统实验教程——逻辑、组成原理、体系结构、微机接口》设计和搭建的CPU架构都是“透明”的：硬件可以看见每根导线和每个端口上的电平高低，编程直接采用层的机器语言，有利于同学们直观了解CPU内部运作机制，牢固掌握所学的知识。而且，《基于Proteus的计算机系统实验教程——逻辑、组成原理、体系结构、微机接口》还挑选了常用的计算机I/O外设接口，与微程序CPU一起搭建一个完整且的微型计算机系统。学生还可以在本书实验的基础上，自己动手移植和搭建硬布线CPU或者流水线CPU的微机系统。《基于Proteus的计算机系统实验教程——逻辑、组成原理、体系结构、微机接口》的编写得到了Proteus软件中国区代理——广州风标技术有限公司的大力支持，李垚圣、黄永燊、邓毓峰等同学为《基于Proteus的计算机系统实验教程——逻辑、组成原理、体系结构、微机接口》的编写付出了辛勤的工作，华南理工大学计算机科学与技术专业2012级、2013级、2014级的同学们对《基于Proteus的计算机系统实验教程——逻辑、组成原理、体系结构、微机接口》提出了大量宝贵的意见，在此对他们表示诚挚的感谢！