实验类型

实验类别

实验学时

计划每组人数

设计型

专业类

4

1

实验目的：

1. 掌握硬件仿真器的用法

2. 理解硬件描述语言的语法和规范，掌握编写源码、仿真测试的操作步骤

3. 能够使用硬件描述语言描述 Not、And、Or、XOR、Mux、Mux16DMux、 Mux4Way16、 Mux8Way16、DMux、DMux4Way、DMux8Way等基本组合逻辑电路的结构

实验内容：

1．以非门为例，用硬件描述语言编写源码，并利用硬件仿真器仿真、测试硬件实现

2．以四输入与门为例，进一步掌握硬件描述语言的语法规范，特别是描述内部网线和总线的语法

3．以自底向上或者说由简入繁的次序，依次实现Not、And、Or、Xor、Not16、And16、Or16、Mux、Mux16DMux、 Mux4Way16、 Mux8Way16、DMux、DMux4Way、DMux8Way等组合逻辑电路

实验操作要点及注意事项：

1. 在编码过程中注意观察硬件仿真器的错误提示

2．在某一阶段卡住时可采用内建芯片作为当前芯片以便继续高阶芯片的构建

实验应达到的基本要求:

能够使用硬件描述语言描述简单的组合逻辑电路

主要实验材料、用品及工具：

系列仿真软件

主要仪器设备

序号

名称

规格型号

数量

1

计算机

P4

1

实验类型

实验类别

实验学时

计划每组人数

设计型

专业类

4

1

实验目的：

1. 掌握加法器的构造与设计要点

2. 能够运用已设计的基本组合逻辑电路构建算数逻辑单元——ALU

3. 进一步掌握硬件描述语言的特性

实验内容：

1．依次实现Add16及Inc16芯片

2．理解加法器的构成特点，设计实现自增器芯片

3．理解全加器的构成特点，设计实现16位全加器芯片

4．依次用HalfAdder、FullAdder、Add16及Inc16等芯片实现ALU电路芯片

5．理解ALU的构成特点，设计实现ALU芯片

实验操作要点及注意事项：

1. 在编码过程中注意观察硬件仿真器的错误提示

2．在某一阶段卡住时可采用内建芯片作为当前芯片以便继续高阶芯片的构建

实验应达到的基本要求:

能够运用基本组合逻辑电路构建特定功能的复杂芯片

主要实验材料、用品及工具：

系列仿真软件

主要仪器设备

序号

名称

规格型号

数量

1

计算机

P4

1

实验类型

实验类别

实验学时

计划每组人数

设计型

专业类

4

1

实验目的：

1. 掌握加法器的构造与设计要点

2. 能够运用已设计的基本组合逻辑电路构建全加器电路

3. 进一步掌握硬件描述语言的特性

实验内容：

1.依次实现HalfAdder、FullAdder芯片

    2.设计4位超前进位加法器Adder4

3.理解全加器的构成特点，设计实现16位全加器芯片

实验操作要点及注意事项：

1. 在编码过程中注意观察硬件仿真器的错误提示

2．⽤4个4位超前进位加法器级联可以构成16位加法器，注意延迟问题。

实验应达到的基本要求:

⽤HDL描述其各组件连接关系，注意使⽤之前实验 中设计的组件。以级联⽅式构造芯⽚Adder16，在硬件仿真器⾥⽤ Add16.tst 检验设计的正确性。

主要实验材料、用品及工具：

系列仿真软件

主要仪器设备

序号

名称

规格型号

数量

1

计算机

P4

1

实验类型

实验类别

实验学时

计划每组人数

设计型

专业类

4

1

实验目的：

1. 理解组合逻辑电路和时序逻辑电路的区别

2. 理解Hack计算机的时钟规范

3. 能够使用D触发器构建寄存器、存储器和程序计数器等时序逻辑电路

实验内容：

1．以D触发器为基础，依次构建Bit、Register、RAM8、RAM64、RAM512、RAM4K、RAM16K和PC芯片

2．能够使用硬件仿真器观察时序逻辑电路的工作情况

实验操作要点及注意事项：

1. 准确把握Bit芯片的工作特点

2．借助硬件仿真器理解Hack计算机的时钟机制

实验应达到的基本要求:

能够使用硬件描述语言描述Hack计算机中的时序逻辑电路

主要实验材料、用品及工具：

系列仿真软件

主要仪器设备

序号

名称

规格型号

数量

1

计算机

P4

1

实验类型

实验类别

实验学时

计划每组人数

设计型

专业类

4

1

实验目的：

1. 熟悉Hack计算机流⽔线技术

2. 理解阵列式乘法器

3. 理解阵列式乘法器的组合逻辑电路原理

4. 理解多条指令重叠进⾏操作实现技术

实验内容：

1．实现未⽤寄存器划分的阵列式乘法器 Mul.hdl，与⻔、半加器、全加器使⽤内建原件。

2. 实现流⽔线形式得阵列式乘法器 PMul.hdl，在仿真器⾥载⼊测试脚本 PMul.tst 进⾏功能测试（输出9_9乘法 表）。

实验操作要点及注意事项：

1.解决多个任务争抢同⼀个资源的问题

2．利用CPU仿真器单步执行功能观察汇编程序运行过程，以便发现错误

实验应达到的基本要求:

能够使用Hack计算机指令集编写该平台汇编程序

主要实验材料、用品及工具：

系列仿真软件

主要仪器设备

序号

名称

规格型号

数量

1

计算机

P4

1

实验类型

实验类别

实验学时

计划每组人数

设计型

专业类

4

1

实验目的：

1. 熟悉Hack计算机指令集体系结构

2. 能够运用A和C指令编写汇编程序

3. 理解I/O内存映射原理

实验内容：

1．理解A和C指令的二进制结构与位域含义，特别是C指令的位域含义

2．在理解CPU局部结构的基础上进一步理解Hack计算机两条指令的硬件基础

3．运用Hack计算机机器指令编写Mult.asm 和 Fill.asm 两个汇编程序，完成两个整数相加和响应键盘事件的功能

实验操作要点及注意事项：

1. 通过CPU硬件结构理解A和C指令发挥作用的原理

2．利用CPU仿真器单步执行功能观察汇编程序运行过程，以便发现错误

实验应达到的基本要求:

能够使用Hack计算机指令集编写该平台汇编程序

主要实验材料、用品及工具：

系列仿真软件

主要仪器设备

序号

名称

规格型号

数量

1

计算机

P4

1

实验类型

实验类别

实验学时

计划每组人数

设计型

专业类

4

1

实验目的：

1. 熟悉Hack数据传送指令，算术运算和逻辑运算指 令，程序转移指令，标志处理指令

2. 理解操作数的寻址⽅式

3. 理解16×16 字形码原理

4. 理解循环、分支程序设计

实验内容：

1．理解操作数的寻址⽅式，由其间接寻址⽅式。

2．运用Hack计算机机器指令更好的理解有寄存器间接寻址和存储器间接寻址

3．在给定汉字“新”的 16×16 字形码，完成程序 displayChar.asm 将“新”字显示在仿真器屏幕的左上⻆。

实验操作要点及注意事项：

1. 养成先写伪代码或先画流程图

2．利用两个指针实现数据的传送

实验应达到的基本要求:

能够使用Hack计算机指令集编写该平台汇编程序

主要实验材料、用品及工具：

系列仿真软件

主要仪器设备

序号

名称

规格型号

数量

1

计算机

P4

1

实验类型

实验类别

实验学时

计划每组人数

设计型

专业类

4

1

实验目的：

1. 理解Hack计算机的构成特点，包括指令和数据分别存储、数据内存的划分以及各部分接口方式

2. 完善CPU的设计，特别是控制器的设计

3. 能够利用之前搭建的芯片构建功能完整的Hack计算机，使其能够运行用Hack机器语言编写的程序

实验内容：

1．利用现有芯片依次设计 Memory、CPU 和 Computer 三个芯片

2．设计Memory芯片时按要求划分内存和I/O内存映射

3．设计CPU时设计其控制通路

实验操作要点及注意事项：

1. 在编码过程中注意观察硬件仿真器的错误提示

2．运用数字逻辑电路课程中所学知识与技能完成CPU控制器的设计

实验应达到的基本要求:

能够使用现有芯片搭建一个可以执行Hack指令的通用计算机

主要实验材料、用品及工具：

系列仿真软件

主要仪器设备

序号

名称

规格型号

数量

1

计算机

P4

1