《基于Proteus的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程——邏輯、組成原理、體系結(jié)構(gòu)、微機(jī)接口》是“數(shù)字邏輯”“計(jì)算機(jī)組成原理”“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”“微機(jī)接口”等課程的配套實(shí)驗(yàn)教材，系統(tǒng)介紹了數(shù)字邏輯基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)的組成原理、體系結(jié)構(gòu)及接口技術(shù)。全書(shū)分4章，共22個(gè)實(shí)驗(yàn)。第1章是基礎(chǔ)的數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)，包括觸發(fā)器與寄存器、邏輯門(mén)與算術(shù)電路、組合邏輯電路、比較器和仲裁電路、時(shí)序邏輯電路；第2章是計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)，從狀態(tài)機(jī)開(kāi)始，依次論述了CPU主要組成部件（運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、微程序控制器和硬布線控制器）的設(shè)計(jì)與使用；第3章是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)，介紹了3種主流的CPU架構(gòu)（微程序、硬布線、流水線），并且給出了堆棧及CPU嵌套中斷的硬件實(shí)現(xiàn)方法；后，第4章介紹了8種常用的微型計(jì)算機(jī)接口，并且分別與第3章中的微程序CPU一起，搭建一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)小系統(tǒng)。
《基于Proteus的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程——邏輯、組成原理、體系結(jié)構(gòu)、微機(jī)接口》內(nèi)容全面，方法新穎：《基于Proteus的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程——邏輯、組成原理、體系結(jié)構(gòu)、微機(jī)接口》所有實(shí)驗(yàn)只涉及基本的數(shù)字邏輯器件，不需要學(xué)習(xí)FPGA及EDA設(shè)計(jì)的知識(shí)；《基于Proteus的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程——邏輯、組成原理、體系結(jié)構(gòu)、微機(jī)接口》所有實(shí)驗(yàn)可以在虛擬仿真工具——Proteus上仿真進(jìn)行，也適用于實(shí)驗(yàn)箱教學(xué)模式；《基于Proteus的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程——邏輯、組成原理、體系結(jié)構(gòu)、微機(jī)接口》所有實(shí)驗(yàn)都是開(kāi)放式設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)CPU和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
《基于Proteus的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程——邏輯、組成原理、體系結(jié)構(gòu)、微機(jī)接口》可作為高等院校計(jì)算機(jī)、軟件及電子信息等專(zhuān)業(yè)本科生的實(shí)驗(yàn)教材，也可供計(jì)算機(jī)硬件愛(ài)好者、創(chuàng)客及工程技術(shù)人員參考使用。
《基于Proteus的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程——邏輯、組成原理、體系結(jié)構(gòu)、微機(jī)接口》主要為“數(shù)字邏輯”“計(jì)算機(jī)組成原理”“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”“微機(jī)接口”等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)類(lèi)課程的實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)提供一條不同以往“面板插線”和“可編程邏輯”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)路線——基于Proteus的“虛擬仿真”實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
傳統(tǒng)的“面板插線”實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式已經(jīng)推行了幾十年，積累了豐富的實(shí)驗(yàn)資源。但是受限于動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)條件，學(xué)生僅能通過(guò)在實(shí)驗(yàn)箱面板上插線連接去驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)箱的功能，不可能去改動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱硬件，所以學(xué)生缺乏動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)。而且實(shí)驗(yàn)過(guò)程的插拔線操作煩瑣，實(shí)驗(yàn)箱損壞率較高。學(xué)生耗費(fèi)大量時(shí)間在線纜連接上，枯燥無(wú)味，實(shí)驗(yàn)效果較差。
新晉的“可編程邏輯”實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式允許學(xué)生運(yùn)用硬件描述語(yǔ)言在可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA上進(jìn)行數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)和CPU設(shè)計(jì)，靈活度很高，可以實(shí)現(xiàn)達(dá)到工業(yè)級(jí)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜CPU架構(gòu)。但是，學(xué)生要有較好的EDA技術(shù)基礎(chǔ)和硬件描述語(yǔ)言編程實(shí)踐，才能很好地在FPGA上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，否則無(wú)法理解FPGA設(shè)計(jì)的相關(guān)細(xì)節(jié)。由于專(zhuān)業(yè)課程體系的安排，計(jì)算機(jī)或軟件專(zhuān)業(yè)的學(xué)生很難在“計(jì)算機(jī)組成原理”“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”基礎(chǔ)課之前有足夠的時(shí)間和精力去深入掌握FPGA設(shè)計(jì)知識(shí)。而且，計(jì)算機(jī)或軟件專(zhuān)業(yè)亦缺乏對(duì)FPGA領(lǐng)域熟悉的老師，需要重新培訓(xùn)。
《基于Proteus的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程——邏輯、組成原理、體系結(jié)構(gòu)、微機(jī)接口》力圖用簡(jiǎn)單、直觀的方法，使枯燥的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)知識(shí)變得直觀、形象，讓學(xué)生方便、快捷地進(jìn)行數(shù)字邏輯、計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)，而不是追求“高、深、難、炫”的設(shè)計(jì)技術(shù)，以減輕學(xué)生和老師的負(fù)擔(dān)。學(xué)生應(yīng)在掌握了基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)之后，在實(shí)際需要的時(shí)候再學(xué)習(xí)FPGA技術(shù)去指導(dǎo)研發(fā)工作，而不是本末倒置，為了做課程實(shí)驗(yàn)而去學(xué)習(xí)FPGA技術(shù)，耗費(fèi)大量時(shí)間和精力在實(shí)驗(yàn)工具上。
《基于Proteus的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程——邏輯、組成原理、體系結(jié)構(gòu)、微機(jī)接口》論述的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，首先繼承了傳統(tǒng)面板插線實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“低門(mén)檻”特點(diǎn)，即只要掌握基本的數(shù)字邏輯概念，不需要深入學(xué)習(xí)FPGA設(shè)計(jì)等專(zhuān)業(yè)知識(shí)，也能在虛擬環(huán)境中運(yùn)用常見(jiàn)的中小邏輯器件“積木式”設(shè)計(jì)和搭建CPU ；其次，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有跟可編程邏輯實(shí)驗(yàn)教學(xué)一樣的“高靈活性”特點(diǎn)，即在Proteus虛擬仿真環(huán)境中，學(xué)生可以從基本數(shù)字邏輯器件開(kāi)始學(xué)習(xí)，進(jìn)而驗(yàn)證計(jì)算機(jī)的組成部件功能，甚至參照主流的CPU體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相同指令集而不同硬件架構(gòu)的CPU。上述“低門(mén)檻”和“高靈活性”特點(diǎn)的結(jié)合，有利于提降低基礎(chǔ)課的實(shí)驗(yàn)門(mén)檻，提高學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)動(dòng)手實(shí)踐能力。
《基于Proteus的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程——邏輯、組成原理、體系結(jié)構(gòu)、微機(jī)接口》設(shè)計(jì)和搭建的CPU架構(gòu)都是“透明”的：硬件可以看見(jiàn)每根導(dǎo)線和每個(gè)端口上的電平高低，編程直接采用最底層的機(jī)器語(yǔ)言，有利于同學(xué)們直觀了解CPU內(nèi)部運(yùn)作機(jī)制，牢固掌握所學(xué)的知識(shí)。而且，《基于Proteus的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程——邏輯、組成原理、體系結(jié)構(gòu)、微機(jī)接口》還挑選了常用的計(jì)算機(jī)I/O外設(shè)接口，與微程序CPU一起搭建一個(gè)完整且最小的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。學(xué)生還可以在本書(shū)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，自己動(dòng)手移植和搭建硬布線CPU或者流水線CPU的最小微機(jī)系統(tǒng)。
《基于Proteus的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程——邏輯、組成原理、體系結(jié)構(gòu)、微機(jī)接口》的編寫(xiě)得到了Proteus軟件中國(guó)區(qū)代理——廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司的大力支持，李垚圣、黃永燊、鄧毓峰等同學(xué)為《基于Proteus的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程——邏輯、組成原理、體系結(jié)構(gòu)、微機(jī)接口》的編寫(xiě)付出了辛勤的工作，華南理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)2012級(jí)、2013級(jí)、2014級(jí)的同學(xué)們對(duì)《基于Proteus的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程——邏輯、組成原理、體系結(jié)構(gòu)、微機(jī)接口》提出了大量寶貴的意見(jiàn)，在此對(duì)他們表示最誠(chéng)摯的感謝！
賴曉錚，華南理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，“計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)”課程負(fù)責(zé)人，編寫(xiě)教材《計(jì)算機(jī)組成原理》。主要研究方向：嵌入式系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，承擔(dān)國(guó)家“863”項(xiàng)目，國(guó)家自然科學(xué)基金，廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目等多項(xiàng)課題。擅長(zhǎng)虛擬仿真教學(xué)技術(shù)，具有多年的計(jì)算機(jī)硬件類(lèi)課程（計(jì)算機(jī)組成原理、體系結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)）的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。
目 錄
出版說(shuō)明
前言
第1章 數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)
1.1 觸發(fā)器與寄存器實(shí)驗(yàn)
1.1.1 實(shí)驗(yàn)概述
1.1.2 總線通路
1.1.3 觸發(fā)器
1.1.4 寄存器
1.1.5 實(shí)驗(yàn)步驟
1.1.6 思考題
1.2 邏輯門(mén)與算術(shù)電路實(shí)驗(yàn)
1.2.1 實(shí)驗(yàn)概述
1.2.2 邏輯門(mén)
1.2.3 算術(shù)電路
1.2.4 串行進(jìn)位加法器
1.2.5 并行進(jìn)位加法器
1.2.6 實(shí)驗(yàn)步驟
1.2.7 思考題
1.3 組合邏輯電路實(shí)驗(yàn)
1.3.1 實(shí)驗(yàn)概述
1.3.2 譯碼器
1.3.3 編碼器
1.3.4 數(shù)據(jù)選擇器
1.3.5 奇偶校驗(yàn)電路
1.3.6 實(shí)驗(yàn)步驟
1.3.7 思考題
1.4 數(shù)據(jù)比較器和仲裁器電路實(shí)驗(yàn)
1.4.1 實(shí)驗(yàn)概述
1.4.2 數(shù)據(jù)比較器
1.4.3 仲裁器
1.4.4 實(shí)驗(yàn)步驟
1.4.5 思考題
1.5 時(shí)序邏輯電路實(shí)驗(yàn)
1.5.1 實(shí)驗(yàn)概述
1.5.2 計(jì)數(shù)器原理
1.5.3 異/同步計(jì)數(shù)器
1.5.4 加法/減法計(jì)數(shù)器
1.5.5 任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器
1.5.6 電子鐘
1.5.7 實(shí)驗(yàn)步驟
1.5.8 思考題
第2章 計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)
2.1 狀態(tài)機(jī)實(shí)驗(yàn)
2.1.1 實(shí)驗(yàn)概述
2.1.2 狀態(tài)機(jī)原理
2.1.3 環(huán)形計(jì)數(shù)器
2.1.4 扭環(huán)計(jì)數(shù)器
2.1.5 狀態(tài)機(jī)示例：交通燈
2.1.6 實(shí)驗(yàn)步驟
2.1.7 思考題
2.2 運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)
2.2.1 實(shí)驗(yàn)概述
2.2.2 算術(shù)邏輯運(yùn)算器74LS181
2.2.3 串行乘法運(yùn)算
2.2.4 實(shí)驗(yàn)步驟
2.2.5 思考題
2.3 存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)
2.3.1 實(shí)驗(yàn)概述
2.3.2 存儲(chǔ)器電路
2.3.3 ROM批量導(dǎo)入數(shù)據(jù)的技巧
2.3.4 實(shí)驗(yàn)步驟
2.3.5 思考題
2.4 微程序控制器實(shí)驗(yàn)
2.4.1 實(shí)驗(yàn)概述
2.4.2 數(shù)據(jù)通路
2.4.3 微程序原理
2.4.4 微程序控制器
2.4.5 時(shí)序發(fā)生器
2.4.6 實(shí)驗(yàn)步驟
2.4.7 思考題
2.5 硬布線控制器實(shí)驗(yàn)
2.5.1 實(shí)驗(yàn)概述
2.5.2 單周期硬布線控制器
2.5.3 多周期硬布線控制器
2.5.4 實(shí)驗(yàn)步驟
2.5.5 思考題
第3章 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)
3.1 微程序CPU實(shí)驗(yàn)
3.1.1 實(shí)驗(yàn)概述
3.1.2 CPU指令集
3.1.3 微程序CPU架構(gòu)
3.1.4 時(shí)序電路（CLOCK）
3.1.5 微程序控制器（CONTROLLER）
3.1.6 取指及中斷處理過(guò)程
3.1.7 寄存器及I/O操作指令
3.1.8 存儲(chǔ)器及堆棧操作指令
3.1.9 跳轉(zhuǎn)系列指令
3.1.10 算術(shù)邏輯運(yùn)算系列指令
3.1.11 實(shí)驗(yàn)步驟
3.1.12 思考題
3.2 硬布線CPU實(shí)驗(yàn)
3.2.1 實(shí)驗(yàn)概述
3.2.2 硬布線CPU架構(gòu)
3.2.3 硬布線CPU的控制器
3.2.4 硬布線CPU的狀態(tài)機(jī)流程圖
3.2.5 實(shí)驗(yàn)步驟
3.2.6 思考題
3.3 流水線CPU實(shí)驗(yàn)
3.3.1 實(shí)驗(yàn)概述
3.3.2 流水線CPU架構(gòu)
3.3.3 指令流水線及取指（F）階段
3.3.4 數(shù)據(jù)通路概述
3.3.5 譯碼（D）階段及“暫�！睓C(jī)制
3.3.6 執(zhí)行（E）階段及“氣泡”機(jī)制
3.3.7 寫(xiě)回（W）階段及“旁路”機(jī)制
3.3.8 中斷處理過(guò)程及“中斷延遲”機(jī)制
3.3.9 流水線相關(guān)問(wèn)題
3.3.10 實(shí)驗(yàn)步驟
3.3.11 思考題
3.4 嵌套中斷CPU實(shí)驗(yàn)
3.4.1 實(shí)驗(yàn)概述
3.4.2 硬布線堆棧電路
3.4.3 基于硬布線堆棧的嵌套中斷CPU
3.4.4 實(shí)驗(yàn)步驟
3.4.5 思考題
第4章 微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)
4.1 I/O接口擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)
4.1.1 實(shí)驗(yàn)概述
4.1.2 8255A芯片的結(jié)構(gòu)
4.1.3 8255A芯片的工作方式
4.1.4 “CPU+8255A”微機(jī)系統(tǒng)
4.1.5 實(shí)驗(yàn)步驟
4.1.6 思考題
4.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)
4.2.1 實(shí)驗(yàn)概述
4.2.2 8253A芯片的結(jié)構(gòu)
4.2.3 8253A芯片的工作方式
4.2.4 “CPU+8253A”微機(jī)系統(tǒng)
4.2.5 實(shí)驗(yàn)步驟
4.2.6 思考題
4.3 串口通信實(shí)驗(yàn)
4.3.1 實(shí)驗(yàn)概述
4.3.2 8251A芯片的結(jié)構(gòu)及功能
4.3.3 8251A芯片的工作方式
4.3.4 “CPU+8253A+8251A”微機(jī)系統(tǒng)
4.3.5 實(shí)驗(yàn)步驟
4.3.6 思考題
4.4 模-數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
4.4.1 實(shí)驗(yàn)概述
4.4.2 ADC0809芯片的結(jié)構(gòu)及工作方式
4.4.3 “CPU+ADC0809”微機(jī)系統(tǒng)
4.4.4 實(shí)驗(yàn)步驟
4.4.5 思考題
4.5 數(shù)-模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
4.5.1 實(shí)驗(yàn)概述
4.5.2 DAC0832芯片的結(jié)構(gòu)及工作方式
4.5.3 實(shí)驗(yàn)步驟
4.5.4 思考題
4.6 液晶屏顯示實(shí)驗(yàn)
4.6.1 實(shí)驗(yàn)概述
4.6.2 LCD1602液晶芯片的結(jié)構(gòu)
4.6.3 8255芯片的工作方式
4.6.4 “CPU+LCD1602”微機(jī)系統(tǒng)
4.6.5 實(shí)驗(yàn)步驟
4.6.6 思考題
4.7 中斷控制器實(shí)驗(yàn)
4.7.1 實(shí)驗(yàn)概述
4.7.2 8259芯片的結(jié)構(gòu)
4.7.3 8259A芯片的工作方式
4.7.4 8259A芯片的命令字
4.7.5 8259A
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