CPU与简单模型机设计 实验报告汇总
CPU与简单模型机设计实验中的关键问题分析
CPU与简单模型机设计实验中的关键问题分析摘要：模型机设计实验是计算机组成原理实验中的一个综合性较强的实验，要求学生在掌握各部件单元电路的基础上，构建一台模型计算机。
文章选用TD-CMA实验教学系统，针对采用微程序控制器设计的CPU与简单模型机设计实验，从连线排查、指令设计、微程序设计、指令控制、程序运行等方面分析该实验中的关键问题，并给出每个问题的解决方法。
关键词：计算机组成原理；微程序控制器；简单模型机；TD-CMA0 引言CPU与简单模型机设计实验是计算机组成原理实验中的一个综合性较强的实验，对学生的理论要求、能力要求较高。
在美国的一些主流大学中，计算机组成原理实验强调从顶层（应用和软件）到底层（硬件）的掌握与了解，实验方式一般采用高级语言实现对硬件的模拟；有些大学则要求学生采用VHDL、Verilog 等硬件描述语言进行功能部件和小型系统的设计与实现，并在FPGA等硬件上进行测试验证。
从文献[4]可以看出，国内大学计算机组成原理课程的实验已经由验证性实验逐渐过渡到处理器设计及计算机系统搭建的层次上。
与模型机设计相关的实验仍然是重点实验内容，只是实现方式和难度不同。
例如，有些学校开设的实验会引入MIPS、流水、Cache等功能设计。
根据控制器部件的工作原理，模型机控制器可分为硬布线控制器和微程序控制器两种，还可根据设计的模型机所含指令系统分为简单模型机和具有特定功能的模型机，因此模型机的设计也有不同的类型。
笔者选取微程序控制器的基本模型机设计进行分析。
TD-CMA教学实验系统是西安唐都科教仪器公司推出的新一代计算机组成原理与系统结构教学实验设备。
该系统硬件的电路布局按照计算机组成结构进行模块化设计，配有CMA’监控软件，可以实现从部件到整机实验的数据通路图实时动态图形调试界面演示，且都具有单拍、单周期、连续等调试功能，通路图的调试过程也具有保存和回放功能。
笔者采用TD-CMA实验教学系统，针对以微程序控制器为基础的简单模型机设计实验，从连线排查、指令设计、微程序设计、指令控制、程序运行等多个方面分析微程序控制器模型机实验中的关键问题，给出了每个问题的解决方法。
基本模型机的设计与实现实验报告
基本模型机的设计与实现实验报告本文将围绕“基本模型机的设计与实现实验报告”进行分析和阐述。
基本模型机的设计与实现是计算机系统课程中的重点内容，是学生理解计算机系统的核心；设计和实现基本模型机需要学生掌握计算机组成原理的基本知识，能够编写汇编语言程序和理解存储器层次结构等相关概念。
一、实验目的本次计算机系统实验的目的是掌握CPU的设计与实现，以及理解汇编语言的底层执行过程。
通过本次实验，学生可以深入了解计算机系统的基本组成部分，从而提高对计算机实现原理的认识和理解。
二、实验中设计与实现模型机的步骤1、确定模型机性能要求根据实验要求，我们需要设计出一个能够运行汇编语言程序的模型机。
此时，我们需要确定模型机的性能需求，如运行速度、存储容量和输入输出设备等方面。
2、设计和实现CPU在模型机中，CPU是核心部件，所以首先需要设计和实现CPU。
CPU需要包括寄存器、算术逻辑单元、控制器和取指令等组成部分。
由于我们使用的是逻辑电路实现，所以需要进行逻辑门设计，采用Verilog语言来实现。
3、设计和实现存储器存储器是CPU所需的重要组成部分之一，我们需要为CPU设计实现一套存储器，包括RAM和ROM两部分，其中RAM用于存储数据，ROM用于存储指令。
4、设计和实现输入输出设备在模型机中，输入输出设备也是必不可少的部分。
我们需要设计并实现一套输入输出设备，用于用户输入指令和数据，以及模型机输出结果。
5、编写汇编程序在完成模型机的设计和实现后，我们需要编写汇编程序来测试模型机的功能是否正常。
我们可以编写一些简单的汇编程序来测试模型机的运行速度和结果准确性。
三、实验结果与分析经过实验，我们成功地设计并实现了一套基本模型机，并编写了一些简单的汇编程序进行测试。
模型机具有较高的运行速度和存储容量，并且可以实现输入输出设备的基本功能。
同时，我们也发现了一些问题，如指令与数据存储的冲突等，需要进一步改进。
在完成实验过程中，我们深刻理解了计算机系统的结构和运作原理，提高了对计算机系统的认识和理解能力。
Cpu与简单模型机
1.写入微程序
将下面微代码写入芯片
地址
HEX
高八位
A字段
21，19-12位
CN_I
S3-S0
uM_PC7..uM_PC0
00
6F0ED001
6F
00
0 11101101
0
0000
01
08
3B0AF009
3B
00
0 10101111
0
0000
09
09
5D0AF00A
5D
00
0 10101111
PC+1IN---RO
RO---B
R0----A
A+B----RO
RO---OUT
实验过程及
结果记录
一 准备好实验仪
二．写入微程序，机器程序
三．本机运行（出现错误）
输入数据10101000即为A8
多次检验发现错误，微指令与机器指令的首地址出现问题
实验结果
分析
思考
1在不同地址 输入微指令（信号
uM_PC7..uM_PC0
计算机组成原理实验报告
实验名称
Cpu与简单模型机
实验日期
2016.11.14
学生姓名
学号
班级
实验目的
（简述实验的目的及意义）
(1) 了解并掌握一个基础的CPU的组成原理
(2) 在前几章介绍的各单元电路的基础上，构造一个简单模型计算机
(3) 给简单模型机设计4条机器指令，并编写每条机器指令的微指令，上机调试，掌握整机概念。
;START：IN R0
;从IN单元读入数据送 R0
00000001
0000 0000
CPU-与简单模型机设计实验
评语: 课中检查完成的题号及题数：课后完成的题号与题数：成绩: 自评成绩: 85实验报告实验名称：CPU 与简单模型机设计实验日期：2015.11.17 班级： 2 学号：13 姓名：周小多一、实验目的：1. 掌握一个简单CPU 的组成原理。
2. 在掌握部件单元电路的基础上，进一步将其构造一台基本模型计算机。
3. 为其定义五条机器指令，编写相应的微程序，并上机调试掌握整机概念。
二、实验内容：1.要实现一个简单的CPU，并且在此CPU 的基础上，继续构建一个简单的模型计算机。
CPU 由运算器（ALU）、微程序控制器（MC）、通用寄存器（R0），指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）和地址寄存器（AR）组成,如图2-1-1 所示。
这个CPU 在写入相应的微指令后，就具备了执行机器指令的功能，但是机器指令一般存放在主存当中，CPU 必须和主存挂接后，才有实际的意义，所以还需要在该CPU 的基础上增加一个主存和基本的输入输出部件，以构成一个简单的模型计算机。
2.本模型机和前面微程序控制器实验相比，新增加一条跳转指令JMP，共有五条指令：IN（输入）、ADD（二进制加法）、OUT（输出）、JMP（无条件转移），HLT（停机），其指令格式如下（高４位为操作码）：助记符机器指令码说明IN 0010 0000 IN→R0ADD 0000 0000 R0 + R0→R0OUT 0011 0000 R0→OUTJMP addr 1100 0000 addr→ PCHLT 0101 0000 停机3. 设计一段机器程序，要求从IN 单元读入一个数据，存于R0，将R0 和自身相加，结果存于R0，再将R0 的值送OUT 单元显示。
根据要求可以得到如下程序，地址和内容均为二进制数。
地址内容助记符说明00000000 00100000 ; START: IN R0 从IN 单元读入数据送R000000001 00000000 ; ADD R0,R0R0 和自身相加，结果送R000000010 00110000 ; OUT R0R0 的值送OUT 单元显示00000011 11100000 ; JMP START跳转至00H 地址00000100 0000000000000101 01010000 ; HLT停机三、项目要求及分析：1. 试修改现有的指令系统，将加法指令的功能修改为R0的内容和某个存储单元的内容相加;增加存数、取数和减法三条机器指令，指令助记符分别为STA、LAD 和SUB，指令操作码分别为十六进制的60、70和80。
简单模型机实验报告
简单模型机实验报告篇一：模型机实验报告HUNAN UNIVERSITY课程实习报告题目：模型机学生姓名学生学号 XX0801328专业班级计算机科学与技术（3）班指导老师方恺晴完成日期思考题：1. 给定一个复合运算式子以及指令码IR[7..5]与八位BUS总线对应情况。
要求写出七条指令新的指令码并写出复合运算执行mif文件。
修改模型机电路调试程序以实现复合运算。
例：已知A=55H，B=8AH，C=F0H；IR[7..5]对应BUS8,BUS1,BUS3；写出(Aplus/B)^(/(/CplusB))的mif文件，并在模拟机上实现。
答：模拟机电路修改如下：存储器预设指令重设：计算结果：(A+/B)^(/(/C+B))=42H2. Microcomputer.vhd代码中进程ct1，ct2，ct3，ct4功能划分依据是什么？ct1：微序列控制器下址跳转。
ct2：实现各种指令，主要集中在实现从存储器或者寄存器释放数据到总线上。
ct3：完成各种指令，从总线上装载数据到相应的存储器或者寄存器中。
ct4：生成下址，判断下址生成方式，根据不太那个的方式生成下址。
3. Microcomputer.vhd代码中如何定义并初始化RAM？type ram is array(0 to 37)of std_logic_vector(7 downto 0); --38*8ramsignal ram8:ram:=(x”20”, x”1e”, x”80”, x”40”, x”20”, x”20”, x”1d”, x”c0”, x”20”, x”40”, x”21”, x”20”, x”1f”, x”80”, x”40”, x”22”, x”20”, x”1e”, x”c0”, x”22”, x”80”, x”e0”, x”21”, x”40”, x”23”, x”60”, x”23”, x”a0”, x”00”, x”55”, x”8a”, x”f0”,others=>x”00”) –initialize ram44. Microcomputer.vhd代码中bus_reg_t2 将ram8存储器中对应于ar中地址单元的数据取出来放到bus_reg_t2寄存器中。
机组实验报告三—非常简单CPU与相对简单的CPU模拟器实验
非常简单CPU与相对简单的CPU模拟器实验实验目的：本次实验主要是在非常简单和相对简答的CPU模拟器上观察程序的运行，更加形象直观的了解CPU中程序运行的各个步骤以及各个寄存器和逻辑单元在各个步骤时发挥的作用。
加深对CPU的分析和理解。
实验方法：在Java Runtime Eviroment软件平台下通过运行CPU模拟器，输入指令程序，然后运行，直接观察CPU的寄存器部分和状态图部分的运行，记录并进行分析，理解。
实验准备：在启动模拟器之前必须先行安装Java Runtime Eviroment软件，准备好VSCPU.zip、RSCPU.zip两个文件，并建目录“c:\实验”，将VSCPU.zip、RSCPU.zip 放置其中。
实验步骤与CPU的截图分析：一、非常简单的ＣＰＵ模拟器：在做好前面的准备工作后，即可以开始非常简答的ＣＰＵ模拟器模拟：1、先将目录c:\实验下的VSCPU.zip解压至D:\vscpu2、打开D:\vscpu\VSCPU中的index.html页面以运行“非常简单CPU模拟器”。
如下图所示的页面：3、观看该模拟器使用方法的动画：（如果了解操作步骤此步也可以省略）D:\vscpu\VSCPU\Very Simple-FLASH\VerSimpleCPUSCREEN.html。
４、输入教材P168页程序，在模拟器中观察程序的运行。
如下图所示：分析：在输入程序的时候，应注意像２７Ｈ，３９Ｈ这些数据前面要加上ＤＢ，并且要有空格，然后才能运行程序。
上面的六行指令是书上的指令，下面就是要运行一下，动态观察ＣＰＵ的运行过程。
运行ＣＰＵ模拟器的步骤如下：首先在输完代码之后要先进行编译，点击Ａssemble按钮你，编译成功，后分别点击1、View Register Section 按钮，即是CPU寄存器部分的运行图2、View Memory按钮，即是内存部分的运行图3、View Control Unit按钮，即是控制单元的运行图，分别从这三个图观察CPU 的运行过程。
cpu设计实验报告
cpu设计实验报告CPU设计实验报告1. 引言计算机是现代社会不可或缺的工具，而中央处理器（CPU）则是计算机的核心组件之一。
本实验旨在设计和实现一个简单的CPU，以加深对计算机组成原理的理解，并通过实践掌握CPU的基本工作原理。
2. CPU设计概述我们的CPU设计基于冯·诺依曼结构，包括指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）、算术逻辑单元（ALU）和寄存器文件等关键组件。
CPU的指令集采用RISC（精简指令集计算机）风格，指令长度为32位。
3. 指令集设计我们设计了一套简单的指令集，包括算术运算指令（加法、减法、乘法、除法）、逻辑运算指令（与、或、非）以及数据传输指令（加载、存储）。
指令的格式包括操作码、源操作数和目标操作数。
4. 寄存器文件设计寄存器文件是CPU中用于存储数据的重要组件。
我们设计了一个包含8个通用寄存器的寄存器文件，每个寄存器的宽度为32位。
通过寄存器文件，CPU能够高效地进行数据的读取和存储。
5. 控制单元设计控制单元是CPU中的重要模块，负责解析指令并控制各个组件的操作。
我们设计了一个简单的控制单元，使用有限状态机（FSM）来实现指令的解析和控制信号的生成。
控制单元根据指令的操作码，决定对应的操作，并将操作所需的控制信号发送给其他组件。
6. 数据通路设计数据通路是CPU中各个组件之间的数据传输路径。
我们设计了一个简单的数据通路，包括指令寄存器、程序计数器、寄存器文件、算术逻辑单元等。
数据通路能够将指令中的操作数从寄存器文件中读取出来，并将运算结果写回到寄存器文件。
7. CPU实现与验证我们使用硬件描述语言（HDL）对CPU进行实现，并通过仿真和测试验证其正确性。
通过编写测试程序，我们能够对CPU的各个指令进行测试，并检查其运行结果是否符合预期。
8. 结果与分析经过测试，我们的CPU能够正确执行设计的指令集，并产生正确的运算结果。
通过性能测试，我们还评估了CPU的运行速度和效率，并与其他现有的CPU进行了比较。
CPU 与简单模型机设计实验
《计算机组诚愿理》实验报告实验序号：04 实验项目名称： CPU 与简单模型机设计实验（2）载入指令文件，进行验证：（3）运行指令（程序）：将时序与操作台单元的开关KK1 和KK3 置到‘运行’档，实验类型选择简单模型机，CON单元中按CLR清零，检测结果是否与预测的一致。
四、实验结果与数据处理(过程分析):(1)启动IN单元，向其中输入操作数（这里值为03）；（2）启动程序计数器（PC），然后自动进行加1操作，将指令地址存放到地址寄存器（AR）；（3）从存储器当中读取指令，并将它存放到指令寄存器（IR）当中，然后对指令进行编译处理，形成控制信号，来控制各个部件的工作；（4）启动读操作，将IN单元当中操作数（03）读入到R0寄存器；（5）接着从PC中取出第二条指令的地址，并自动加1,并将它存放到AR当中；（6）从存储器当中取出第二条指令，并将它存放到IR当中，并进行编译；（7）将存储器R0中的03值送到A和B当中；（8）启动ALU运算器，执行加操作，并将运算结果送往R0当中；（8）同样从PC当中第三条指令（将运算结果送往OUT单元显示），取指令流程与上述类似；执行操作，将运算结果送往OUT单元进行显示；五、分析与讨论(心得)答：这是一个简单的CPU是由运算器（ALU）、微程序控制器（MC）、通用寄存器（R0），指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）和地址寄存器（AR）组成；这个实验是了解了一些指令：：IN（输入）、ADD（二进制加法）、OUT（输出）、JMP （无条件转移），HLT（停机）；再者，就是观察运行载入的指令文件的过程，通过数据通路图整个过程的变化即数据的流向及处理情况，尝试着去理解CPU在MC的控制下CPU的其他部件（ALU RO IR PC AR）的调用和处理的细节；通过这。
CPU实验报告范文
CPU实验报告范文一、实验目的本次实验的目的是设计和实现一个简单的中央处理器（CPU），通过实践掌握CPU的基本工作原理和实现方法。
二、实验原理1.CPU的基本概念中央处理器（CPU）是计算机的核心部件，负责执行计算机指令和控制计算机的操作。
它由运算器、控制器和寄存器组成。
运算器负责执行算术和逻辑运算，包括加法、减法、乘法、除法等。
控制器负责指挥CPU的工作，通过控制总线实现对内存和其他外部设备的访问。
寄存器是CPU内部的存储器，用于暂时存放指令、数据和中间结果。
2.CPU的实现方法CPU的实现采用组合逻辑电路和时序逻辑电路相结合的方法。
组合逻辑电路是由逻辑门构成的电路，它的输入只依赖于当前时刻的输入信号，输出也只与当前时刻的输入信号有关。
而时序逻辑电路则包含存储元件，其输出不仅与当前时刻的输入信号有关，还与之前的输入信号有关。
CPU的实现过程主要包括以下步骤：（1）设计指令集：确定CPU支持的指令集，包括指令的格式和操作码。
（2）设计控制器：根据指令集设计控制器，确定各个指令的执行过程和控制信号。
（3）设计运算器：根据指令集设计运算器，确定支持的算术和逻辑运算。
（4）设计寄存器：确定需要的寄存器数量和位数，设计寄存器的输入输出和工作方式。
3.实验环境和工具本次实验使用的环境和工具如下：（1）硬件环境：计算机、开发板、示波器等。
（2）软件环境：Win10操作系统、Vivado开发工具等。
三、实验步骤1.设计指令集根据实验要求，我们设计了一个简单的指令集，包括加法、减法、逻辑与、逻辑或和移位指令。
每个指令有特定的操作码和操作数。
2.设计控制器根据指令集设计了一个控制器。
控制器根据指令的操作码产生相应的控制信号，控制CPU内部寄存器、运算器和总线的操作。
3.设计运算器根据指令集设计了一个运算器。
运算器包括加法器、减法器、与门和或门等。
它通过输入的操作数和控制信号完成相应的运算操作。
4.设计寄存器根据实验需求确定了所需的寄存器数量和位数。
基本模型机系统实验报告
一、实验目的1. 了解计算机的基本组成和原理，熟悉计算机硬件和软件的关系。
2. 掌握基本模型机的搭建方法和调试技巧。
3. 通过实验加深对计算机指令系统、微程序控制器和存储器等概念的理解。
二、实验原理计算机是由硬件和软件两部分组成的，硬件主要包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等，软件则是指挥计算机完成各种任务的程序。
本实验通过搭建一个基本模型机，模拟计算机的基本工作过程，让学生深入了解计算机的组成和原理。
三、实验环境1. 实验设备：基本模型机实验箱、连接线、电源、计算机等。
2. 实验软件：Dais-CMH/CMH计算器组成原理教学实验系统。
四、实验内容1. 搭建基本模型机（1）根据实验箱的说明，将CPU、存储器、输入输出设备等硬件连接好。
（2）连接好电源，确保各部分电路正常工作。
（3）使用Dais-CMH/CMH计算器组成原理教学实验系统，编写控制程序，实现基本模型机的运行。
2. 调试基本模型机（1）检查硬件连接是否正确，确保电路无短路、断路等问题。
（2）编写控制程序，实现基本模型机的指令系统。
（3）通过调试，使基本模型机能够按照预期的工作流程运行。
3. 实验步骤（1）搭建基本模型机1）将CPU、存储器、输入输出设备等硬件连接好。
2）连接好电源，确保各部分电路正常工作。
3）使用Dais-CMH/CMH计算器组成原理教学实验系统，编写控制程序，实现基本模型机的运行。
（2）调试基本模型机1）检查硬件连接是否正确，确保电路无短路、断路等问题。
2）编写控制程序，实现基本模型机的指令系统。
3）通过调试，使基本模型机能够按照预期的工作流程运行。
4. 实验结果与分析（1）实验结果通过搭建和调试基本模型机，成功实现了计算机的基本工作过程，包括取指、译码、执行、存储等步骤。
（2）实验分析1）通过实验，加深了对计算机基本组成和原理的理解，认识到硬件和软件的紧密关系。
2）掌握了基本模型机的搭建方法和调试技巧，为以后的学习奠定了基础。
cpu设计实验报告
cpu设计实验报告CPU设计实验报告摘要：本实验旨在设计一个基本的中央处理器（CPU），并通过实验验证其性能和功能。
在设计过程中，我们使用了Verilog硬件描述语言和ModelSim仿真工具。
通过对CPU的设计和仿真实验，我们验证了CPU的正确性和性能，并对其进行了性能分析和优化。
1. 引言CPU是计算机系统中最核心的部件之一，它负责执行计算机指令和控制数据流动。
因此，设计一个高效、稳定的CPU对于计算机系统的性能至关重要。
本实验旨在通过Verilog硬件描述语言和ModelSim仿真工具，设计一个基本的CPU，并验证其性能和功能。
2. 设计过程我们首先对CPU的功能和性能进行了分析和规划，确定了CPU的基本架构和指令集。
然后，我们使用Verilog语言编写了CPU的硬件描述，并通过ModelSim进行了仿真验证。
在设计过程中，我们重点关注了CPU的时序逻辑、数据通路和控制逻辑，确保CPU能够正确地执行指令并保持稳定的性能。
3. 实验结果通过对CPU的设计和仿真实验，我们验证了CPU的正确性和性能。
我们使用了一系列的测试用例对CPU进行了功能和性能测试，并对其进行了性能分析和优化。
实验结果表明，我们设计的CPU能够正确地执行各种指令，并在性能上达到了预期的目标。
4. 总结和展望本实验通过Verilog硬件描述语言和ModelSim仿真工具，设计并验证了一个基本的CPU。
通过实验，我们对CPU的设计和性能有了更深入的了解，并对其进行了性能分析和优化。
未来，我们将进一步完善CPU的设计，提高其性能和功能，以满足计算机系统的需求。
综上所述，本实验为我们提供了一个宝贵的机会，通过实际设计和验证，深入了解了CPU的工作原理和性能特点，为我们今后的学习和研究打下了坚实的基础。
希望通过不懈的努力，我们能够设计出更加高效、稳定的CPU，为计算机系统的发展做出更大的贡献。
cpu实训报告的总结
cpu实训报告的总结
CPU实训报告的总结应包括以下内容：
1. 实验目的：说明实训的目标和意义，即要实现的功能或解决的问题。
2. 实验原理：介绍CPU的基本结构和工作原理，包括数据通路和控制器的组成，以及指令的执行过程。
3. 实验过程：详细描述实际操作过程和所使用的软件或硬件工具，包括实验环境的搭建、所需的材料和设备的准备等。
4. 实验结果：列出实验中的相关数据、图表和实际运行效果，展示实验的完成情况和达到的目标。
5. 实验分析：对实验结果进行分析和解释，并提供相应的性能评估，比较实验结果与预期目标的差异或实验改进的空间。
6. 实验总结：总结实验的收获和体会，说明实训过程中遇到的困难和解决方法，以及自身对CPU工作原理的理解和提升。
7. 实验展望：展望未来可能的进一步工作和改进方向，指出本实训的不足之处和值得改进的地方，提出对CPU实训的改进建议。
总之，CPU实训报告的总结应该简明扼要地总结实验目的、
原理、过程和结果，并结合分析和总结，展望未来的发展方向，提出改进建议。
基本模型机实验报告
基本模型机实验报告一、实验目的本实验旨在通过构建一个基本模型机，深入了解计算机的工作原理，包括数据的二进制表示、指令执行、内存管理以及简单的输入输出。
二、实验设备1. 微处理器（如 Intel 8080）2. 存储器芯片（如 Intel 2114）3. 输入设备（如开关或键盘）4. 输出设备（如LED灯或显示器）5. 电源三、实验步骤步骤一：构建模型机根据实验设备，将微处理器、存储器、输入设备和输出设备连接起来，形成一个简单的模型机。
确保所有连接正确无误，电源供应稳定。
步骤二：数据表示与存储在模型机中，使用二进制数表示数据。
将数据存储在存储器中，并观察数据在存储器中的表示形式。
例如，使用开关模拟二进制数的0和1，将开关按下表示0，不按下表示1。
步骤三：指令执行编写简单的汇编指令，如加法指令，并在模型机上执行。
观察指令的执行过程，包括取指令、解码指令、执行指令和写回结果等步骤。
步骤四：内存管理模拟内存的读写操作，了解内存地址的概念以及如何通过地址访问存储在内存中的数据。
观察内存地址的增加和减少对数据读写的影响。
步骤五：输入输出操作通过输入设备输入数据，观察模型机如何将输入的数据存储在内存中。
然后通过输出设备输出数据，了解输出数据的表示形式。
四、实验结果与分析通过本次实验，我们了解了计算机的基本工作原理，包括数据的二进制表示、指令执行、内存管理和输入输出操作。
在实验过程中，我们观察到微处理器负责执行指令，存储器用于存储数据和指令，输入设备用于输入数据，输出设备用于输出数据。
此外，我们还了解了内存地址的概念以及如何通过地址访问存储在内存中的数据。
五、结论与建议本次实验使我们深入了解了计算机的基本工作原理，并掌握了构建简单模型机的方法。
为了进一步提高实验效果，建议在未来的实验中增加更多的设备和功能，例如中断处理、多任务处理等，以便更全面地了解计算机的工作原理。
同时，建议在实验过程中注重细节和观察，以便更好地理解实验结果和原理。
数电实验丨模型机(CPU)综合设计报告
简易计算机系统综合设计设计报告一、设计目的完整、连贯地运用《数字逻辑》所学到的知识，熟练掌握EDA工具基本使用方法，为学习好后续《计算机原理》课程做铺垫。
二、设计内容①按照给定的数据通路、数据格式和指令系统，使用EDA工具设计一台用硬连线逻辑控制的简易计算机；②要求灵活运用各方面知识，使得所设计的计算机具有较佳的性能；③对所设计计算机的性能指标进行分析，整理出设计报告。
④设计出各个部分的分部件，包括：时序部件：指令寄存器IR，C寄存器，Z寄存器，指令计数器PC，时钟SM，通用寄存器组，IN部件，OUT部件，存储器RAM组合部件：ALU、指令译码器，控制器，位移逻辑，3-1多路复用器。
三、详细设计3.1设计的整体架构3.1.1整个模型机分为14个模块，由若干个时序部件模块、组合逻辑电路模块以及三态门、逻辑门组成。
其中时序部件模块有SM、指令寄存器IR，存储器RAM、指令计数器PC、通用寄存器G_REGISTER、IN模块、OUT模块、Zf模块、Cf模块，组合逻辑电路模块有8重3-1多路复用器、指令译码器command_decoder、控制信号模块CTL、ALU、移位逻辑。
设计的模型机原理图如下：3.1.2数据格式与指令系统3.1.2.1数据格式数据字采用8位二进制定点补码表示，其中最高位（第7位）为符号位，小数点可视为最左或最右，其数值表示范围分别为：-1≤X＜+1或-128≤X＜+127。
3.1.2.2寻址方式指令的高4位为操作码，低4位分别用2位表示目的寄存器和源寄存器的编号，或表示寻址方式。
共有2种寻址方式。
⑴寄存器直接寻址当R1和R2均不是“11”时，R1和R2分别表示两个操作数所在寄存器的地址（寄存器编号），其中R1为目标寄存器地址，R2为源寄存器地址。
R1或R2的值指定的寄存器00A寄存器01B寄存器10C寄存器⑵寄存器间接寻址当R1或R2中有一个为“11”时，表示相应操作数的地址在C寄存器中。
CPU处理器实验设计实验报告
“计算机设计与实践”处理器实验设计报告目录一：实验目的 (2)二：实验环境 (2)三：设计思想 (2)1、CPU接口信号定义 (2)2、CPU设计方案 (3)四：实验设计及测试 (15)1、各模块设计及测试 (15)波形仿真 (15)2、整体的设计及测试 (19)波形仿真 (19)五：下载 (21)六：遇到的问题及解决方法 (25)七：实验体会 (25)一：实验目的1.掌握Xilinx ISE集成开发环境使用方法2.掌握VHDL语言3.掌握FPGA编程方法及硬件调试手段4.深刻理解处理器结构和计算机系统的整体工作原理二：实验环境Xilinx ISE集成开发环境，ModelSim或ISim仿真工具、COP2000实验平台或SD2100数字逻辑设计实验平台或Diligent Nexys3开发板。
三：设计思想1、C PU接口信号定义2、 C PU 设计方案① 指令格式设计1.2. 其他指令15 11 10 28 7 031511 10 8 7 0②微操作定义③节拍划分④各模块设计a)时钟模块模块示意图：模块功能：产生4个节拍，其中，当rst=1时，节拍跳转到T3，并将pc置0.接口说明：信号名位数方向来源/去向备注Clk1I处理器板系统时钟Rst1I处理器板高电平复位T4O取址，运算，4个节拍存储，回写模块b)取指模块模块示意图：模块功能：从内存取出指令。
Rst=1时，pc置0.取出的IR传送给运算，存储，回写模块提供数据，当IRreq=1时，开始从内存取出指令。
当pcupdate=1时，pc接收pcnew的数据，更新pc。
信号名位数方向来源/去向备注T01I时钟模块第一节拍T11I时钟模块第二节拍Rst1I处理器板高有效复位信号PCupdate1I回写模块PC更新信号PCnew16I回写模块PC更新值IRnew16I存储控制模块IR更新值IRreq1O取址模块IR允许信号IR16O存储控制模块导出IR到其他模块PC16O取址模块PC到运算模块c)运算模块模块示意图：模块功能：进行各种运算，并产生进位信号cy和零信号z。
cpu实验报告
cpu实验报告CPU实验报告引言计算机是现代社会不可或缺的工具，而中央处理器（CPU）则是计算机的核心。
CPU的性能直接影响着计算机的运行速度和效率。
为了深入了解CPU的工作原理和性能评估方法，我们进行了一系列的CPU实验。
本报告将详细介绍我们的实验过程、结果和分析。
实验一：CPU的组成与工作原理在第一个实验中，我们学习了CPU的基本组成和工作原理。
CPU由控制单元（CU）和算术逻辑单元（ALU）组成。
CU负责指令的解码和执行，而ALU则处理算术和逻辑运算。
我们通过拆解一台计算机，观察和研究了CPU的内部结构和连接方式。
我们还学习了指令集架构（ISA）和微指令的概念。
这个实验使我们对CPU的组成和工作原理有了更深入的理解。
实验二：CPU性能评估在第二个实验中，我们重点关注CPU的性能评估。
我们使用了一款性能评估工具，通过运行一系列的测试程序来测量CPU的性能。
我们评估了CPU的时钟频率、缓存大小和指令级并行性对性能的影响。
实验结果表明，时钟频率越高，CPU的运行速度越快。
增加缓存大小可以提高CPU的数据访问效率。
指令级并行性的优化也可以显著提升CPU的性能。
这个实验让我们了解了如何评估和优化CPU的性能。
实验三：CPU的架构设计在第三个实验中，我们设计了一款简单的CPU架构。
我们选择了精简指令集计算机（RISC）架构，因为RISC架构具有指令集简单、执行效率高的特点。
我们设计了CPU的指令集、寄存器组和数据通路，并使用硬件描述语言进行了模拟和验证。
通过这个实验，我们深入了解了CPU的架构设计原理和方法。
实验四：CPU的能耗优化在第四个实验中，我们研究了CPU的能耗优化方法。
我们使用了一款能耗监测工具，测量了CPU在不同负载下的能耗情况。
我们还尝试了一些能耗优化技术，如动态电压频率调整（DVFS）和低功耗模式。
实验结果显示，通过调整电压和频率，可以显著降低CPU的能耗。
低功耗模式也能有效减少CPU的能耗。
简单模型机实验报告
简单模型机实验报告篇一：模型机实验报告HUNAN UNIVERSITY课程实习报告题目：模型机学生姓名学生学号 XX0801328专业班级计算机科学与技术（3）班指导老师方恺晴完成日期 XX.5.28思考题：1. 给定一个复合运算式子以及指令码IR[7..5]与八位BUS总线对应情况。
要求写出七条指令新的指令码并写出复合运算执行mif文件。
修改模型机电路调试程序以实现复合运算。
例：已知A=55H，B=8AH，C=F0H；IR[7..5]对应BUS8,BUS1,BUS3；写出(Aplus/B)^(/(/CplusB))的mif文件，并在模拟机上实现。
答：模拟机电路修改如下：存储器预设指令重设：计算结果：(A+/B)^(/(/C+B))=42H2. Microcomputer.vhd代码中进程ct1，ct2，ct3，ct4功能划分依据是什么？ct1：微序列控制器下址跳转。
ct2：实现各种指令，主要集中在实现从存储器或者寄存器释放数据到总线上。
ct3：完成各种指令，从总线上装载数据到相应的存储器或者寄存器中。
ct4：生成下址，判断下址生成方式，根据不太那个的方式生成下址。
3. Microcomputer.vhd代码中如何定义并初始化RAM？type ram is array(0 to 37)of std_logic_vector(7 downto 0); --38*8ramsignal ram8:ram:=(x”20”, x”1e”, x”80”, x”40”, x”20”, x”20”, x”1d”, x”c0”, x”20”, x”40”, x”21”, x”20”, x”1f”, x”80”, x”40”, x”22”, x”20”, x”1e”, x”c0”, x”22”, x”80”, x”e0”, x”21”, x”40”, x”23”, x”60”, x”23”, x”a0”, x”00”, x”55”, x”8a”, x”f0”,others=>x”00”) –initialize ram44. Microcomputer.vhd代码中bus_reg_t2 将ram8存储器中对应于ar中地址单元的数据取出来放到bus_reg_t2寄存器中。
cpu与简单模型机设计实验报告总结
cpu与简单模型机设计实验报告总结
本实验主要是通过设计一个简单的模型机，来了解计算机的基本原理和CPU的功能。
通过实验，我们可以学到计算机CPU的基本工作原理和内部结构，并且学会了如何用电路实现CPU的基本功能。
在本次实验中，我们成功地设计出了一个具有ALU、寄存器、存储器和控制器等主要模块的简单模型机。
通过对这些模块的理解和组合，实现了模型机的功能。
在设计CPU的过程中，我们注意到了CPU的运行需要精确的时钟控制，否则就会导致指令执行出错。
同时，我们也学会了如何通过存储器、寄存器等模块交互来支持指令的执行。
另外，我们还学会了如何设计简单的计算机指令，如加、减、移位等等。
总之，通过本次实验，我们更深入地了解了计算机CPU的基本工作原理和内部结构，并且学会了如何用电路实现CPU的基本功能。
这些知识对我们今后的学习和工作都有重要的意义。
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计算机科学与技术系
实验报告
专业名称计算机科学与技术
课程名称计算机组成与结构
项目名称 CPU与简单模型机设计实验
班级
学号
姓名
同组人员无
实验日期 2015-11-15
一、实验目的
1.掌握一个简单CPU的组成原理；
2.在掌握部件单元电路的基础上，进一步将其构造一台基本模型计算机；
3.为其定义五条机器指令，编写相应的微程序，并上机调试掌握整机概念。
二、实验逻辑原理图与分析
2.1 实验逻辑原理图及分析
本实验要实现一个简单的CPU，并且在此CPU的基础上，继续构建一个简单的模型计算机。
CPU由运算器（ALU）、微程序控制器（MC）、通用寄存器（RO）、指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）和地址寄存器（AR）组成，如图下图所示。
这个CPU在写入相应的微指令后，就具备了执行机器指令的功能，但是机器指令一般存放在主存当中，CPU必须和贮存挂接后，才有实际的意义，所以还需要在该CPU的基础上增加一个主存和基本的输入输出部件，以构成一个简单的模型计算机。
基本CPU构成原理图
系统的程序计数器（PC）和地址寄存器（AR）集成在一片CPLD芯片中。
CLR连接至CON单元的纵情断CLR，按下CLR按钮，将是PC清零，LDPC和T3相与后作为计数器的计数时钟，当LOAD为低时，计数时钟到来后将CPU内总线的数据打入PC。
程序计数器(PC)原理图
2.2 逻辑原理图分析
本模型机；和前面微程序控制器实验相比，新增加一条跳转指令JMP，供有五条指令：IN（输入）、ADD（二进制加法）、OUT（输出）、JMP（无条件转移）、HLT（停机）、其指令格式瑞霞（高4为为操作码）：
其中JMP为双字节指令，其余均为单字节指令，********为addr对应的二进制地址码。
微程序控制器实验的指令是通过手动给出的，现在要求CPU自动从存储器读取指令并执行。
系统涉及到的微程序流程如下图所示，当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P<1>测试。
由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P<1>的测试结果出现多分支。
本机用指令寄存器的高6位（IR7—IR2）作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定为地址单元，剩下的其他地方就可以一条微指令占用控制一个微地址单元随意填写，微程序流程图上的但愿地址为16进制。
当全部为程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，下表即为将下图的微程序流程图按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”。
简单模型机微程序流程图
二进制微代码表
三、数据通路图及分析(画出数据通路图并作出分析)
数据通路图
四、实验数据和结果分析
4.1 实验结果数据和结果数据分析如图所示
联机写入的程序如下：
; //*************************************// ; // // ; // 微控器实验指令文件 // ; // // ; // By TangDu CO.,LTD //
; // // ; //*************************************//
; //** End Of Main Memory Data **//
$P 00 20 ;START:IN RO 从IN单元读入数据送RO $P 01 00 ;ADD RO,RO RO和自身相加，结果送RO $P 02 30 ;OUT RO RO的值送OUT单元显示
$P 03 E0 ;JMP START 跳转至00H地址
$P 04 00
$P 05 50 ;HLT 停机
; //***** End Of Main Memory Data *****//
; //***** Start Of MicroController Data *****//
$M 00 000001 ; NOP
$M 01 007070 ; CON(INS)->IR, P<1>
$M 04 002405 ; R0->B
$M 05 04B201 ; A加B->R0
$M 30 001404 ; R0->A
$M 32 183001 ; IN->R0
$M 33 280401 ; R0->OUT
$M 35 000035 ; NOP
; //** End Of MicroController Data **//
联机写入和校验后，得如下结果：
（1）从IN单元读入数据送至AR。
首先，AR地址为00，计数器PC加1，机器指令代码送至MEM单元，MEM=20。
（2）MEM中的机器指令代码送至IR单元，再到控制器，进行译码操作。
(3)RO寄存器读入IN单元输入的数据
（4）AR地址为01，计数器PC加1，机器指令代码送至MEM单元，MEM=00。
（5）MEM中的机器指令代码送至IR单元，再到控制器，进行译码操作。
（6）将读入的数据送到A暂存器，再送到B暂存器。
最后将RO和自身相加，结果送到RO。
（7）进行计数译码操作，将RO的值送至OUT单元，输出。
（8）再进行计数译码，跳转到00，返回第一条机器指令
4.2 结果数据分析
从IN单元输入的数据是02，最后输出的数据是04，结果是正确的。
五、实验问题分析、思考题与小结
5.1实验问题分析
实验要完整无错误的进行，首先要确保实验接线图连线的正确性才能确保在进行实验时数据通路流向以及数据的的正确性，这样才能到达实验的目的；在进行实验过程中需要理解每一步骤的原因，也加强自己的理解性和掌握程度；实验前要理解实验原理,以便于提高实验效果速率。
5.2 小结
本次实验是CPU与简单模型机设计实验，刚开始可能是真的不懂该实验要干什么，对一些知识点很陌生，完全不知道怎么下手，后来通过老师和同学的帮助，慢慢知道了实验的目的。
难怪别人都说计算机组成原理不懂的通过做实验也就明白了。
当然，在学习实验之前，预习是一定要的，这样更能掌握实验的主要部分，以及操作流程，也能让自己很快的上手，达到老师布置给我们的任务。
还有一次实验就要结束了，希望自己能够做到更好。
得分（百分制）
实验报告分析评价。