组成原理实验系统介绍
计算机组成原理实验报告
计算机组成原理实验报告实验目的，通过本次实验，深入了解计算机组成原理的相关知识，掌握计算机硬件的基本组成和工作原理。
实验一，逻辑门电路实验。
在本次实验中，我们学习了逻辑门电路的基本原理和实现方法。
逻辑门电路是计算机中最基本的组成部分，通过逻辑门电路可以实现各种逻辑运算，如与门、或门、非门等。
在实验中，我们通过搭建逻辑门电路并进行实际操作，深入理解了逻辑门的工作原理和逻辑运算的实现过程。
实验二，寄存器和计数器实验。
在本次实验中，我们学习了寄存器和计数器的原理和应用。
寄存器是计算机中用于存储数据的重要部件，而计数器则用于实现计数功能。
通过实验操作，我们深入了解了寄存器和计数器的内部结构和工作原理，掌握了它们在计算机中的应用方法。
实验三，存储器实验。
在实验三中，我们学习了存储器的原理和分类，了解了不同类型的存储器在计算机中的作用和应用。
通过实验操作，我们进一步加深了对存储器的认识，掌握了存储器的读写操作和数据传输原理。
实验四，指令系统实验。
在本次实验中，我们学习了计算机的指令系统，了解了指令的格式和执行过程。
通过实验操作，我们掌握了指令的编写和执行方法，加深了对指令系统的理解和应用。
实验五，CPU实验。
在实验五中，我们深入了解了计算机的中央处理器（CPU）的工作原理和结构。
通过实验操作，我们学习了CPU的各个部件的功能和相互之间的协作关系，掌握了CPU的工作过程和运行原理。
实验六，总线实验。
在本次实验中，我们学习了计算机的总线结构和工作原理。
通过实验操作，我们了解了总线的分类和各种总线的功能，掌握了总线的数据传输方式和时序控制方法。
结论：通过本次实验，我们深入了解了计算机组成原理的相关知识，掌握了计算机硬件的基本组成和工作原理。
通过实验操作，我们加深了对逻辑门电路、寄存器、计数器、存储器、指令系统、CPU和总线的理解，为进一步学习和研究计算机组成原理奠定了坚实的基础。
希望通过不断的实践和学习，能够更深入地理解和应用计算机组成原理的知识。
解析计算机组成原理实验系统设计与实现
解析计算机组成原理实验系统的设计与实现摘要：本文首先对系统的硬件设计进行了论述和实验，实验一起所采用的是单元式的结构，包括整个的计算机部件的单元电路，用户可以根据自己所设计的模型计算机结构方案对用户的连接方式进行改变，从而构造出结构不同、复杂程度不同的原理性计算机，用此实验对学生们进行教学指导，从而使学生能够清楚的认识到计算机的组成机构及组成系统。
本文在对计算机组成原理课程教学的基础上，掌握了相关技术，并设计和实现了计算机的组成原理实验系统。
关键词：计算机组成原理实验系统；设计与实现中图分类号：tp301-4当今时代，是商业的时代，计算机组成原理实验系统中系统的设计与实现技术并没有得到公开，然而，面对现代教学的要求，用不完善的计算机组成原理实验系统设计与实现进行实验，并不利于增强学生对计算机组成原理的认识。
针对学生的层次及自身能力的不同，一套结构简单、易于实现的组成原理实验系统的设计很有必要，不仅可以使学生对实验有更加深入的了解，同时还能培养学生学习和了解计算机的相关技术，提高自身的理论与实践结合能力。
1系统硬件的设计系统的硬件可以为学生们提供实验的平台，即原理实验仪，由单片机和构成计算机组成的微程序控制器、运算器、输入输出、存储器等基本单元模块组成。
1.1系统的硬件组成实验仪的组成部分如图1所示：图1实验仪的组成结构图实验仪的硬件是以微控制器atmel at89c52为中心，然后再配合其他的各个部件，实现对计算机组成原理的实验教学功能。
1.2mcu at89c52资源分配at89c52资源分配具有一定的标准功能，即8k字节flash闪速存储器，256字节内部ram，32个i/o口线，3个16位定时计时器，一个6量两级中断结构，单个全双工串行通信口，片内震荡及时钟电路等。
同时，at89c52可以通过静态逻辑操作降到最低的0hz，并选用两种软件进行节电的工作。
当空闲时，可以停止cpu的运行工作，但是可以允许ram、计数器、串行通信口等系统的继续工作。
TD-CMA计算机组成原理与系统结构教学实验系统
TD-CMA计算机组成原理与系统结构教学实验系统价格：3980元TD-CMA计算机组成原理与系统结构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的实验设备，该系统与以往的产品相比，主要优点有：．采用了更为先进的计算机部件电路单元，以及更为先进的计算机整机结构设计。
．从部件到整机实验都配有数据通路图实时动态图形调试界面，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，具有更为优秀的示教效果。
．采用VHDL语言、MAXII系列CPLD器件、以及QuartusII工具来开展设计性的实验，具有更好的实用价值。
．更为灵活、更为实用的时序发生电路和本地操作台设计。
．先进和完善的系统监测和保护电路设计，使实验平台更易于维护和使用。
一、系统的功能和特点1．先进丰富的课程内容使用实时动态图形调试实验方法，进行计算机组成原理的实验教学，比以往各种实验设备增加了并行运算器、Cache高速缓存、CPU设计、外总线接口设计、中断、DMA等实验内容，并可开展CISC、RISC、重叠、流水、超标量等先进计算机系统结构的设计和实验研究。
2．先进设计方法和开发工具采用VHDL语言、ALTREA公司最新MAXII系列CPLD器件和先进设计开发工具QUARTUS II来开展设计性的实验，具有更好的实用价值。
3．先进的实时动态图形调试方式系统为各计算机部件（运算器、存储器、控制器）分别提供了实时动态图形调试工具，使得学生可以轻松了解复杂部件的内部结构和操作方法，并可实时跟踪部件的工作状态。
在模型计算机整机调试的图形调试工具方面，系统除提供数据通路图、微程序流程图二种图形调试方式外，还增加了交互式微程序自动生成和当前微指令功能的模拟、系统调试过程的保存及回放等多种先进和实用的调试功能，这些图形调试方式及功能使得实验过程更为形象直观，好教好学，具有更为优秀的示教效果。
4．先进的运算器部件运算器部件由一片CPLD来实现，内含算术、逻辑和移位三个运算部件，其中移位运算采用桶形移位器，各部件独立并行工作，体现了主流运算器设计思想。
计算机组成原理实验报告
计算机组成原理实验报告实验报告运算器实验⼀、实验⽬的掌握⼋位运算器的数据传输格式，验证运算功能发⽣器及进位控制的组合功能。
⼆、实验要求完成算术、逻辑、移位运算实验，熟悉ALU运算控制位的运⽤。
三、实验原理实验中所⽤的运算器数据通路如图2-3-1所⽰。
ALU运算器由CPLD描述。
运算器的输出FUN经过74LS245三态门与数据总线相连，运算源寄存器A和暂存器B的数据输⼊端分别由2个74LS574锁存器锁存，锁存器的输⼊端与数据总线相连，准双向I/O 输⼊输出端⼝⽤来给出参与运算的数据，经2⽚74LS245三态门与数据总线相连。
图2-3-1运算器数据通路图中A WR、BWR在“搭接态”由实验连接对应的⼆进制开关控制，“0”有效，通过【单拍】按钮产⽣的脉冲把总线上的数据打⼊，实现运算源寄存器A、暂存器B的写⼊操作。
四、运算器功能编码算术运算逻辑运算K23~K0置“1”，灭M23~M0控位显⽰灯。
然后按下表要求“搭接”部件控制路。
表2.3.2 运算实验电路搭接表算术运算1.运算源寄存器写流程通过I/O单元“S7~S0”开关向累加器A和暂存器B置数，具体操作步骤如下：2.运算源寄存器读流程关闭A、B写使能，令K18=K17=“1”，按下流程分别读A、B。
3.加法与减法运算令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0100），为算术加，FUN及总线单元显⽰A+B的结果令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=0101），为算术减，FUN及总线单元显⽰A－B的结果。
逻辑运算1.运算源寄存器写流程通过“I/O输⼊输出单元”开关向寄存器A和B置数，具体操作步骤如下：2.运算源寄存器读流程关闭A、B写使能，令K17= K18=1，按下流程分别读A、B。
①若运算控制位设为（M S2 S1 S0=1111）则F=A，即A内容送到数据总线。
②若运算控制位设为（M S2 S1 S0=1000）则F=B，即B内容送到数据总线。
计算机组成原理实验报告_存储系统设计实验
实验四存储系统设计实验一、实验目的本实训项目帮助大家理解计算机中重要部件—存储器，要求同学们掌握存储扩展的基本方法，能设计MIPS 寄存器堆、MIPS RAM 存储器。
能够利用所学习的cache 的基本原理设计直接相联、全相联，组相联映射的硬件cache。
二、实验原理、内容与步骤实验原理、实验内容参考：1、汉字字库存储芯片扩展设计实验1)设计原理该实验本质上是8个16K×32b 的ROM 存储系统。
现在需要把其中一个（1 号）16K×32b 的ROM 芯片用4个4K×32b 的芯片来替代，实际上就是存储器的字扩展问题。
a) 需要4 片4个4K×32b 芯片才可以扩展成16K×32b 的芯片。
b) 目标芯片16K个地址，地址线共14 条，备用芯片12 条地址线，高两位（分线器分开）用作片选，可以接到2-4 译码器的输入端。
c) 低12 位地址直接连4K×32b 的ROM 芯片的地址线。
4个芯片的32 位输出直接连到D1，因为同时只有一个芯片工作，因此不会冲突。
芯片内数据如何分配：a) 16K×32b 的ROM 的内部各自存储16K个地址，每个地址里存放4个字节数据。
地址范围都一样：0x0000～0x3FFF。
b) 4个4K×32b 的ROM，地址范围分别是也都一样：0x000～0xFFF，每个共有4K个地址，现在需要把16K×32b 的ROM 中的数据按照顺序每4个为一组分为三组，分别放到4个4K×32b 的ROM 中去。
HZK16_1 .txt 中的1～4096个数据放到0 号4K 的ROM 中，4097～8192 个数据放到 1 号4K 的ROM 中，8193～12288 个数据放到2 号4K 的ROM 中，12289～16384个数据放到3 号4K 的ROM 中。
c) 注意实际给的16K 数据，倒数第二个4K（8193～12288 个数据）中部分是0，最后4K（12289～16384 数据）全都是0。
计算机组成原理实验报告(四个实验 图)
福建农林大学计算机与信息学院计算机类实验报告课程名称：计算机组成原理姓名：周孙彬系：计算机专业：计算机科学与技术年级：2012级学号：3126010050指导教师：张旭玲职称：讲师2014年06 月22日实验项目列表序号实验项目名称成绩指导教师1 算术逻辑运算单元实验张旭玲2 存储器和总线实验张旭玲3 微程序控制单元实验张旭玲4 指令部件模块实验张旭玲福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：计算机专业：计算机科学与技术年级： 2012级姓名：周孙彬学号： 3126010050 实验课程：实验室号：_______ 实验设备号：实验时间：指导教师签字：成绩：实验一算术逻辑运算单元实验实验目的1、掌握简单运算器的数据传输方式2、掌握74LS181的功能和应用实验要求完成不带进位位算术、逻辑运算实验。
按照实验步骤完成实验项目，了解算术逻辑运算单元的运行过程。
实验说明1、ALU单元实验构成（如图2-1-1）1、运算器由2片74LS181构成8位字长的ALU单元。
2、2片74LS374作为2个数据锁存器（DR1、DR2），8芯插座ALU-IN作为数据输入端，可通过短8芯扁平电缆，把数据输入端连接到数据总线上。
运算器的数据输出由一片74LS244（输出缓冲器）来控制，8芯插座ALU-OUT 作为数据输出端，可通过短8芯扁平电缆把数据输出端连接到数据总线上。
图2-1-1图2-1-22、ALU单元的工作原理（如图2-1-2）数据输入锁存器DR1的EDR1为低电平，并且D1CK有上升沿时，把来自数据总线的数据打入锁存器DR1。
同样使EDR2为低电平、D2CK有上升沿时把数据总线上的数据打入数据锁存器DR2。
算术逻辑运算单元的核心是由2片74LS181组成，它可以进行2个8位二进制数的算术逻辑运算，74LS181的各种工作方式可通过设置其控制信号来实现（S0、S1、S2、S3、M、CN）。
当实验者正确设置了74LS181的各个控制信号，74LS181会运算数据锁存器DR1、DR2内的数据。
计算机组成原理实验指导书 电子科技大学
计算机专业核心硬件课程实验指导书电子科技大学计算机学院实验平台介绍一．硬件部分：1．核心适配板：主控芯片是XILINX公司的SPRTAN XC3S500E（50万逻辑门电路），它具有可编程接口（JTAG），通过并口与PC机相连，该芯片可以反复擦写。
2．实验箱上输入/输出接口：⑴按键开关：键按下为抵电平，弹起为高电平，实验箱上的序号是AN1,AN2。
用它可以形成脉冲信号。
（2个）⑵拨动开关：开关向上为高电平，向下为低电平，实验箱上的序号是K1～K12。
（12个）⑶发光二极管：分成红、绿、黄三种颜色。
高电平点亮，低电平熄灭。
实验箱上的序号是L1～L24。
（24个）(4)8段LED数码管:低电平点亮相应的段。
实验箱上的序号是LED1～LED4。
（4个）3. 用户接口部分二．软件部分：本实验系统的开发软件采用Xilinx公司的ISE集成开发环境。
其软件开发流程：1．创建工程*双击桌面“Xilinx ISE 7.1”；*选择“File” New Project”,屏上显示（图1）；●填写“工程项目名”和文件存放路径。
*点击“下一步”，屏上显示（图2）；●选择所使用芯片的类型、封装等信息；●选择综合工具（Synthesis Tool）（图1）（图2）2.设计输入*在（图3）对话框，输入文件名，同时选左框中的”Verilog Module”*输入Verilog HDL 的源程序代码（图3）3．约束（引脚绑定）*在“Process View”框中，点击“User Constraints”前的‘+’，双击“Assign Package Pins”*在“Design Browser”框中，选“I/O Pins”*在“Design Object List…”框中‘Loc’栏添入芯片的引脚序号，注意在引脚序号前加上字母p；4．综合在“Process View”框中，点击“Synthesize-XST”;5.实现在“Process View”框中，点击“Implement Design”;6.下载在“Process View”框中，点击“Configure Device(Impact)”;●选“Boundary-Scan Mode”●选“Automatically connect to cable….”(注意此时必须将实验目标板通过并口与PC相连，同时打开实验箱的电源！），屏上显示下图。
COP-FLY-I组成原理实验指导书
COP-FLY-I组成原理实验指导书⽬录1 COP-FLY-I硬件结构 (2)2脱机运算器实验 (7)3 存储器实验 (14)4 微程序控制器实验 (18)5 模型计算机的实现 (26)1. COP-FLY-I硬件结构1.1 COP-FLY-I实验系统COP-FLY-I实验系统主要由以下部件构成：运算器电路、控制器电路、存储器电路、地址/时序电路、操作台、显⽰电路、逻辑笔电路以及软硬件通讯电路。
图1.1 COP-FLY-I实验系统整体结构框图1.2 COP-FLY-I实验系统的电⽓结构1、模型计算机时序信号COP-FLY-I模型计算机主时钟MF的频率为1MHz，执⾏⼀条微指令需要3个节拍脉冲T1、T2、T3。
COP-FLY-I模型计算机时序采⽤不定长机器周期，绝⼤多数指令采⽤2个机器周期W1、W2，少数指令采⽤⼀个机器周期W1或者3个机器周期W1、W2、W3。
2、模型计算机组成I 时序发⽣器时序发⽣器集成在时序控制电路⼩板上，产⽣节拍脉冲T1、T2、T3，节拍电位W1、W2、W3，以及中断请求信号ITNQ。
主时钟MF采⽤⽯英晶体振荡器产⽣的1MHz 时钟信号。
T1、T2、T3的脉宽为1微妙。
⼀个机器周期包含⼀组T1、T2、T3。
II运算器运算器集成在⼀⽚EPM1270的芯⽚内，主要由ALU加寄存器堆两部分构成。
寄存器堆包含2-4译码器、4个8位寄存器R0、R1、R2、R3，4选1选择器A，4选1选择器B。
2-4译码器产⽣信号LR0、LR1、LR2和LR3，选择数据线上的数据被保存到R0～R3的哪个寄存器，再由4选1选择器选择将R0～R3中的哪个数据送到ALU的A/B端⼝。
运算器对A端⼝和B端⼝的8位数进⾏加、减、与、或和数据传送5种运算，产⽣8位数据结果、进位标志C和结果为0标志Z。
当信号ALUBUS为1时，将运算的数据结果送数据总线DBUS。
III数据/地址开关AD9～AD010位数据/地址开关AD9～AD0是双位开关，拨到上边表⽰“1”，拨到下边表⽰“0”。
指导-组成原理DICE-CP226实验一至五
实验指导DICE-CP226系统概述1.1 DICE-CP226特点1、采用总线结构DICE-CP226实验系统使用三组总线即地址总线ABUS、数据总线DBUS、指令总线IBUS和控制信号，CPU、主存、外设和管理单片机等部件之间通过外部数据总线传输，CPU内部则通过内部数据总线传输信息。
各部件之间，通过三态缓冲器作接口连接。
2、计算机功能模块化设计DICE-CP2226为实验者提供运算器模块ALU，众多寄存器模块（A，W，IA ，ST，MAR，R0…R3等），程序计数器模块PC，指令部件模块IR，主存模块EM，微程序控制模块〈控存〉uM，微地址计数器模块UPC，组合逻辑控制模块及I/O等控制模块。
各模块间的电源线、地线、地址总线和数据总线等已分别连通，模块内各芯片间数据通路也已连好，各模块的控制信号及必要的输出信号已被引出到主板插孔，供实验者按自己的设计进行连接。
3、智能化控制系统在单片机监控下，管理模型机运行和读写，当模型机停机时，实验者可通过系统键盘，读写主存或控存指定单元的内容，使模型机实现在线开发。
模型机运行时，系统提供单步一条微指令（微单步）、单步一条机器指令（程单步），连续运行程序及无限止暂停等调试手段，能动态跟踪数据，流向、捕捉各种控制信息。
4、提供两种实验模式①手动运行“Hand……”：通过拨动开关和发光二极管二进制电平显示，支持最底层的手动操作方式的输入/输出和机器调试。
②自动运行：通过系统键盘及液晶显示器或PC机，直接接输入或编译装载用户程序<机器码程序和微程序>，实现微程序控制运行。
5、开放性设计运算器采用了EDA技术设计，随机出厂时，已提供一套已装载的方案，能进行加、减、与、或、带进位加、带进位减、取反、直通八种运算方式，若用户不满意该套方案，可自行重新设计并通过JTAG 口下载。
用户还可以设计自己的指令/微指令系统。
系统中已带三套指令/微程序系统，用户可参照来设计新的指令/微程序系统。
计算机组成原理 系统认识及运算器实验报告
2．实验过程
按照实验指导书上的操作将实验箱切换到“手动”，“搭接”模式，然后连接好线，接着按照指导书上的具体操作依次实现算术、逻辑、移位运算。
算数控制
运算表达式
M S2 S1 S0
A
B
运算结果
算术加
A+B
0100
44
22
66
算术减
A-B
0101
44
22
22
左移
RL A
0110
44
22
88
右移
RR A
0111
44
22
22
取B值
B
1000
22
22
A取反
NOT A
1001
44
BB
A减1
A-1
1010
44
43
清零
0
1011
44
22
0
逻辑或
A OR B
1100
44
22
66
逻辑与
A AND B
1101
44
22
00
A加1
A+1
1110
44
45
取A值
A
计算机组成原理实验报告
计算机组成原理实验报告计算机组成原理实验报告引言：计算机组成原理是计算机科学与技术专业的重要课程之一，通过实验可以更好地理解和掌握计算机的组成原理。
本篇实验报告将介绍我们在计算机组成原理实验中所进行的实验内容和实验结果。
实验一：逻辑门电路设计在这个实验中，我们学习了逻辑门电路的设计和实现。
通过使用门电路，我们可以实现与门、或门、非门等基本逻辑运算。
我们首先学习了逻辑门电路的真值表和逻辑代数的基本运算规则，然后根据实验要求，使用逻辑门电路设计了一个简单的加法器电路，并通过仿真软件进行了验证。
实验结果表明，我们设计的加法器电路能够正确地进行二进制数的加法运算。
实验二：数字逻辑电路实现在这个实验中，我们进一步学习了数字逻辑电路的实现。
通过使用多路选择器、触发器等数字逻辑元件，我们可以实现更复杂的逻辑功能。
我们首先学习了多路选择器的原理和使用方法，然后根据实验要求，设计了一个4位二进制加法器电路，并通过数字逻辑实验板进行了搭建和测试。
实验结果表明，我们设计的4位二进制加法器能够正确地进行二进制数的加法运算。
实验三：存储器设计与实现在这个实验中，我们学习了存储器的设计和实现。
存储器是计算机中用于存储和读取数据的重要组成部分。
我们首先学习了存储器的基本原理和组成结构，然后根据实验要求，设计了一个简单的8位存储器电路，并通过实验板进行了搭建和测试。
实验结果表明，我们设计的8位存储器能够正确地存储和读取数据。
实验四：计算机硬件系统设计与实现在这个实验中，我们学习了计算机硬件系统的设计和实现。
计算机硬件系统是计算机的核心部分，包括中央处理器、存储器、输入输出设备等。
我们首先学习了计算机硬件系统的基本原理和组成结构，然后根据实验要求，设计了一个简单的计算机硬件系统，并通过实验板进行了搭建和测试。
实验结果表明，我们设计的计算机硬件系统能够正确地进行指令的执行和数据的处理。
结论：通过这些实验，我们深入学习了计算机组成原理的相关知识，并通过实践掌握了计算机组成原理的基本原理和实现方法。
计算机组成原理实验报告说明
实验一运算器组成实验一、实验目的1、掌握运算器的组成及工作原理；2、了解4位函数运算器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术和逻辑操作的具体实现过程；3、验证带进位控制的运算器功能。
二、实验设备1、EL-JY系列计算机组成及系统结构实验系统一套2、排线若干。
三、工作原理：算术逻辑单元ALU是运算器的核心。
集成电路74LS181是4位运算器，四片74LS181以并／串形式构成16位运算器。
它可以对两个16位二进制数进行多种算术或逻辑运算，74LS181 有高电平和低电平两种工作方式，高电平方式采用原码输入输出，低电平方式采用反码输入输出，这里采用高电平方式。
三态门74LS244作为输出缓冲器由ALU-G信号控制，ALU-G 为“0”时，三态门开通，此时其输出等于其输入；ALU-G 为“1”时，三态门关闭，此时其输出呈高阻。
四片74LS273作为两个16数据暂存器，其控制信号分别为LDR1和LDR2，当LDR1和LDR2 为高电平有效时，在T4脉冲的前沿，总线上的数据被送入暂存器保存。
四、实验内容：验证74LS181运算器的逻辑运算功能和算术运算功能。
五、实验步骤1、按照实验指导说明书连接硬件系统；2、启动实验软件，打开实验课题菜单，选中实验课题打开实验课题参数对话窗口：1)、在数据总线上输入有效数据，按"Ldr1"，数据送入暂存器1；2)、在数据总线上输入有效数据，按"Ldr2"，数据送入暂存器2；3)、在S3...Ar上输入有效数据组合，按"ALU功能选择端"，运算器按规定进行运算，运算结果送入数据缓冲器；4)、按"ALU_G"，运算结果送入数据总线。
5)、执行完后，按"回放"，可对已执行的过程回看。
6)、回放结束后，按"继续"（继续按钮在点击回放后出现），进行下次数据输入。
计算机组成原理的实验报告
计算机组成原理的实验报告一、实验目的本次实验的主要目的是深入理解计算机组成原理中的关键概念和组件，通过实际操作和观察，增强对计算机硬件系统的认识和掌握能力。
具体包括：1、了解计算机内部各部件的工作原理和相互关系。
2、熟悉计算机指令的执行流程和数据的传输方式。
3、掌握计算机存储系统的组织和管理方法。
4、培养分析和解决计算机硬件相关问题的能力。
二、实验设备本次实验使用的设备包括计算机、逻辑分析仪、示波器以及相关的实验软件和工具。
三、实验内容1、运算器实验进行了简单的算术运算和逻辑运算，如加法、减法、与、或等操作。
观察运算结果在寄存器中的存储和变化情况。
2、控制器实验模拟了指令的取指、译码和执行过程。
分析不同指令对计算机状态的影响。
3、存储系统实验研究了内存的读写操作和地址映射方式。
考察了缓存的工作原理和命中率的计算。
4、总线实验观察数据在总线上的传输过程和时序。
分析总线竞争和仲裁的机制。
四、实验步骤1、运算器实验步骤连接实验设备，将运算器模块与计算机主机相连。
打开实验软件，设置运算类型和操作数。
启动运算，通过逻辑分析仪观察运算过程中的信号变化。
记录运算结果，并与预期结果进行比较。
2、控制器实验步骤连接控制器模块到计算机。
输入指令序列，使用示波器监测控制信号的产生和变化。
分析指令执行过程中各个阶段的状态转换。
3、存储系统实验步骤搭建存储系统实验电路。
进行内存读写操作，改变地址和数据，观察存储单元的内容变化。
分析缓存的替换策略和命中率的影响因素。
4、总线实验步骤连接总线模块，配置总线参数。
多个设备同时发送数据，观察总线的仲裁过程。
测量数据传输的时序和带宽。
五、实验结果与分析1、运算器实验结果加法、减法等运算结果准确，符合预期。
逻辑运算的结果也正确无误。
观察到在运算过程中，寄存器的值按照预定的规则进行更新。
分析：运算器的功能正常，能够准确执行各种运算操作，其内部的电路和逻辑设计合理。
2、控制器实验结果指令能够正确取指、译码和执行，控制信号的产生和时序符合指令的要求。
计算机组成原理实验指导
计算机组成原理实验指导一、实验介绍计算机组成原理实验是计算机科学与技术专业学生必须进行的一项重要实践活动。
通过实验，学生可以巩固所学的理论知识，了解计算机内部各个组成部分的工作原理，培养解决问题的能力和团队合作精神。
二、实验目的本次实验的主要目的是通过搭建计算机的基本组成部分，深入理解计算机的结构以及各组件的功能和相互之间的关系。
具体目标如下：1. 理解计算机的五大基本组成部分（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备）的作用和原理。
2. 掌握如何进行计算机系统平台的搭建，包括选择合适的硬件和软件，进行组装和配置。
3. 学习使用相关工具和软件，进行计算机各组件的调试和测试。
三、实验准备1. 实验所需材料和设备列表：- 计算机主机- 显示器- 键盘和鼠标- 适配器和线缆- 操作系统安装光盘- 实验指导书和实验报告模板2. 实验环境准备：- 确保实验室或实验场地的安全和舒适性。
- 确保计算机硬件设备的正常工作以及软件环境的稳定。
- 检查实验所需软件是否已安装并进行初始化设置。
四、实验步骤1. 硬件组装根据提供的硬件组装指南，将计算机主机的各个组件安装到合适的位置，确保连接牢固。
2. 系统安装将操作系统安装光盘插入主机光驱，按照操作指南进行系统安装。
确保系统安装过程中的参数设置正确。
3. 硬件配置和调试启动计算机，按照引导界面进行硬件配置和调试，确保各个硬件设备能够正常工作。
如有异常情况，根据实验指导书的相关内容进行故障排查。
4. 软件配置和测试根据实验指导书的具体要求，安装和配置相关软件。
完成配置后，进行系统测试，确保软件和系统的兼容性和稳定性。
5. 实验报告撰写根据实验过程中的观察和实验结果，撰写实验报告。
报告可以包括实验目的、实验所用材料和设备、实验过程、实验结果、实验心得等内容。
五、实验注意事项1. 注意个人和他人的安全。
在实验过程中，要注意电器设备的正确使用和安全操作。
2. 硬件设备的连接要牢固可靠。
EL-JY-Ⅱ计算机组成原理实验系统介绍
第一部分EL-JY-Ⅱ计算机组成原理实验系统介绍EL-JY-Ⅱ型计算机组成原理实验系统是为计算机组成原理课的教学实验而研制的，涵盖了目前流行教材的主要内容，能完成主要的基本部件实验和整机实验，可供大学本科、专科、成人高校以及各类中等专业学校学习《计算机组成原理》、《微机原理》和《计算机组成和结构》等课程提供基本的实验条件，同时也可供计算机其它课程的教学和培训使用。
一、基本特点：1、本系统采用了新颖开放的电路结构：（1）、在系统的总体构造形式上，采用“基板+ CPU板”的形式，将系统的公共部分，如数据的输入、输出、显示单片机控制及与PC机通讯等电路放置在基板上，它兼容8位机和16位机，将微程序控制器、运算器、各种寄存器、译码器等电路放在CPU板上，而CPU板分为两种：8位和16位，它们都与基板兼容，同一套系统通过更换不同的CPU板即可完成8位机或16位机的实验，用户可根据需要分别选用8位的CPU板来构成8位计算机实验系统或选用16位的CPU板来构成16位计算机实验系统；也可同时选用8位和16位的CPU板，这样就可用比一套略多的费用而拥有两套计算机实验系统，且使用时仅需更换CPU板，而不需做任何其它的变动或连接，使用十分方便。
（2）、本系统提供有面包板和CPLD实验板（可选），学生能自己设计实验内容，达到开拓思维，提高创新和设计能力的目的。
2、本系统上安装有63个拨动开关、4个按钮开关和65个发光二极管，既可在单片机的控制下进行编程和显示，完成实验，也可与PC机联机使用，可在PC机上进行编程、传送、装载程序、调试和运行等操作；还可以手动的方式完成全部的实验，并具备单步执行一条微指令、单步执行一条机器指令、连续运行程序、联机打印等功能，几种操作方式可按需要任意选择一种使用，切换方便。
3、控制器采用微程序方案，支持动态微程序设计，微程序指令的格式及定义均可由用户自行设计并装入由EEPROM构成的控存中。
电子科技大学中山学院计算机组成原理实验1系统认识实验
实验一系统认识实验1. 实验目的(1) 建立对计算机组成及其原理的基本认识；(2) 熟悉实验箱的构成；(3) 熟悉联机软件CMA的使用。
2. 实验设备TD-CMA 教学实验系统一套，PC机一台。
3. 实验原理3.1 计算机系统的基本组成一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两部分组成的，二者是一个有机的整体，必须协同工作才能发挥计算机的作用。
3.1.1 数字计算机的组成一台典型的数字计算机是由五大部分组成的，即运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备。
其基本硬件结构图如图1-1所示。
图1-1 数字计算机的基本硬件结构图运算器：是用来进行算术和逻辑运算的部件。
它由算术逻辑部件(ALU)和若干通用寄存器组成。
它的主要功能是进行加、减、乘、除等算术运算和实现“与”、“或”、“非”等逻辑运算。
存储器：用来存放程序和数据的部件。
它以单元为单位线性编址，按地址读／写其单元。
输入／输出设备：计算机由输入设备接受外部信息，通过输出设备将信息送往外部。
控制器：负责协调上述部件的操作，发出控制命令，是计算机的指挥中心。
它从存储器中取出指令，进行分析，然后发出由该指令规定的一系列微操作命令，通过控制所有其他部件来完成指令规定的功能。
通常，又把运算器和控制器合在一起称为中央处理器，即CPU。
由图1－1可以看出，在计算机中，基本上有两股信息在流动：一种为数据信息流，即各种原始数据、中间结果、程序等；而另一股为控制信息流，即由控制器发出的一系列微命令序列，用来控制装置的启动或停止，控制运算器按一定的步骤进行各种运算和处理，控制存储器进行读／写，控制输出设备输出结果等。
3.1.2 数字计算机的工作原理虽然计算机技术已经发展了几十年，计算机体系结构也发生了许多演变，但计算机一般还是基于冯·诺依曼原理来工作的。
冯·诺依曼机的主要特点如下：(1)计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件构成；(2)用二进制码表示指令和数据；(3)采用存储程序的工作方式。
计算机组成原理实验报告
实验步骤：（要求配图及说明性文字）
一、对6116进行配置，使/CS与/WE都为低电平，/OE不作要求，保证存储芯片有效
1、向09H地址写入数据F0H，显示结果如图所示：
2.依据熟悉的74LS138译码器，学习使用74LS244或74LS374。对其中一个进行三次以上配置实验总结其功能性说明。
实验步骤：（要求配图及说明性文字）
一、对于74LS138译码器，控制G1、G2A、G2B为1、0、0，再对输入端进行配置，查看/Y0~/Y7的有效信号：
1、输入端C、B、A分别是0、0、0，有效信号是/Y0，结果如下图所示：
图2-2
3、向FEH地址写入5BH，显示结果如图所示：
图2-3
二、对74LS244译码器进行四次配置，实验结果分别如下图所示
图2-1
图2-2
图2-3
图2-4
从上面四次简单配置中，可以看出每种输入都对应一种输出，具体有以下几个结论：
1、/OC1、/OC2分别控制输出端1Y、2Y的高阻态，若为1则输出端是高阻态，否则不是；
2、输入端1A、2A分别控制输出端1Y、2Y的输出信号的有效性，若为1，输出则无效，否则有效；
图1-5
6、输入端C、B、A分别是1、0、1，有效信号是/Y5，结果如下图所示：
图1-6
7、输入端C、B、A分别是1、1、0，有效信号是/Y6，结果如下图所示：
图1-7
8、输入端C、B、A分别是1、1、1，有效信号是/Y7，结果如下图所示：
图1-8
如上图所示，要使/Y6有效各引脚的设置分别是0、1、1、0、0、1。
计算机组成原理实验
1. 采用 Cache-Memory 存储层次。 2. 地址长度为 16 位，数据寄存器长度 16 位，存储字长是 8 位，采用小端存储模式。 3. Cache 采用二路组相联，Cache 大小为 1KB，每个字块 4 个字，字长为 2B。 4. 能根据有效地址读 Cache 和内存，把数据读入数据寄存器中；能根据有效地址把
1、 运算器由 ALU，状态寄存器，通用寄存器组成。 2、 ALU 能够进行加、减、乘、除等四则运算，与、或、非、异或等逻辑运算以及移
位求补等操作。其中乘除法要实现原码 1 位乘、补码 1 位乘（Booth）、原码加减 交替除法、补码加减交替除法 4 种算法。选作原码/补码 2 位乘算法。 3、 通用寄存器组用于保存参加运算的操作数和运算结果。 4、 状态寄存器用于记录算术、逻辑运算的结果状态。程序设计中，这些状态通常用 作条件转移指令的判断条件，所以又称为条件码寄存器。一般均设置如下几种状 态位：零标志位（Z），负标志位（N），溢出标志位（v），仅为或借位标志（C）。 【输入】从 ins_input.txt 读入。每行有一个操作码和两个操作数，用空格分开，操作数用原 码表示。 e.g. Add 0.110111 1.101110 Sub 0.100111 0.101011 Mul 1.101110 0.110111 【输出】将运算过程和结果输入到 output.txt 例如： ori_onebit_times [x]ori=1.101110 [y]ori=0.110111 x*=0.101110 y*=0.110111 0.000000 110111 + 0.101110 -------------------------------0.101110 0.010111 0 11011 + 0.101110 -------------------------------1.000101 0 0.100010 10 1101 + 0.101110 -------------------------------1.010000 10 0.101000 010 110 0.010100 0010 11 + 0.101110 -------------------------------1.000010 0010 0.100001 00010 1 + 0.101110 --------------------------------
TEC—4计算机组成原理实验系统(学生用书)
计算机组成原理实验指导（学生用书）天津城建学院计算机系2003年9月第一节 TEC—4计算机组成原理实验系统TEC—4计算机组成原理实验系统由邮电大学计算机学院、清华同方教学仪器设备公司、拓普威电子技术联合研制。
它是一个8位计算机模型实验系统，可用于大专、本科、硕士研究生计算机组成原理课程、计算机系统结构课程的教学实验，对提高学生的动手能力、提高学生对计算机整体和各组成部分的理解、提高学生的计算机系统综合设计能力都会有很大帮助。
一、TEC—4计算机组成原理实验系统特点1．计算机模型简单、实用，运算器数据通路、控制器、控制台各部分划分清晰。
2．计算机模型采用了数据总线和指令总线双总线体制，能够实现流水控制。
3．控制器有微程序控制器或者硬布线控制器两种类型，每种类型又有流水和非流水两种方案。
4．寄存器堆由1片ispLSI1016组成，运算器由1片ispLSI1024组成，设计新颖。
5．实验台上包括了1片在系统编程芯片ispLSI1032，学生可用它实现硬布线控制器。
6．该系统能做运算器组成、双端口存储器、数据通路、微程序控制器、中断、CPU组成与机器指令执行、流水微程序控制器、硬布线控制器、流水硬布线控制器等多种实验。
7．电源部分采用模块电源，重量轻，具有抗电源对地短路能力。
8．采用自锁紧累接接线方式，接线可靠。
二、TEC—4计算机组成原理实验系统的组成TEC—4计算机组成原理实验系统由下述六部分组成：1．控制台2．数据通路3．控制器4．用户自选器件试验区5．时序电路6．电源部分下面分别对各组成部分予以介绍。
三、电源电源部分由一个模块电源、一个电源插座、一个电源开关和一个红色指示灯组成。
电源模块通过四个螺栓安装在实验台下面。
它输出+5V电压，最大负载电流3安培,置自恢复保险功能,具有抗+5V对地短路能力。
电源插座用于接交流220伏市电，插座装有保险丝。
电源开关用于接通或者断开交流220伏市电。
当电源模块输出+5V时，点亮+5V红色指示灯。
TEC-8计算机组成原理实验31200
实验设备
TEC-8计算机组成原理实验系统1台； TDS1001数字存储示波器1台；
一 运算器组成实验
实验目的: ⑴熟悉逻辑测试笔的使用方法。 ⑵熟悉TEC-8模型计算机的节拍脉冲T1、T2、T3； ⑶熟悉双端口通用寄存器组的读写操作； ⑷熟悉运算器的数据传送通路； ⑸验证74LS181的加、减、与、或功能； ⑹按给定的数据，完成几种指定的算术、逻辑运算
ALU由2片74LS181、1片74LS74、1片74 LS 244、1片74 LS 245和1片74LS30构成。 74LS181完成算术逻辑运算，加法和减法同时
参考连线：
数据 通路
RD0
RD1
RS0
RS1
DRW
电平 开关
K0
K1
K2
K3
K4
数据 通路
LDC
电平 开关
K5
LDZ S0 S1 S2 S3 M
四 微程序控制器组成实验
⑴掌握微程序控制器的原理 ⑵掌握TEC-8模型计算机中微程序控制器的
实现方法，尤其是微地址转移逻辑的实现 方法。 ⑶理解条件转移对计算机的重要性。
ZC
数据总线 DBUS
INS7—INS0
M S0
ABUS
S1 S2
ALU
LDC
S3
LDZ
CIN A端口
B端口
T3
MBUS MEMW
电平 开关
MBUS
K15
LAR MEMW
K10 K11
LPC
K12
ARINC PCINC PCADD
GND GND GND
实验任务
将实验电路与控制台的有关信号进行线路连接，方 法同前面的实验。
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第一部分EL-JY-Ⅱ计算机组成原理实验系统介绍EL-JY-Ⅱ型计算机组成原理实验系统是为计算机组成原理课的教学实验而研制的，涵盖了目前流行教材的主要内容，能完成主要的基本部件实验和整机实验，可供大学本科、专科、成人高校以及各类中等专业学校学习《计算机组成原理》、《微机原理》和《计算机组成和结构》等课程提供基本的实验条件，同时也可供计算机其它课程的教学和培训使用。
一、基本特点：1、本系统采用了新颖开放的电路结构：（1）、在系统的总体构造形式上，采用“基板+ CPU板”的形式，将系统的公共部分，如数据的输入、输出、显示单片机控制及与PC机通讯等电路放置在基板上，它兼容8位机和16位机，将微程序控制器、运算器、各种寄存器、译码器等电路放在CPU板上，而CPU板分为两种：8位和16位，它们都与基板兼容，同一套系统通过更换不同的CPU板即可完成8位机或16位机的实验，用户可根据需要分别选用8位的CPU板来构成8位计算机实验系统或选用16位的CPU板来构成16位计算机实验系统；也可同时选用8位和16位的CPU板，这样就可用比一套略多的费用而拥有两套计算机实验系统，且使用时仅需更换CPU板，而不需做任何其它的变动或连接，使用十分方便。
（2）、本系统提供有面包板和CPLD实验板（可选），学生能自己设计实验内容，达到开拓思维，提高创新和设计能力的目的。
2、本系统上安装有63个拨动开关、4个按钮开关和65个发光二极管，既可在单片机的控制下进行编程和显示，完成实验，也可与PC机联机使用，可在PC机上进行编程、传送、装载程序、调试和运行等操作；还可以手动的方式完成全部的实验，并具备单步执行一条微指令、单步执行一条机器指令、连续运行程序、联机打印等功能，几种操作方式可按需要任意选择一种使用，切换方便。
3、控制器采用微程序方案，支持动态微程序设计，微程序指令的格式及定义均可由用户自行设计并装入由EEPROM构成的控存中。
4、在显示功能上，采用了红、黄、绿三种颜色的指示灯以及数码管多种形式的显示方法，使整个系统更加美观大方。
二、系统组成：本系统由两大部分组成：1、基板：本部分是8位机和16位机的公共部分，包括以下几个部分：1）数据输入和输出电路2）显示及监控电路3）脉冲源及时序电路4）数据和地址总线5）8255扩展实验电路6）单片机控制电路和键盘操作部分7）与PC机通讯的接口电路8）主存储器电路9）微代码输入及显示电路9）电源电路10）CPLD实验板（选件）11）自由实验区（面包板）2．CPU板：本CPU板为16位机，其数据总线为16位，地址总线为8位，包括以下几个部分：1）运算器电路2）微程序控制器电路3）寄存器堆电路4）程序计数器电路5）指令寄存器电路6）指令译码电路7）地址寄存器电路8）数据和控制总线电路其中，运算器电路中的累加器电路由74LS181及其外围电路组成，此外所有的其它电路都由ALTERA公司的FPGA—EP1K10实现。
板上的JTAG口、芯片EPC2LC20、跳线J1—J6用于配置EP1K10。
当跳线J1—J6均跳至EPC2 OFF时，可通过JTAG口直接配置EP1K10，但断电后需重新配置。
当跳线J1—J6均跳至EPC2 ON时，通过EPC2LC20来配置EP1K10。
系统出厂时，已将配置文件烧录进EPC2LC20。
由于EPC2LC20为非易失性器件，故每次上电时可自动配置EP1K10，无需重新烧录。
三、16位CPU板原理说明（1）运算器电路运算器电路包括累家器电路和移位寄存起电路。
其中累加器电路由4片74LS273和4片74LS181组成，其原理如下：其控制逻辑由EP1K10内部产生，其原理如下：累加器电路的外部接口有：LDR1、LDR2、ALU_G、AR、S3—S0 M CN，其功能见实验一。
CY为进位单元，对应于CY指示灯。
移位寄存器由EP1K10实现，其框图如下：T4为移位时钟，M、S0、S1为功能选择（见实验二），G_299为输出控制，低电平时将寄存器的值送上数据总线。
CY为进位单元，对应于Z指示灯。
DATAL、DA TAH 接至数据总线。
（2）微程序控制电路微程序控制电路电路中，由三片2816作为24位微程序存储器，EP1K10产生控制逻辑。
开关K1、K2、K3的不同组合控制微程序的读、写和运行，六个黄色LED为微地址指示灯。
微控器原理如下图。
以微程序的运行为例：在T2时刻，将MS24—MS1的24位微程序打入微指令寄存器，然后由译码电路对MS24—MS7进行译码，产生地址寄存器、指令寄存器等等电路的控制信号。
MS6—MS1指示下一个微地址，在T3时刻，由机器指令译码器产生的强制微地址信号对MS6—MS1微地址的某几位强行置位，形成下一个微地址输出。
微控器的外部接口有：uAJ1、LDRO1、LDRO2、ALU_GOUT、G_299OUT、AROUT、STA TUS 、AO1、BO1、WEO、WEI、LARI。
在读、写微程序时，uAJ1用于从外部输入微地址；LDRO1、LDRO2、ALU_GOUT、G_299OUT、AROUT、STATUS为运算器电路的控制信号，只要将它们接至运算器电路相应的接口上（STATUS接S3—S1MCN）就能实现微程序对运算器的控制。
AO1、BO1通常接至底板I/O控制电路的1A1B上，用于外部I/O设备的选通控制。
WEO为微控器的读写输出，WEI为外部读写控制电路的输入，控制总线上的WR为外部读写控制电路的输出，其控制电路为：通常将WEO与WEI相连，实现微程序对外部读写的控制。
LARI为地址控制器的输入，以下另作介绍。
除此以外其他控制信号都已接至相应的控制电路。
（3）程序计数器、地址寄存器电路程序计数器和地址寄存器电路由EP1K10实现，其原理如下图所示。
其中LOAD、LPC、LAR、PC_G均为微程序译码产生的控制信号；T3、T4为时钟，LARI为外部输入接口，CLR由底板上的CLR开关提供。
LDATA为数据总线低8位，AL为8位地址总线。
地址寄存器原理为：如PC_G=‘0’，在CLK上升沿锁存DA TI1；如PC_G=‘1’，则在CLK上升沿锁存DA TI2。
（4）寄存器堆、指令寄存器电路寄存器堆和指令寄存器电路由EP1K10实现，其原理如下图所示。
其中LDIR为微程序译码产生的控制信号，T4为时钟，LR、RG为机器指令译码产生的控制信号。
CLKi 的上升沿将数据总线上的数打入寄存器Ri，OEi为低电平时将寄存器Ri的数送上数据总线。
HDA TA和LDATA分别为高8位和低8位数据总线。
CLR由底板上的CLR开关提供。
（5）指令译码器电路指令译码器电路由EP1K10实现，其原理如下图所示。
其中P1、P2、P3、P4、LRi、RAG、RBG、RCG为微程序译码产生的控制信号，T3为时钟，I7—I0为指令寄存器的输出IR，CA1、CA2为机器指令的读、写、运行的控制端，已分别接至控制总线的E4和E5。
SA4—SA0为强制微地址信号，输出至微控制器电路；LDR2—LDR0输出至寄存器堆电路的LR，R0B、R1B、R2B输出至寄存器堆电路的RG。
（6）数据、地址和控制总线电路CPU板上的16个绿色指示灯D15—D0对应于16位数据总线，8个黄色指示灯对应于8位地址总线。
控制总线上的信号除WR外均由底板的CPU产生。
四、底板使用说明底板的系统布局如下图所示。
其中控制开关电路用于开关方式下各种控制信号的输入；键盘及监控显示灯用于键盘方式下的实验；24位微代码输入及显示电路用于读写微程序。
脉冲源及时序电路用于开关方式下产生时序信号；Fin为时钟输入，可接至任何一个脉冲源输出；按下“单脉冲”键时，T+、T-端分别产生一个正脉冲、一个负脉冲；按下“单步”键时，T1、T2、T3、T4端依次产生一个正脉冲，用于程序的单步运行；按下“启动”键时，T1、T2、T3、T4端依次产生连续的正脉冲，用于程序的全速运行；按下“停止”键时，T1、T2、T3、T4端不产生脉冲，用于中止程序运行。
另外数据输入和输出电路、8255接口电路、I/O控制电路、主存储器电路其数据、地址和控制线均通过单排插针引出。
数据输入电路中，DIJ2为高8位数据，DIJ1为低8数据，当DIJ—G位低电平时，DIJ2、DIJ1输出16位开关量数据，否则为高阻态；输出显示电路中，高8位数据通过左边两个数码管显示，低8位数据通过右边两个数码管显示，只有当W/R、D-G均为低电平时，才将D15—D0的数据送数码管显示；I/O控制电底板上的数据总线BD15—BD0和CPU板上的数据线相连，地址总线AD7—AD0和CPU板上的地址线相连。
五、参考实验：1．运算器实验2．移位控制实验3．存储器实验4．微程序控制器实验5．微程序设计实验6．基本实验计算机组成与程序运行实验7．带移位运算实验计算机的组成与程序运行实验8．复杂实验计算机的组成与程序运行实验9．计算机的I/O实验10．总线控制实验11．简单中断处理实验12．基于重叠和流水线技术的ＣＰＵ结构实验13．ＲＩＳＣ模型机实验14．可重构原理计算机组成实验其中实验11—14需配备ALTERA公司的MAXPLUSII软件和本公司的ALTERA下载电缆。
实验1—10上电之前，须将CPU板上的跳线J1—J6跳至EPC ON。