TEC-4计算机组成实验系统
中国地质大学
计算机组成原理实验报告
姓名：刘欣凯
班级：192102-21
学院：计算机学院
学号：20101003356
日期：2011年12月
指导老师：刘超
课程设计组成一：实验介绍及原理；
二：实容验内及实验报告；
三：心得体会;
实验内容：
1：数据通路组成实验；
2：常规型微程序控制组成实验；
3：CPU组成与机器指令执行实验；4：中断原理实验
实验报告组成：
1：实验目的；
2：实验设备；
3：实验电路；
4：实验任务；
5：实验数据；
一、实验介绍及原理
一：TEC-4 计算机组成实验系统简介
TEC-4计算机组成实验系统由清华同方教学仪器设备公司研制。它是一个典型的计算机模型实验仪器，可用于将大专、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。该仪器将提高学生的动手能力就，提高学生对计算机整体和各组成部分的理解，提高学生对计算机系统的综合设计能力。
二：TEC-4计算机组成实验系统的组成
1.控制台
2.数据通路
3.控制器
4.用户自选器件实验区
5.时序电路
6.电源部分
三：时序发生器
时序发生器器产生计算机模型的时序。TEC-4计算机组成原理实验的时序电路如图一，电路采用2片GAL22V10（U6,U7）,可产生两级等间隔时序新号T1-T4和W1-W4。其中一个W由一轮T1-T4循环组成，相当于一个微指令周期；而一轮W1-W4循环可供硬连线控制器执行一条机器指令。
CLR#为复位新号，低有效。试验仪处于任何状态下令CLR#=0，都会使时序发生器和微程序控制器复位；CLR#=0时，则可以正常运行。
TJ是停机新号，是控制器的输出新号之一。连续运行时，如果控制信号停机=1，会使机器停机，停止发送时序脉冲,从而暂停程序。QD是启动信号，是运行程序的标志。DP，DZ，DB是来自控制台的开关信号。DP表示单拍，当DP=1时，每次只执行一条微指令；DZ表示单指，当DZ=1时，每次只执行一条机器指令；当DP，DB，DZ都为0时，机器连续运行。
图一
四：数据通路
TEC-4计算机组成原理实验的数据通路的设计采用了数据总线和指令总线双总线形式，使得流水实验能够实现。它还使用了大规模在系统可编程器件作为运算器和寄存器堆，使得设计简单明了，可修改性强。数据通路位于实验系统的中部。如图二
其包括如下主要部件：
1、运算器ALU，它有一片ispLSI 1024（U47）组成，在选择端S2，S1，S0
控制下，对数据A和B加、减、与、直通、乘五种运算。
2、DR1和DR２运算操作数寄存器；
3、多端口通用寄存器堆ＲＦ
4、暂存寄存器ＥＲ
5、程序计数器ＰＣ、地址加法器ＡＬＵ２；地址缓存器Ｒ４；等等
图二
五：控制器
控制器位于本实验系统的中上部，产生数据通路操作所需的控制信号。如图三
图三
六：控制台
控制台位于TEC-4计算机组成原理实验系统的下部，主要由指示灯和若
干拨动开关组成，用于给数据通路设置数、设置控制信号、显示各种数据使用。
二、实验内容及实验报告
实验一：常规型微程序控制器组成实验
一、实验目的：
1.掌握时序产生器的组成原理。
2.掌握微程序控制器的组成原理。
3.掌握伪指令格式的化简和归并。
二、实验设备：
1.TEC-4计算机组成原理实验仪一台
2.双踪示波器一台
3.直流万用表一只
4.逻辑测试笔一支
三、实验电路：
１：微指令格式与微程序控制器电路
根据给定的１２条机器指令功能和数据通路总体图的控制信号，采用的微指令格式见图五。
图四
微指令字长共３５位，其中顺序控制部分１０位，后续微地址６位，判别字段２５位，各位进行直接控制。微指令格式中，信号名带有后缀“＃＂的信号为低有效，不带有后缀“＃”的信号为高有效信号。
对应微指令格式，微程序控制器的组成见图六，控制器采用５片ＥＥＰＲＯＭ２８Ｃ６４（Ｕ８，Ｕ９，Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２）。微地址寄存器６位，用一片６Ｄ触发器７４ＨＣ１７４（Ｕ１）组成，带有清零端。两级与门、或门构成微地址转移逻辑，用于产生下一微指令的地址。在每个Ｔ１上升沿时刻，新的微指令地址会打入微地址寄存器中，控制存储器随既输出相应的微命令代码。
图五
２、机器指令与微指令
本实验仪使用１２条机器指令，均为单字长（８位）指令。指令功能及格式如表四所示。指令的高4位提供给微程序控制器，低4位提供给数据通路。
上诉12条指令的微程序流程设计如图七，每条微指令可按前述的微指令格
式转换成二进制代码，然后写入5个28C64中。
为了写入的正确，还设计了一下五个控制台操作数程序：
存储器写操作（KWE）：按下复位按钮CLR#后，微地址寄存器状态为全零。此时置SWC=0，SWB=1，SWA=0，按启动按钮后微指令地址转入27H，从而可对RAM 连续进行手动写入。
存储器读操作（KRD）：按下CLR#后，置SWC=0，SWB=0，SWA=1，可对RAM 连续进行读操作。
启动程序（PR）：按下CLR#后，置SWC=0，SWB=0，SWA=0，用数据开关SW7-SW0设置内存中程序的首地址，可以执行“取指”微命令。
写寄存器操作（KLD）：按下CLR#后，置SWC=0，SWB=1，SWA=1，可对寄存器堆中的寄存器连续进行写操作。
读寄存器操作（KRR）：按下CLR#后，置SWC=1，SWB=0，SWA=0，可对寄存器堆中的寄存器连续进行读操作。
图六
四．实验任务：
1.按照实验要求，链接试验台的数码开关K0-K15、控制开关、按钮开关、时钟信号源和微程序控制器。
2.熟悉微指令格式的定义，按此定义将控制台指令微程序的8跳微指令按十六进制编码，列于下表（表五）制台指令的功能由SWC，SWB，SWA三个二进制开关的状态来指定（KRD=001B，KWE=010B，PR=010B）。
单拍（DP）方式执行控制台微程序，读出上述八条微指令，用P字段和微地址指示灯跟踪微指令执行情况，并与上表数据对照。
五、实验数据：
按以上实验步骤得到实验数据如下表（表三）
实验二：CPU组成与机器指令执行实验
一、实验目的：
1.将微程序控制器执行部件（整个数据通路）联机，组成一台模型计算机；
2.用微程序控制器控制模型机数据通路；
3.通过CPU运行九条机器指令（排除有关中断的指令）组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，牢固建立计算机的整机型概念。
二、实验设备：
1.TEC-4计算机组成原理实验仪一台
2.双踪示波器一台
3.直流万用表一只
4.逻辑测试笔一支
三、实验电路：
本次实验用到前面实验中的所有电路，包括运算器、存储器、通用寄存器堆、程序计数器、指令寄存器、微程序控制器等，将几个模块组合成为一台简单计算机。
在本次实验中，数据通路的控制将有微程序控制器来完成。CPU从内存取出一条机器指令到执行指令结束的一个机器指令周期，是有微指令组成的序列来完成的，即一条指令对应一个微程序，其框图如图七
图七
四、实验任务：
1.对机器指令系统组成的简单程序进行译码。将下表的程序按指令格式手工汇编成十六进制机器代码。表四
2、按照图六框图，参考前面实验的电路图完成连线。
a. 将跳线开关J1用短路子短接。时序发生器的输入TJI接控制存储器的输出TJ。控制器的输入C接运算器ALU的C。控制器的输入IR7、IR6、IR5、IR4依次指令寄存器IR的输出IR7、IR6、IR5、IR4。共6条线。
b．控制器的输出LDIR（CER）、LDPC(LDR4)、PC_ADD、PC_INC、M4、LDIAR、LDAR1(LDAR2)、AR1_INC、M3、LDER、IAR_BUS#、SW_BUS#、RS_BUS#、ALU_BUS、CEL#、LRW、WRD、LDDR1(LDDR2)、M1（M2）、S2、S1、S0 依次与数据通路的对应信号连接。共27条线。
c．指令寄存器IR的输出IR0接双端口寄存器堆的RD0、WR0，IR1接RD1、WR1，IR2接RS0，IR3接RS1。共6条线。
合上电源。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态。
3、将表四中的程序机器代码用控制台操作存入内存中，并根据程序的需要，用数码开关SW7-SW0设置通用寄存器R2、R3及其内存相关单元的数据。（注：由
于设置通用寄存器时会破坏内存单元的数据，因此应先设置寄存器的数据，再设置内存数据。）
4、.用单拍（DP）方式执行一遍程序，列表记录通用寄存器堆RF中四个寄存器的数据，以及由STA指令存入RAM中的数据（程序结束后从RAM的相应单元中读出），与理论值作对比。执行时注意观察微地址指示灯、IR/DBUS指示灯、AR2/AR1指示灯、微地址指示灯和判别字段指示灯的值（可以观察到每一条微指令）。
5、以单指（DZ）方式重新执行程序一遍，注意观察IR/DBUS指示灯、AR2/AR1指示灯的值（可以观察到每一条机器指令）。列表记录RF中四个寄存器的数据，以及由STA指令存入RAM中的数据，与理论分析值作对比。（注：单指方式执行程序时，四个通用寄存器和RAM中的原始数据与第一遍执行程序的结果有关。）
6、以连续方式（DB，DP，DZ都设为0）再次执行程序。由于程序中有停机指令STP，程序执行到该指令时自动停机。列表记录RF中四个寄存器的数据，以及由STA指令存入RAM中的数据，与理论分析值作对比。（注：程序执行前的原始数据与第二遍执行结果有关。）
具体的操作步骤如下：
第一步,利用控制台微程序KLD设置通用寄存器R2、R3的值
在本操作中，我们打算使R2 = 60H，R3 = 61H。
1．令DP = 0，DB = 0，DZ =0，使实验系统处于连续运行状态。令SWC = 0、SWB = 1、SWA = 1，使实验系统处于寄存器加载工作方式KLD。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态。
2．在SW7—SW0上设置一个存储器地址，该存储器地址供设置通用寄存器使用。该存储器地址最好是不常用的一个地址，以免设置通用寄存器操作破坏重要的存储器单元的内容。例如可将该地址设置为0FFH。按一次QD按钮，将0FFH写入AR1和AR2。
3．在SW7—SW0上设置02H，作为通用寄存器R2的寄存器号。按一次QD按钮，则将02H写入IR。
4．在SW7—SW0设置60H，作为R2的值。按一次QD按钮，将60H写入IR指定
的R2寄存器。
5．在SW7—SW0上设置03H，作为通用寄存器R3的寄存器号。按一次QD按钮，将03H写入IR。
6．在SW7—SW0设置61H，作为R3的值。按一次QD按钮，将61H写入R3。7．设置R2、R3结束，按CLR#按钮，使实验系统恢复到初始状态。
第二步,利用控制台微程序KWE存程序机器代码
本操作中，我们从00地址开始存10个机器代码：58H，5DH，04H，95H，3EH，1BH，4BH，24H，60H，84H。在60H存入24H，用于给R0置初值；在61H存入83H，用于给R0置初值。
1．令DP = 0，DB = 0，DZ =0，使实验系统处于连续运行状态。令SWC = 0、SWB = 1、SWA = 0，使实验系统处于写双端口存储器工作方式KWE,如图所示。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态。
2．置SW7—SW0为00H，按QD按钮，将00H写入AR1。
3．置SW7—SW0 为58H，按QD按钮，将58H写入存储器00H单元。AR1自动加1，变为01H。
4．置SW7—SW0为5DH，按QD按钮，将5DH写入存储器01H单元。AR1自动加1，变为02H。
5．按QD按钮，使AR1+1。AR1此时为02H。
6．重复进行下去，一直到将84H写入存储器09H单元。按CLR#按钮，使实验系统恢复到初始状态。
7．置SW7—SW0为60H，按QD按钮，将60H写入AR1。
8．置SW7—SW0 为24H，按QD按钮，将24H写入存储器60H单元。AR1自动加1，变为61H。
9．置SW7—SW0 84H，按QD按钮，将83H写入存储器61H单元。按CLR#按钮，使实验系统恢复到初始状态。
第三步,用单拍（DP）方式执行一遍程序。
在单拍执行过程中，首先要随时监测AR2的值和IR的值，以判定程序执行到何处，正在执行哪条指令。监测微地址指示灯和判断字段指示灯，对照微程序流程
图，可以判断出微指令的地址和正在进行的微操作。程序执行的结果如下：
初值：R0未定，R1未定，R2 = 60H，R3 = 61H。存储器60H单元的内容是24H，61H单元的内容是83H。
1． LDA R0,[R2]
执行结果 R2 = 60H，R0 = 24H。
2． LDA R1,[R3]
执行结果 R3 = 61H，R1 = 83H。
3． ADD R0,R1
执行结果 R0 = 0A7H，R1 = 83H，C = 0。
4．JC +5
执行结果转移到03H，因为C = 0。
5．AND R2,R3
执行结果 R2 =60 H，R3 =61H。
6．SUB R3,R2
执行结果 R2 = 60H，R3 = 01H
7．STA R3,[R2]
执行结果 R2 = 60H，R3 = 01H，存储器60单元的内容为01H。
8．MUL R0,R1
执行结果 R0 = 15H，R1 = 83H
9．STP
执行结果：无变化
10．JMP [R1]
执行结果转移到83H。
第一遍执行结束。执行结果是R0 = 15H，R1 = 83H，R2 = 60H，R3 = 01H，存储器60H单元的内容是01H，61H单元的内容是83H。
第四步,用单指（DZ）方式执行一遍程序。
初值: R0 = 15H，R1 = 83H，R2 = 60H，R3 = 01H，存储器60H单元的内容是
01H，61H单元的内容是83H。
1．LDA R0,[R2]
执行结果 R2 = 60H，R0 = 01H。
2．LDA R1,[R3]
执行结果 R3 = 01H，R1 = 5DH。
3．ADD R0,R1
执行结果 R0 = 5EH，R1 = 5DH，C = 0
4．4．JC +5
执行结果转移到03H，因为C = 0。
5．AND R2,R3
执行结果 R2 =00 H，R3 =01H。
6．SUB R3,R2
执行结果 R2 = 00H，R3 = 01H
7．STA R3,[R2]
执行结果 R2 = 00H，R3 = 01H，存储器00单元的内容为01H。
8．MUL R0,R1
执行结果 R0 = 0B6H，R1 = 5DH
9．STP
执行结果：无变化
10．JMP [R1]
执行结果转移到5CH
第二遍执行结束。执行结果是R0 = 9CH，R1 = 5CH，R2 = 00H，R3 = 01H，存储器60H单元的内容是01H，61H单元的内容是83H，00H单元的内容为01H。
第五步,用连续方式执行一遍程序
由于00单元的内容已被修改，因此在执行前应首先恢复00H单元的内容58H。初值：R0 = 0B6H，R1 = 5DH，R2 = 00H，R3 = 01H，存储器60H单元的内容是01H，61H单元的内容是83H，00H单元的内容为58H。
1．LDA R0,[R2]
执行结果 R2 = 00H，R0 = 58H。
2．LDA R1,[R3]
执行结果 R3 = 01H，R1 = 5DH。
3．ADD R0,R1
执行结果 R0 = 0B5H，R1 = 5DH，C = 0
4．4．JC +5
执行结果转移到03H，因为C = 0。
5．AND R2,R3
执行结果 R2 =00 H，R3 =01H。
6．SUB R3,R2
执行结果 R2 = 00H，R3 = 01H
7．STA R3,[R2]
执行结果 R2 = 00H，R3 = 01H，存储器00单元的内容为01H。
8．MUL R0,R1
执行结果 R0 = 41H，R1 = 5DH
9．STP
实验三：中断原理实验
一、实验目的
1、从硬件、软件结合的角度，模拟单级中断和中断返回的过程。
2、通过简单的中断系统，掌握中断控制器、中断向量、中断屏蔽等概念。
3、了解微程序控制器与中断控制器协调工作的基本原理。
二、实验设备
1、TEC-4计算机组成原理实验系统
2、双踪示波器一台
3、直流万用表一只
4、逻辑测试笔一之
三、中断的检测、执行和返回过程
微程序控制器每执行一条机器指令之后，执行下一条机器指令之前，先转到微地址0F出，在条件位平P1=1时判断是否有中断请求INTQ。如果没有，则继续正常的机器指令执行。若检测到中断请求INTQ，首先发出关中断的信号INTC、保存断点信号LDIAR，并且发出停机信号TJ，等待手动设置中断向量。设置好SW7-SW0后，按QD按钮启动，机器将中断向量读入PC中，从而转移到中断服务子程序去执行。
执行一条机器指令IRET，从中断服务之程序返回时，发出IAR-BUS#信号，从中断地址寄存器IAR向数据总线DBUS输出断点地址，再从DBUS依次写入到R4，PC中，恢复执行被中断的程序。
四、实验任务
（1）、了解中断系统中每个信号的意义和变化，并将下面的主程序和中断服务程序手工汇编成十六进制机器代码。
中断服务程序：
(2)、参考CPU组成与机器指令执行实验，再加上中断系统，完成本次实验的线路连接、
（3）、将上述任务（1）的程序代码存入内存中，并根据需要设置通用寄存器组成和内存相关单元的数据。其中，寄存器R1的值应为21H，以便程序循环执行。
（4）、从地址20H执行程序，在程序运行中，按一次控制台的INTR。进入中断后，用单拍方式执行，直至返回主程序为止。
（5）、重复执行（4）两次。
（6）、将RAM中的20H单元的内容由指令INTS改为INTC，重做（4），记录发生的现象。
三、心得体会
经过一个学期对计算机组成原理的学习，我对其有了一定的理解，期末的课程设计是检测我们对这门课的掌握程度以及能不能灵活运用的能力。课程设计开始，看到课本上的方法和步骤感觉蛮简单的，但是在真正做的过程中，我发现事情并不是那么简单的，有写东西虽感觉虽然那么回事，但是却很难通过硬件把它实现。看着手中的器件却不知道该怎样下手，有时还会遇到虽然教材上是这样写的但是做起来它就是不对等等这样或那样的问题。
在做的过程中，我遇到的不只是知识上的问题，还有其它意想不到的问题：比如硬件问题，我有多次碰到机箱有问题的实验台，有的都连好线了却发现机箱有问题，在这种情况下真的很无奈，但是却又没有办法，只能重头再来，相信最终一定会找到好的实验箱来完成实验的，经过这样的困难之后，我做起实验更有耐心了，正是这锻炼了我的心智！
计算机组成原理期末试题
第一章计算机系统概论 计算机的硬件是由有形的电子器件等构成的，它包括运算器、存储器、控制器、适配器、输入输出设备。早起将运算器和控制器合在一起称为CPU（中央处理器）。目前的CPU包含了存储器，因此称为中央处理器。存储程序并按地址顺序执行，这是冯·诺依曼型计算机的工作原理，也是CPU自动工作的关键。 计算机系统是一个有硬件、软件组成的多级层次结构，它通常由微程序级、一般程序级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级组成，每一级上都能进行程序设计，且得到下面各级的支持。 习题：4冯·诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括那些主要组成部分？ 主要设计思想是：存储程序通用电子计算机方案，主要组成部分有：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备 5什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？ 存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。每个存储单元都有编号，称为单元地址。如果某字代表要处理的数据，称为数据字。如果某字为一条指令，称为指令字 7指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？ 每一个基本操作称为一条指令，而解算某一问题的一串指令序列，称为程序 第二章运算方法和运算器 按 对阶操作。
直接使用西文标准键盘输入汉字，进行处理，并显示打印汉字，是一项重大成就。为此要解决汉字的输入编码、汉字内码、子模码等三种不同用途的编码。 1第三章 内部存储器 CPU 能直接访问内存（cache 、主 存） 双端口存储器和多模块交叉存储器属于并行存储器结构。 cache 是一种高速缓冲存储器，是为了解决CPU 和主存之间速度不匹配而采用的一项重要的硬件技术，并且发展为多级cache 体系，指令cache 与数据cache 分设体 系。要求cache 的命中率接近于1 适度地兼顾了二者的优点又尽量避免其缺点，从灵活性、命中率、硬件投资来说较为理想，因而得到了普遍采用。 习题： 1设有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问： （1）该存储器能存储多少个字节的信息？ （2）如果存储器由512K ×8位SRAM 芯片组成，需要多少片； （3）需要多少位地址做芯片选择？ (1)字节M 4832*220= (2)片84*28 *51232*1024==K K (3)1位地址作芯片选择 2 已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用4M ×8位DRAM 芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用内存条结构形式，问： （1） 若每个内存条16M ×64位，共需几个内存条？ （2）每个内存条共有多少DRAM 芯片？ （3）主存共需多少DRAM 芯片？CPU 如何选
北邮高级计算机系统结构实验二三四五
实验二指令流水线相关性分析 ·实验目的 通过使用WINDLX模拟器，对程序中的三种相关现象进行观察，并对使用专用通路，增加运算部件等技术对性能的影响进行考察，加深对流水线和RISC处理器的特点的理解。 ·实验原理： 指令流水线中主要有结构相关、数据相关、控制相关。相关影响流水线性能。·实验步骤 一．使用WinDLX模拟器，对做如下分析： （1）观察程序中出现的数据/控制/结构相关。指出程序中出现上述现象的指令组合。 （2）考察增加浮点运算部件对性能的影响。 （3）考察增加forward部件对性能的影响。 （4）观察转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销。 ·实验过程 一．使用WinDLX模拟器，对做如下分析： } 浮点加、乘、除部件都设置为1，浮点数运算部件的延时都设置为4，如图1： 图1 初始设置 将和加载至WinDLX中，如图2示。
图2 加载程序 1.观察程序中出现的数据/控制/结构相关；指出程序中出现上述现象的指令组合。 1）数据相关 点击F7，使程序单步执行，当出现R-Stall时停止，运行过程中出现下图3所示，输入整数6。 图3 输入整数6 @ 打开Clock Diagram，可以清楚的看到指令执行的流水线如图4所示。 图4 指令流水线 双击第一次出现R-Stall的指令行，如图5所示。
图5 指令详细信息 对以上出现的情况分析如下： 程序发生了数据相关，R-Stall（R-暂停）表示引起暂停的原因是RAW。 lbu r3,0×0(r2) 要在WB周期写回r3中的数据；而下一条指令 & seqi r5,r3,0×a 要在intEX周期中读取r3中的数据。 上述过程发生了WR冲突，即写读相关。为了避免此类冲突， seq r5,r4,0×a的intEX指令延迟了一个周期进行。 由此，相关指令为： 2）控制相关 由图6可以看出，在第4时钟周期：第一条指令处于MEM段，第二条命令处于intEX段，第三条指令出于aborted状态，第四条命令处于IF段。 图 6 指令流水线 }
(完整版)计算机组成原理期末考试试题及答案
计算机组成原理试题 一、选择题（共20分，每题1分） 1．零地址运算指令在指令格式中不给出操作数地址，它的操作数来自____C__。 A．立即数和栈顶； B．暂存器； C．栈顶和次栈顶； D．累加器。 2．___C___可区分存储单元中存放的是指令还是数据。 A．存储器； B．运算器； C．控制器； D．用户。 3．所谓三总线结构的计算机是指_B_____。 A．地址线、数据线和控制线三组传输线。 B．I/O总线、主存总统和DMA总线三组传输线； C．I/O总线、主存总线和系统总线三组传输线； D．设备总线、主存总线和控制总线三组传输线．。 4．某计算机字长是32位，它的存储容量是256KB，按字编址，它的寻址范围是_____B_。 A．128K； B．64K； C．64KB； D．128KB。 5．主机与设备传送数据时，采用___A___，主机与设备是串行工作的。 A．程序查询方式； B．中断方式； C．DMA方式； D．通道。 6．在整数定点机中，下述第___B___种说法是正确的。 A．原码和反码不能表示-1，补码可以表示-1； B．三种机器数均可表示-1； C．三种机器数均可表示-1，且三种机器数的表示范围相同； D．三种机器数均不可表示-1。 7．变址寻址方式中，操作数的有效地址是___C___。 A．基址寄存器内容加上形式地址（位移量）； B．程序计数器内容加上形式地址； C．变址寄存器内容加上形式地址； D．以上都不对。 8．向量中断是___C___。 A．外设提出中断； B．由硬件形成中断服务程序入口地址； C．由硬件形成向量地址，再由向量地址找到中断服务程序入口地址
计算机体系结构实验报告二
实验二结构相关 一、实验目得: 通过本实验,加深对结构相关得理解,了解结构相关对CPU性能得影响。 二、实验内容: 1、用WinDLX模拟器运行程序structure_d、s 。 2、通过模拟,找出存在结构相关得指令对以及导致结构相关得部件。 3、记录由结构相关引起得暂停时钟周期数,计算暂停时钟周期数占总执行 周期数得百分比。 4、论述结构相关对CPU性能得影响,讨论解决结构相关得方法。 三、实验程序structure_d、s LHI R2, (A>>16)&0xFFFF 数据相关 ADDUI R2, R2, A&0xFFFF LHI R3, (B>>16)&0xFFFF ADDUI R3, R3, B&0xFFFF ADDU R4, R0, R3 loop: LD F0, 0(R2) LD F4, 0(R3) ADDD F0, F0, F4 ;浮点运算,两个周期,结构相关 ADDD F2, F0, F2 ; < A stall is found (an example of how to answer your questions) ADDI R2, R2, #8 ADDI R3, R3, #8 SUB R5, R4, R2 BNEZ R5, loop ;条件跳转 TRAP #0 ;; Exit < this is a ment !! A: 、double 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 B: 、double 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 四、实验过程 打开软件,load structure_d、s文件,进行单步运行。经过分析,此程序一 次循环中共有五次结构相关。(Rstall 数据相关Stall 结构相关) 1)第一个结构相关:addd f2,,f0,f2 由于前面得数据相关,导致上一条指令addd f0,f0,f4暂停在ID阶段,所以下一条指令addd f2,,f0,f2发生结构相关,导致相关得部件:译码部件。
计算机组成原理实验
计算机组成原理 一、8 位算术逻辑运算 8 位算术逻辑运算实验目的 1、掌握简单运算器的数据传送通路组成原理。 2、验证算术逻辑运算功能发生器74LS181的组合功能。 8 位算术逻辑运算实验内容 1、实验原理 实验中所用的运算器数据通路如图3－1所示。其中运算器由两片74LS181以并/串形成8位字长的ALU构成。运算器的输出经过一个三态门74LS245(U33)到ALUO1插座，实验时用8芯排线和内部数据总线BUSD0～D7插座BUS1～6中的任一个相连，内部数据总线通过LZD0～LZD7显示灯显示；运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器74LS273（U29、U30）锁存，两个锁存器的输入并联后连至插座ALUBUS，实验时通过8芯排线连至外部数据总线EXD0～D7插座EXJ1～EXJ3中的任一个；参与运算的数据来自于8位数据开并KD0～KD7，并经过一三态门74LS245（U51）直接连至外部数据总线EXD0～EXD7，通过数据开关输入的数据由LD0～LD7显示。 图中算术逻辑运算功能发生器74LS181（U31、U32）的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M并行相连后连至SJ2插座，实验时通过6芯排线连至6位功能开关插座UJ2，以手动方式用二进制开关S3、S2、S1、S0、CN、M来模拟74LS181（U31、U32）的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M；其它电平控制信号LDDR1、LDDR2、ALUB`、SWB`以手动方式用二进制开关LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB来模拟，这几个信号有自动和手动两种方式产生，通过跳线器切换，其中ALUB`、SWB`为低电平有效，LDDR1、LDDR2为高电平有效。 另有信号T4为脉冲信号，在手动方式下进行实验时，只需将跳线器J23上T4与手动脉冲发生开关的输出端SD相连，按动手动脉冲开关，即可获得实验所需的单脉冲。 2、实验接线 本实验用到4个主要模块：⑴低8位运算器模块，⑵数据输入并显示模块，⑶数据总线显示模块，⑷功能开关模块（借用微地址输入模块）。
计算机组成原理期末考试
计算机组成原理试题 一、选择题 （ c ）1、在下列四句话中，最能准确反映计算机主要功能的是下面哪项。 A．计算机可以存储大量信息 B．计算机能代替人的脑力劳动 C．计算机是一种信息处理机 D．计算机可实现高速运算 （ c ）2、计算机硬件能直接执行的只能是下面哪项。 A．符号语言 B．汇编语言 C．机器语言 D．机器语言和汇编语言 （ c ）3、运算器的核心部件是下面哪项。 A．数据总线 B．数据选择器 C．算术逻辑运算部件 D．累加寄存器 （ c ）4、对于存储器主要作用，下面哪项说法正确。 A．存放程序 B．存放数据 C．存放程序和数据 D．存放微程序 （ c ）5、至今为止，计算机中所含所有信息仍以二进制方式表示，其原因是下面哪项。 A．节约元件 B．运算速度快 C．物理器件性能决定 D．信息处理方便（ a ）6、CPU中有若干寄存器，其中存放存储器中数据的寄存器是下面哪项。 A．地址寄存器 B．程序计数器 C．数据寄存器 D．指令寄存器（d？）7、CPU中有若干寄存器，其中存放机器指令的寄存器是下面哪项。 A．地址寄存器 B．程序计数器 C．指令寄存器 D．数据寄存器 （ c ）8、CPU中有若干寄存器，存放CPU将要执行的下一条指令地址的寄存器是下面哪项。 A．地址寄存器 B．数据寄存器 C．程序计数器 D．指令寄存器 （c）9、CPU中程序状态寄存器中的各个状态标志位是依据下面哪项来置位的。 A．CPU已执行的指令 B．CPU将要执行的指令 C．算术逻辑部件上次的运算结果 D．累加器中的数据 （ b ）10、为协调计算机各部件的工作，需要下面哪项来提供统一的时钟。 A．总线缓冲器 B．时钟发生器 C．总线控制器 D．操作命令发生器 （ c ）11、下列各种数制的数中最小的数是下面哪项。 A．(101001)2 B．(52)8 C．（101001）BCD D．(233)H （ d ）12、下列各种数制的数中最大的数是下面哪项。 A．(1001011)2 B．75 C．(112)8 D．(4F)H （ b ）13、将十进制数15/2表示成二进制浮点规格化数（阶符1位，阶码2位，数符1位，尾数4位）是下面哪项。 A．01101110 B．01101111 C．01111111 D．11111111
计算机组成原理 实验4
实验四模型机设计 1 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。 2 实验设备 PC机一台，TD-CMA实验系统一套。 3 实验原理 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（R0），指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）和地址寄存器（AR）组成,如图4-1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。 图4-1 基本CPU构成原理图 除了程序计数器（PC），其余部件在前面的实验中都已用到，在此不再讨论。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单元的总清端CLR，按下CLR按钮，将使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内总线上的数据打入PC。
T3 CLR 图4-2 程序计数器(PC)原理图 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 IN0010 0000IN R0 ADD0000 0000R0 + R0 R0 OUT0011 0000R0 OUT JMP addr1110 0000 ********addr PC HLT0101 0000停机 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。根据以上要求，设计数据通路图，如图4-3所示。 本实验在前一个实验的基础上增加了三个部件，一是PC（程序计数器），另一个是AR（地址寄存器），还有就是MEM（主存）。因而在微指令中应增加相应的控制位，其微指令格式如表4-1所示。
计算机组成原理实验
实验一基础汇编语言程序设计 一、实验目的： 1、学习和了解TEC-XP16教学实验系统监控命令的用法。 2、学习和了解TEC-XP16教学实验系统的指令系统。 3、学习简单的TEC-XP16教学实验系统汇编程序设计。 二、预习要求： 1、学习TEC-XP16机监控命令的用法。 2、学习TEC-XP16机的指令系统、汇编程序设计及监控程序中子程序调用。 3、学习TEC-XP16机的使用，包括开关、指示灯、按键等。 4、了解实验内容、实验步骤和要求。 三、实验步骤： 在教学计算机硬件系统上建立与调试汇编程序有几种操作办法。 第一种办法，是使用监控程序的A命令，逐行输入并直接汇编单条的汇编语句，之后使用G命令运行这个程序。缺点是不支持汇编伪指令，修改已有程序源代码相对麻烦一些，适用于建立与运行短小的汇编程序。 第二种办法，是使用增强型的监控程序中的W命令建立完整的汇编程序，然后用M命令对建立起来的汇编程序执行汇编操作，接下来用G命令运行这个程序。适用于比较短小的程序。此时可以支持汇编伪指令，修改已经在内存中的汇编程序源代码的操作更方便一些。 第三种办法，是使用交叉汇编程序ASEC，首先在PC机上，用PC机的编辑程序建立完整的汇编程序，然后用ASEC对建立起来的汇编程序执行汇编操作，接下来把汇编操作产生的二进制的机器指令代码文件内容传送到教学机的内存中，就可以运行这个程序了。适用于规模任意大小的程序。
在这里我们只采用第一种方法。 在TEC-XP16机终端上调试汇编程序要经过以下几步： 1、使教学计算机处于正常运行状态（具体步骤见附录联机通讯指南）。 2、使用监控命令输入程序并调试。 ⑴用监控命令A输入汇编程序 >A 或>A 主存地址 如：在命令行提示符状态下输入： A 2000↙；表示该程序从2000H（内存RAM区的起始地址）地址开始 屏幕将显示： 2000： 输入如下形式的程序： 2000: MVRD R0，AAAA ；MVRD 与R0 之间有且只有一个空格，其他指令相同 2002: MVRD R1，5555 2004: ADD R0，R1 2005: AND R0，R1 2006: RET ；程序的最后一个语句，必须为RET 指令 2007:（直接敲回车键，结束A 命令输入程序的操作过程） 若输入有误，系统会给出提示并显示出错地址，用户只需在该地址重新输入正确的指令即可。 ⑵用监控命令U调出输入过的程序并显示在屏幕上 >U 或>U 主存地址
《计算机组成原理》期末考试试题及答案
武汉大学计算机学院 2007-2008学年第一学期2006级《计算机组成原理》 期末考试试题A卷答案 __ 学号_______ 班级 ____ _____ 姓名__ _________ 成绩_____ ___ 1．（16分）一浮点数，阶码部分为q位，尾数部分为p位，各包含一位符号位，均用补码表示；该浮点数所能表示的最大正数、最小正数、最大负数和最小负数分别是多少？ 解： 2．在一个具有四体低位多体交叉的存储器中，如果处理器的访存地址为以下十进制。求该存储器比单体存储器的平均访问速率提高多少？（忽略初启时的延迟） （1）1、2、3、…… 32 （10分） （2）2、4、6、…… 32 （10分） 解：设存储器的访问周期为T。 （1）四体低位多体交叉的存储器访问的情况如下： 1、2、3 所需时间= T ； 4、5、6、7 所需时间= T ； 8、9、10、11 所需时间= T ； 12、13、14、15 所需时间= T ； 16、17、18、19 所需时间= T ； 20、21、22、23 所需时间= T ； 24、25、26、27 所需时间= T ； 28、29、30、31 所需时间= T ； 32 所需时间= T ； 四体低位多体交叉的存储器访问所需时间=9T; 单体存储器访问所需时间=32T； 所以平均访问速率提高：32/9倍
（2）四体低位多体交叉的存储器访问的情况如下： 2 所需时间= T ； 4、6 所需时间= T ； 8、10 所需时间= T ； 12、14 所需时间= T ； 16、18 所需时间= T ； 20、22 所需时间= T ； 24、26 所需时间= T ； 28、30 所需时间= T ； 32 所需时间= T ； 四体低位多体交叉的存储器访问所需时间= 9T; 单体存储器访问所需时间=16T； 所以平均访问速率提高：16/9倍 3．（20分）假定指令格式如下： 其中： D／I为直接／间接寻址标志，D／I＝0表示直接寻址，D／I＝1表示间接寻址。 Bit10＝1：变址寄存器I寻址； 设有关寄存器的内容为(I)=063215Q 试计算下列指令的有效地址。（Q表示八进制） (1) 152301Q (2) 140011Q 解： (1) 152301Q＝1 101 010 011 000 001 因为Bitl0(I)＝1，故为变址寄存器寻址，EA＝(I)+A＝063215+301＝063516Q。 (3) 140011Q＝1 100 000 000 001 001 因为D／I＝0，故为直接寻址，EA＝A＝011Q。 4. 已知某运算器的基本结构如图所示，它具有＋(加)、－(减)、和Ｍ(传送)三种操作。 (1) 写出图中1～12表示的运算器操作的微命令；（6分） (2) 设计适合此运算器的微指令格式；（6分） (3) 指令DDA的功能是计算R1、R2和R3三个寄存器的和，若进位C＝0，则R1＋R2→R2；若进位C＝1，则R1＋R2＋R3→R2，画出指令DDA的微程序流程图，并列出微操作序列（取指令流程不写，取指令微指令安排在0号单元中）；（6分） （4）设下址地址为5位，将微程序流程图安排在1～3号单元里；（6分）
计算机组成原理实验七
图16 启停单元布局图 序电路由1片74LS157、2片74LS00、4个LED PLS2、PLS3、PLS4）组成。当LED发光时 图17
图17 时序单元布局图 （二）启停、脉冲单元的原理 1．启停原理：（如图18） 启停电路由1片7474组成，当按下RUN按钮，信号输出RUN=1、STOP=0，表示当前实验机为运行状态。当按下STOP 按钮，信号RUN=0、STOP=1，表示当前实验机为停止状态。当 系统处于停机状态时，微地址、进位寄存器都被清零，并且可 通过监控单元来读写内存和微程序。在停止状态下，当HALT 时有一个高电平，同时HCK有一个上升沿，此时高电平被打入 寄存器中，信号输出RUN=1、STOP=0，使实验机处于运行状态。
图18 启停单元原理图 2．时序电路： 时序电路由监控单元来控制时序输出（PLS1、PLS2、PLS3、PLS4）。实验所用的时序电路（如图19）可产生4个等间隔的时序信号PLS1、PLS2、PLS3、PLS4。为了便于监控程序流程，由监控单元输出PO信号和SIGN脉冲来实现STEP（微单步）、GO （全速）和HALT（暂停）。当实验机处于运行状态，并且是微单步执行，PLS1、PLS2、PLS3、PLS4分别发出一个脉冲，全速执行时PLS1、PLS2、PLS3、PLS4脉冲将周而复始的发送出去。在时序单元中也提供了4个按钮，实验者可手动给出4个独立的脉冲，以便实验者单拍调试模型机。
图19 时序电路图 实验步骤 1．交替按下“运行”和“暂停”，观察运行灯的变化（运行：RUN 亮；暂停：RUN灭）。 2．把HALT信号接入二进制拨动开关，HCK接入脉冲单元的PLS1。按下表接线 接入开关位号 信号定 义 HCK PLS1孔 HALT H13孔 3．按启停单元中的停止按钮，置实验机为停机状态，HALT=1。 4．按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在HCK上产生一个上升
计算机组成原理期末考试试卷及答案(1)
计算机组成原理期末考试试卷（1） 一．选择题（下列每题有且仅有一个正确答案，每小题2分，共20分）1．假设下列字符码中最后一位为校验码，如果数据没有错误，则采用偶校验的字符码的是____。 A. 11001011 B. 11010110 C. 11000001 D. 11001001 2．在定点二进制运算器中，减法运算一般通过______ 来实现。 A. 补码运算的二进制加法器 B. 补码运算的二进制减法器 C. 补码运算的十进制加法器 D. 原码运算的二进制减法器 3．下列关于虚拟存储器的说法，正确的是____。 A. 提高了主存储器的存取速度 B. 扩大了主存储器的存储空间，并能进行自动管理和调度 C. 提高了外存储器的存取速度 D. 程序执行时，利用硬件完成地址映射 4．下列说法正确的是____。 A. 存储周期就是存储器读出或写入的时间 B. 双端口存储器采用了两套相互独立的读写电路，实现并行存取 C. 双端口存储器在左右端口地址码不同时会发生读/写冲突 D. 在cache中，任意主存块均可映射到cache中任意一行，该方法称为直接映射方式 5．单地址指令中，为了完成两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数外，另一个操作数一般采用____寻址方式。 A. 堆栈 B. 立即 C. 隐含 D. 间接 6．指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是______ 。 A．实现存储程序和程序控制 B．提供扩展操作码的可能并降低指令译码难度 C．可以直接访问外存 D．缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性7．下列说法中，不符合RISC指令系统特点的是____。 A. 指令长度固定，指令种类少 B. 寻址方式种类尽量少，指令功能尽可能强 C. 增加寄存器的数目，以尽量减少访存的次数 D. 选取使用频率最高的一些简单指令，以及很有用但不复杂的指令
北邮计算机系统结构实验报告-实验一到五-WINDLX模拟器
北京邮电大学 实验报告 课程名称计算机系统结构 计算机学院03班 王陈(11)
目录 实验一WINDLX模拟器安装及使用......................................... 错误!未定义书签。 ·实验准备................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验内容及要求.................................................................... 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验总结............................................................................. 错误!未定义书签。实验二指令流水线相关性分析 ............................................... 错误!未定义书签。 ·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验总结............................................................................. 错误!未定义书签。实验三DLX处理器程序设计 .................................................... 错误!未定义书签。 ·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 A.向量加法代码及性能分析 ................................................... 错误!未定义书签。 B.双精度浮点加法求和代码及结果分析 .............................. 错误!未定义书签。 ·实验总结............................................................................. 错误!未定义书签。实验四代码优化 ....................................................................... 错误!未定义书签。 ·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验原理................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验总结+实习体会........................................................... 错误!未定义书签。实验五循环展开 ....................................................................... 错误!未定义书签。 ·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验原理................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 矩阵乘程序代码清单及注释说明........................................... 错误!未定义书签。 相关性分析结果........................................................................... 错误!未定义书签。 增加浮点运算部件对性能的影响........................................... 错误!未定义书签。 增加forward部件对性能的影响 ............................................ 错误!未定义书签。 转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销 .. 错误!未定义书签。 ·实验总结+实习体会+课程建议......................................... 错误!未定义书签。
计算机组成原理实验完整版
河南农业大学 计算机组成原理实验报告 题目简单机模型实验 学院信息与管理科学学院 专业班级计算机科学与技术2010级1班 学生姓名张子坡（1010101029） 指导教师郭玉峰 撰写日期：二○一二年六月五日
一、实验目的： 1.在掌握各部件的功能基础上，组成一个简单的计算机系统模型机； 2．了解微程序控制器是如何控制模型机运行的，掌握整机动态工作过程； 3定义五条机器指令，编写相应微程序并具体上机调试。 二、实验要求： 1.复习计算机组成的基本原理； 2.预习本实验的相关知识和内容 三、实验设备： EL-JY-II型计算机组成原理试验系统一套，排线若干。 四、模型机结构及工作原理： 模型机结构框图见实验书56页图6-1. 输出设备由底板上上的四个LED数码管及其译码、驱动电路构成，当D-G和W/R均为低电平时将数据结构的数据送入数据管显示注：本系统的数据总线为16位，指令、地址和程序计数器均为8位。当数据总线上的数据打入指令寄存器、地址寄存器和程序寄存器时，只有低8位有效。 在本实验我们学习读、写机器指令和运行机器指令的完整过程。在机器指令的执行过程中，CPU从内存中取出一条机器指令到执行结束为一个指令周期，指令由微指令组成的序列来完成，一条机器指令对应一段微程序。另外，读、写机器指令分别由相应的微程序段来完成。
为了向RAM中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，必须设计三个控制操作微程序。 存储器读操作（MRD）：拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码器输入CA1、CA2为“00”时，按“单步”键，可对RAM连续读操作。 存储器写操作（MWE）：拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码器输入CA1、CA2为“10”时，按“单步”键，可对RAM连续写操作。 启动程序（RUN）：拨动开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码器输入CA1、CA2为“11”时，按“单步”键，即可转入第01号“取指”微指令，启动程序运行。 注：CA1、CA2由控制总线的E4、E5给出。键盘操作方式有监控程序直接对E4、E5赋值，无需接线。开关方式时可将E4、E5接至控制开关CA1、CA2，由开关控制。 五、实验内容、分析及参考代码： 生成的下一条微地址 UA5 UA0 MS5 MS0 微地址
计算机组成原理期末考试A卷-含答案
广东外语外贸大学信息学院计算机系 2004—2005学年第2学期 《计算机组成原理》期末考试试卷A 考卷适用班级：计算机专业03级考试时间：120分钟 班级_______ 学号_____________姓名_________成绩_______ 一、填空题（每空1分，共20分） 1．8位二进制补码表示整数的最小值为__-128____，最大值为__127___。 2．计算机常用的校验码有奇偶校验码、海明校验码、____CRC码_____。 3．一个浮点数，当其补码尾数右移1位时，为使其值不变，阶码应该__加1____。4．ALU的基本逻辑结构是__快速进位__加法器，它比行波进位加法器优越，具有先行进位逻辑，不仅可以实现高速运算，还能完成逻辑运算。 5．采用双符号位的方法进行溢出检测时，若运算结果中两个符号位__不相同__，则表明发生了溢出。 6．要组成容量为4M×8位的存储器，需要__8__片4M×1位的存储器芯片并联，或者需要__4____片1M×8位的存储器芯片串联。 7．一台计算机所具有的各种机器指令的集合称为该计算机的__指令系统__。 8．指令编码中，操作码用来指定__操作的类型__，n位操作码最多可以表示___2n____条指令。 9．CPU中，保存当前正在执行的指令的寄存器为__指令寄存器IR_，保存下一条指令地址的寄存器为_程序计数器PC__，保存CPU访存地址的寄存器为__内存地址寄存器AR__。10．控制器在生成各种控制信号时，必须按照一定的__时序__进行，以便对各种操作实施时间上的控制。 11．微程序控制器的核心部件是存储微程序的__控制存储器____，它一般用_只读存储器_构成。 12．任何指令周期的第一步必定是__取指__周期。 13．异步方式下，总线操作周期时间不固定，通过_握手(就绪/应答)_信号相互联络。14．输入输出操作实现的CPU与I/O设备的数据传输实际上是CPU与__IO设备接口寄存器__之间的数据传输。 二、选择题（每小题1分，共20分） 1．冯·诺曼机工作方式的基本特点是___________。 A．多指令流单数据流B．按地址访问并顺序执行指令 C．堆栈操作D．存储器按内容选择地址 2．主机中能对指令进行译码的器件是_________。 A．ALU B．运算器 C．控制器D．存储器 3．运算器的主要功能是进行_______。 A．逻辑运算B．算术运算
计算机系统结构实验报告
计算机系统结构实验报告 一．流水线中的相关 实验目的： 1. 熟练掌握WinDLX模拟器的操作和使用，熟悉DLX指令集结构及其特点； 2. 加深对计算机流水线基本概念的理解； 3. 进一步了解DLX基本流水线各段的功能以及基本操作； 4. 加深对数据相关、结构相关的理解，了解这两类相关对CPU性能的影响； 5. 了解解决数据相关的方法，掌握如何使用定向技术来减少数据相关带来的暂停。 实验平台： WinDLX模拟器 实验内容和步骤： 1.用WinDLX模拟器执行下列三个程序： 求阶乘程序fact.s 求最大公倍数程序gcm.s 求素数程序prim.s 分别以步进、连续、设置断点的方式运行程序，观察程序在流水线中的执行情况，观察 CPU中寄存器和存储器的内容。熟练掌握WinDLX的操作和使用。 2. 用WinDLX运行程序structure_d.s，通过模拟找出存在资源相关的指令对以及导致资源相 关的部件；记录由资源相关引起的暂停时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总执行周期数的 百分比；论述资源相关对CPU性能的影响，讨论解决资源相关的方法。 3. 在不采用定向技术的情况下（去掉Configuration菜单中Enable Forwarding选项前的勾选符），用WinDLX运行程序data_d.s。记录数据相关引起的暂停时钟周期数以及程序执行的 总时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比。 在采用定向技术的情况下（勾选Enable Forwarding），用WinDLX再次运行程序data_d.s。重复上述3中的工作，并计算采用定向技术后性能提高的倍数。 1. 求阶乘程序 用WinDLX模拟器执行求阶乘程序fact.s。这个程序说明浮点指令的使用。该程序从标准 输入读入一个整数，求其阶乘，然后将结果输出。 该程序中调用了input.s中的输入子程序，这个子程序用于读入正整数。 实验结果： 在载入fact.s和input.s之后，不设置任何断点运行。 a.不采用重新定向技术，我们得到的结果
计算机组成原理_实验报告四(含答案)
湖南科技学院 电子与信息工程学院 实验报告 课程名称： 姓名： 学号： 专业： 班级： 指导老师：
实验四微程序控制组成实验 一、实验目的及要求 1．将微程序控制器同执行部件（整个数据通路）联机，组成一台模型计算机。 2．用微程序控制器控制模型计算机的数据通路。 3．执行给定的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，牢固建立计算机的整机概念。 二、实验电路 本次实验将前面几个实验中的所模块，包括运算器、存储器、通用寄存器堆等同微程序控制器组合在一起，构成一台简单的模型机。这是最复杂的一个实验，也将是最有收获的一个实验。 在前面的实验中，实验者本身作为“控制器”，完成了对数据通路的控制。而在本次实验中，数据通路的控制将交由微程序控制器来完成。实验机器从内存中取出一条机器指令到执行指令结束的一个指令周期，是由微程序完成的，即一条机器指令对应一个微程序序列。 实验电路大致如下面框图所示。其中控制器是控制部件，数据通路是执行部件，时序发生器是时序部件。需使用导线将各个部件控制信号与控制器相连。 三、实验主要仪器设备 1.TEC-5计算机组成实验系统1台 2.逻辑测试笔一支（在TEC-5实验台上） 四、实验任务 1.对机器指令组成的简单程序进行译码。将下表的程序按机器指令格式手工汇编成二进制机器代码， 此项任务请在预习时完成。 2. 3.使用控制台命令将寄存器内容初始化为：R0=11H，R1=22H，R2=0AAH。
4.使用控制台命令将任务1中的程序代码存入内存中（注意起始地址为30H），以及将内存地址为 11H的单元内容设置为0AAH。 5.用单拍（DP）方式执行一遍程序，执行时注意观察各个指示灯的显示并做好记录（完成实验表格）， 从而跟踪程序执行的详细过程（可观察到每一条微指令的执行过程）。 6.用连续方式再次执行程序。这种情况相当于计算机正常的工作。程序执行到STP指令后自动停机。 读出寄存器中的运算结果，与理论值比较。 五、实验步骤和实验结果记录 1．程序译码。 2．实验接线（本实验接线比较多，需仔细） 只要把上表种同列的信号用线连接即可，一共接线33条。 接好线后，将编程开关拨到“正常位置”。合上电源，按CLR#按钮，使TEC-5实验实验系统处于初始状态。 3．实验任务3:使用控制台命令将寄存器内容初始化为：R0=11H，R1=22H，R2=0AAH的操作步骤及结果记录。 （1）掌握写寄存器WRF的原理和步骤（详见实验参考资料）。 （2）操作过程如下：
计算机组成原理期末考试试卷
计算机组成原理期末考试试卷 一．选择题（下列每题有且仅有一个正确答案，每小题2分，共20分）1．通用寄存器属于____部分。 A．运算器B．控制器 C．存储器D．I/O接口 2．关于数据表示和编码，下列说法正确的是____。 A. 奇偶校验码是一种功能很强的检错纠错码 B. 在计算机中用无符号数来表示内存地址 C. 原码、补码和移码的符号编码规则相同 D. 用拼音从键盘上敲入汉字时，使用的拼音码是汉字的字模码 3．若x补=0.1101010，则x原=____。 A．1.0010101 B．1.0010110 C．0.0010110 D．0.1101010 4．在cache的下列映射方式中，无需考虑替换策略的是____。 A. 全相联映射 B. 组相联映射 C. 段相联映射 D. 直接映射 5．以下四种类型的二地址指令中，执行时间最短的是____。 A. RR型 B. RS型 C. SS型 D. SR型 6．下列关于立即寻址方式操作数所在位置的说法正确的是____。 A. 操作数在指令中 B. 操作数在寄存器中 C. 操作数地址在寄存器 D. 操作数地址（主存）在指令中 7．微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是____。 A．每一条机器指令由一条微指令来执行 B．一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行 C．每一条机器指令由一段用微指令编成的微程序来解释执行 D．一条微指令由若干条机器指令组成 8．下面有关总线的叙述，正确的是____。 A. 单总线结构中，访存和访问外设主要是通过地址来区分的 B. 对电路故障最敏感的仲裁方式是独立请求方式
C. 系统总线连接CPU和内存，而PCI总线则连接各种低速I/O设备 D. 同步定时适用于各功能模块存取时间相差很大的情况 9．若磁盘的转速提高一倍，则____。 A．平均存取时间减半 B．平均找道时间减半 C．平均等待时间减半 D．存储密度可以提高一倍 10．为了便于实现多级中断，保存现场信息最有效的方法是采用____。 A. 通用寄存器 B. 堆栈 C. 存储器 D. 外存 二．填空题（下列每小题2分，共20分） 1．计算机系统是一个由硬件、软件组成的多级层次结构，它通常 由、一般机器级、、汇编语言级和高级语言级组成。 2．有一字长为64位的浮点数，符号位1位；阶码11位，用移码表示；尾数52位，用补码表示，则它所能表示的最小规格化负数 为。 3．某采用交叉方式编址的存储器容量为32字，存储模块数为4，存储周期为200ns，总线传送周期为50ns，某程序需要连续读出地址为1000～1011的4个字，则所需时间为。 4．在相对寻址方式中，操作数的有效地址等于的内容加上指令中的形式地址D。 5．不同的计算机有不同的指令系统，“RISC”表示的意思 是。 6．某CPU微程序控制器控存容量为512×20位，需要分别根据OP字段和ZF条件码进行分支转移，则P字段和后继地址字段应分别为和_ 位。 7．CPU从主存取出一条指令并执行该指令的时间叫做，它常常用若干个来表示，而后者又包含有若干个时钟周期。