计算机组成原理 实验指导书

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1、《计算机组成原理》实验指导书计算机应用教研室编西南科技大学计算机科学与技术学院2006年8月7878目录第0章实验概述一、本课程实验教学的目的和要求二、本课程实验内容体系和实验类型第一章实验项目内容安排实验一系统认识实验实验二　运算器组成实验（一）算术逻辑运算实验（二）进位控制实验实验三　存储器实验（一）静态随机存储器实验（二）先进先出（FIFO）存储器实验实验四　微控制器实验实验五　总线控制实验实验六　基本模型机设计与实现实验七可重构原理计算机的组成设计实验实验八　复杂模型机的设计与实现实验九基于精简指令系统计算机

2、（RISC）构成的模型机附录A实验报告格式7878第0章实验概述一、本课程实验教学的目的和要求课程实验教学目的：通过本实验课程训练，学生可熟悉典型计算机的基本结构、基本组成和基本功能，掌握计算机主要组成部件工作原理的基本分析与设计方法，使学生对典型计算机系统的分析、设计、开发与使用能力得到训练与提高，了解目前比较流行的硬件开发技术，培养学生的实验创新能力和对新技术、新方法的分析应用能力。课程实验教学要求：使学生对计算机各主要组成部件相互间的有机联系有较全面的理解。主要锻炼学生的实验技能、创新能力、科研能力及解决实际问

3、题方面的能力。二、本课程实验内容体系和实验类型序号实验内容实验选题实验类型实验要求实验学时1系统认识实验一台基本的模型计算机验证必做42常用组件设计1运算器组成设计验证选做43常用组件设计2基本存储系统设计验证选做44常用组件设计3基本微程序控制器结构设计验证选做45整体设计用CPLD实现模型机系统设计实验设计必做87878第一章实验项目内容安排实验一系统认识实验一．实验类型验证型实验（4学时）二.实验目的1.构造一台最基本模型计算机。2.建立对计算机组成及其原理的基本认识。三．实验环境1.TDN-CM++计算机组成

4、原理教学实验系统一台，排线若干。2.PC机一台四．背景知识五.实验内容1.实验原理（1）一台简单模型计算机的结构如图1.1图1.1简单模型计算机的结构图其中：ALU为运算器，DR1、DR2为工作寄存器，R0为通用寄存器，AR为地址寄存器，PC为程序计数器，IR为指令寄存器，TIME为时序发生器，MEM为程序存储器，INPUT为输入设备，OUTPUT为输出设备，MC为微程序控制器。7878（2）模型计算机的程序计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微

5、指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。本系统设计了四条机器指令：　IN（输入）、ADD（二进制加法）、OUT（输出）、JMP（无条件转移），其指令格式如下（前４位为操作码）：助记符机器指令码说明IN00000000INPUT→ROADDaddr00010000××××××××R0+[addr]→R0OUTaddr00100000R0→LEDJMPaddr00110000××××××××addr→PC应用该指令系统可以编写一段计算机程序，并将其以二进制数的形式存放在存储器中，可以完成特定的功能。（3）微程

6、序表1.1机器指令对应的微操作加强指令助记符微操作说明INRO①PC→AR,PC+1→PC预备取指②RAM→BUS,BUS→IR取指③INPUT→R0向R0中输入一个数ADDX,R0①PC→AR,PC+1→PC预备取指②RAM→BUS,BUS→IR取指③PC→AR,PC+1→PC预备取数据④RAM→BUS,BUS→DR2取数据送入DR2⑤R0→DR1将R0中的数据送入DR1⑥[DR1]+[DR2]→RO两数相加，结果送入R0OUTR0①PC→AR,PC+1→PC预备取指②RAM→BUS,BUS→IR取指③R0→OUT

7、PUT将结果输出显示JMP00①PC→AR,PC+1→PC预备取指②RAM→BUS,BUS→IR取指③PC→AR,PC+1→PC预备取数据④RAM→BUS,BUS→PC取数据送入PC1.实验步骤（1）构造模型机参照图1.2在教学实验系统中连接各个部件，构造一台完整的模型计算机。图中标有小圆圈的连线都是需要连接导线的，而未标有小圆圈的连线是系统已经连接好的。7878图1.2实验接线图（2）编写一段简单程序该程序完成以下功能：a.由输入设备向CPU的通用寄存器R0中输入一个数。b.将输入的数与程序中的一个立即数相加。c.

8、将运算结果输出到设备上显示。d.跳转返回到执行第一条指令的状态和位置。表1.2计算机程序7878地址指令码指令助记符说明00INR0INPUT→RO0102XADDX,R0R0+X→R0X为立即数，存放在02单元中03OUTR0R0→OUTPUT0405JMP0000→PC(3)模型机操作前的准备工作将PC与实验系统相连，进入应用软件CMPP.