实验6-简单模型机原理实验指导

关于飞机的科学小实验
标题，探索飞机的科学世界，飞机模型的飞行实验。

飞机一直以来都是人类向往的飞行工具，它的飞行原理一直是科学家们研究的课题。

今天，我们将通过一个简单的实验来探索飞机的科学世界，让我们来看看飞机的飞行到底是如何实现的。

实验材料：
1. 纸制飞机模型。

2. 打印的飞机模型。

3. 风筝线或者细线。

4. 扇子或者吹风机。

实验步骤：
1. 准备不同类型的飞机模型，可以是纸制的折纸飞机，也可以
是打印的飞机模型。

2. 将模型用风筝线或者细线系在一根长杆上，确保模型可以自由飞行。

3. 在室内或者室外的开阔空间，用扇子或者吹风机产生空气流动。

4. 释放飞机模型，观察它们在空气流动中的飞行状态。

实验原理：
通过这个实验，我们可以观察到不同类型的飞机模型在空气流动中的飞行状态。

这个实验可以帮助我们理解飞机的飞行原理。

飞机的飞行原理主要是利用了空气动力学的知识，当飞机在空气中飞行时，它的机翼会产生升力，同时推进器也会产生推力，从而使飞机能够在空中飞行。

通过这个实验，我们可以更直观地了解飞机的飞行原理，也可以激发我们对飞机科学的兴趣。

希望这个实验能够让大家对飞机的科学世界有更深入的了解，也能够激发更多的人对航空航天科学的兴趣。

《计算机组成与结构》实验指导（学生用书）1.实验硬件环境简介2.运算器原理实验3.存储器工作原理实验4.简单模型机的设计与实现实验硬件环境简介一．系统构成TDN-CN计算机组成原理实验箱由八个功能模块单元构成，各功能模块的名称及包含的主要器件如表1-1所示。

表1-1TDN-CM系统构成电路名称主要电路内容运算器单元(ALUUNIT) 运算器、进位控制器、移位寄存器、寄存器堆、通道内部总线程序存储器单元(PRAMUNIT)RAM6116、地址寄存器、地址移位寄存器微控器单元(MCROCONTROLLERUNIT) 指令寄存器、指令译码器、微代码控制寄存器及其编程器、逻辅译码单元、时序电路逻辑信号测量单元两路逻辑信号PC示波器12131313131单片机控制单元（PC UNIT)控制单片机、RS-232C串口等I/O单元开关、显示灯、控制台(读写、启动、停机〉电源采用高效开关电源、输出为5V/2A、±12V/02A 系统操作器(选件〉24键键盘和8位LED显示、打印机接口二．系统主要元件配置系统中各主要功能单元所采用的器件如表1-2所示表1-2 实验板的主要元件配置名称器件型号数量运算器74LS181 2移位器74LS299 1通用寄存器74LS273 2 74LS274 3指令程序存储器SRAM6116 1 指令寄存器74LS273 1程序计数器74LS161 2时序发生器74LS175 1 74LS74 1启停控制器拨动开关 2微动开关 2 微程序控制存储器E2PROM2816 3微指令寄存器74LS273 2 74LS175 1微地址寄存器74LS74 3 编辑运行方式开三态开关 1信号源555 1 74LS123 1 电位器 2显示灯发光二极管8 机内电源|5V、±12V输出8 单片机89C51 1串行通讯接口MC1488 1 MC1489 1 9针插座 1实验用元件排线若干三．系统单元电路简介1．运算器单元（ALU UNIT）运算器电路单元由两部分组成：运算器单元（ALU UNIT）和寄存器堆单元（REG UNIT），运算器运算器电路单元位于实验板的左部，其中标有“ALU UNIT”。

实验一机构运动简图测绘一、实验目的1.对运动副、零件、构件及机构等概念建立实感。

2.培养依照实物机械绘制其机构运动简图的能力。

3.熟悉机构自由度的计算方法。

二、实验设备及用具1.牛头刨床模型，抛光机模型等各种机构模型2.学生自备：圆规、分规、有刻度的三角板（或直尺）、铅笔、橡皮及草稿纸等。

三、实验要求实验前必须认真预习实验指导书和阅读教材中的有关章节，熟悉绘制机构运动简图的基本要求，掌握机构自由度的计算方法。

实验时根据给出的机构模型，仔细观察和分析后，正确绘制机构运动简图。

要求每位同学画出3~4个机构运动简图，并计算机构自由度，把计算结果与实际机构进行比较，验证其有无错误。

四、基本原理机构的运动与机构中构件的数目、运动副的类型、数目及运动副的相对位置有关，而与构件的外形、组成构件的零件数目及固联方式、运动副的具体结构等无关。

因此，在绘制机构运动简图时，可以撇开构件的复杂外形和运动副的具体构造，而用简单的符号来代替构件和运动副，并按一定的比例尺表示各运动副的相对位置，即可表明机构中运动传递的情况。

五、绘制机构运动简图的方法1．了解要绘制的机械的名称及功用，认清机械的原动件及工作构件（执行机构）。

2．缓慢转动原动件，细心观察运动在构件间的传递情况，了解活动构件，运动副的数目及其性质。

在了解活动构件及运动副数时，要注意到如下两种情况：1.当两构件间的相对运动很小时，易误认作为一个构件；2.由于制造的不精确，同一构件各部分之间有稍许松动时，易误认作为两个构件，碰到这种情况，要仔细分析，正确判断。

3.要选择最能表示机构特征的平面为视图平面；同时，要将原动件放在一适当的位置，以使机构运动简图最为清晰。

4.按GB138-74中规定的符号绘制机构运动简图，在绘制时，应从原动件开始，先画出运动副，再用线联接属于同一构件的各运动副，即得各相应的构件。

原动件的运动方向用箭头标出。

在绘制时，在不影响机构运动特征的前提下，允许移动部分 的相对位置，以求图形清晰。

简单模型机组成原理实验报告简单模型机是一种学习机械原理和电子技术的教学工具，它可以帮助学生理解机械结构和电路原理，提高学生的实验能力和创新能力。

本文将介绍简单模型机的组成原理和实验过程。

一、简单模型机的组成原理简单模型机由机械结构和电路控制两部分组成。

机械结构包括电机、齿轮、链条、轮子、滑轮等零部件，这些零部件组成了模型机的动力系统。

电路控制包括电源、电机控制器、传感器、LED灯等电子元件，这些元件组成了模型机的控制系统。

模型机的动力系统和控制系统通过电线连接在一起，实现了模型机的运动和控制。

二、简单模型机的实验过程1. 组装机械结构。

根据模型机的说明书，将各个零部件按照要求组装在一起，包括电机、齿轮、链条、轮子、滑轮等零部件。

组装的过程需要注意每个零部件的位置和连接方式。

2. 连接电路控制。

将电源、电机控制器、传感器、LED灯等元件按照要求连接在一起，形成一个控制电路。

电路的连接需要注意电线的颜色和连接方式，确保电路的正常工作。

3. 调试机械结构。

将电源接上，打开电机控制器，测试机械结构的运动情况，包括电机转动、齿轮传动、轮子转动等。

如果出现异常情况需要及时停机检查。

4. 调试电路控制。

将传感器连接到电路控制中，测试传感器的工作情况，包括检测光线、声音、温度等。

如果传感器检测到异常情况，控制器会发出警报信号或控制电机停止运动。

5. 进行实验。

根据实验要求，调整机械结构和电路控制，进行不同的实验，包括测量速度、转动角度、距离等。

实验过程需要记录数据和结果，进行分析和总结。

三、结论通过简单模型机的组装和实验，可以帮助学生深入理解机械原理和电路控制原理，提高学生的实验能力和创新能力。

同时，模型机的组装和实验也可以培养学生的动手能力和团队精神，促进学生的综合素质的提高。

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。

目录摘要 (2)前言 (3)正文 (4)一、设计目的和设计原理 (4)1.1设计目的 (4)1.2设计原理 (4)二、总体设计 (7)三、详细设计 (8)3.1运算器的物理结构 (8)3.2存储器系统的组成与说明 (11)3.3指令系统的设计与指令分析 (12)3.4微程序控制器的逻辑结构及功能 (14)3.5微程序的设计与实现 (18)四、系统调试 (27)总结 (29)参考文献 (30)致谢 (31)摘要根据设计任务书要求，本设计要实现完成一个简单计算机的设计，主要设计部分有运算器，存储器，控制器以及微指令的设计。

其中运算器由运算芯片和寄存器来完成,存储器由总线和寄存器构成，使用硬布线的方式实现控制器，从而完成设计要求。

:关键词：基本模型机的设计；运算器；存储器；控制器；前言计算机组成原理是计算机科学技术学科的一门核心专业基础课程。

从课程的地位来说，它在先导课程和后续课程之间起着承上启下的作用。

计算机组成原理讲授单处理机系统的组成和工作原理，课程教学具有知识面广，内容多，难度大，更新快等特点。

此次课程设计目的就是为了加深对计算机的时间和空间概念的理解, 增强对计算机硬件和计算机指令系统的更进一步了解。

计算机组成原理课程设计目的是为加深对计算机工作原理的理解以及计算机软硬件之间的交互关系。

不仅能加深对计算机的时间和空间的关系的理解，更能增加如何实现计算机软件对硬件操作，让计算机有条不紊的工作。

正文一、设计目的和设计原理1.1设计目的融会贯通计算机组成原理课程中各章的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识，特别是对硬连线控制器的认识，建立清晰的整机概念。

对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解,加深对理论课程的理解。

在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统地构造一台基本模型计算机。

计算机组成原理实验(六)实验项目名: CPU指令部件实验实验要求：了解CPU重要组成部件-程序计数器、指令寄存器的构造原理，理解CPU是如何按照程序计数器的值依次取指令进行分析执行的过程。

实验内容:（1）预习。

回顾课堂中学习的关于CPU的功能、控制寄存器以及指令处理过程中数据流的相关知识。

本次试验中，将通过实验台模拟CPU顺序取指令进行处理的过程。

（2）了解实验原理，完成硬件电路的连接。

本次实验需要使用地址模块、存储器模块、程序计数器模块、指令寄存器模块和时序启停模块。

按照详细说明中关于实验电路原理的说明，理解并连接好实验电路。

（3）了解各功能模块的控制信号及使用方法，根据实验题目的要求，确定控制动作的发生顺序，设计相应的控制信号序列。

（4）通过实验台的微控制输入开关，逐条的输入微控制信号，在控制信号和时序信号的作用下，利用单步工作模式，观察指令的逐条处理过程。

实验详细说明:（1）实验逻辑框图本次实验的逻辑电路原理如上图所示，需要完成的实验连线包括：①地址锁存器模块扁缆：D0~D7;A0~A7控制信号：LDAR②存储器模块扁缆：D0~D7控制信号：CE,WE③程序计数器模块扁缆: D0~D7控制信号：PC-B, LDPC,LOAD④指令寄存器模块控制信号: LDIR⑤时序启停部件时序信号输入：程序计数器PC在上电复位后初始化为00H，PC中存放的永远是下一条将要执行的指令的地址，将PC的值作为地址访问存储器，获得指令，而后通过总线存储到指令寄存器IR中，等待分析执行，与此同时，控制PC增量。

这样，就完成了CPU一次取指令的过程。

要完成上述过程，需要通过控制信号控制数据通路及部件的操作，下面介绍本次实验涉及的各控制信号。

（2）控制信号说明(注意参考上图)①存储器操作控制信号✶LDAR，将总线上的内容锁存到存储器的地址寄存器中。

✶CE，存储器的片选使能信号。

✶WE，存储器的读/写控制信号。

Eg. 完成一次存储器读操作的控制过程。

模型机实验报告范文实验报告：模型机引言模型机是一种能够模拟真实飞行原理的飞行模拟器设备。

它具有模拟真实飞行环境的能力，并用电子方式提供各种飞行动作的控制和监测。

本实验报告旨在介绍模型机的原理和应用，并通过实验来验证模型机的飞行能力和准确性。

一、模型机的原理1.动力系统：模型机的动力系统由电动机、电调器和螺旋桨组成。

电动机提供动力，电调器控制电机的转速，螺旋桨则产生推力。

通过调节电机的转速和螺旋桨的角度，可以控制模型机的飞行状态和动作。

2.飞行姿态控制系统：模型机的姿态控制系统由陀螺仪和加速度计组成。

陀螺仪可以感知模型机的倾斜和转动，加速度计可以感知模型机的加速度。

通过对陀螺仪和加速度计的信号进行处理，可以对飞行姿态进行控制。

3.遥控系统：模型机的遥控系统包括遥控器和接收机。

遥控器由飞行员通过手柄进行控制，接收机接收遥控信号并将其转化为模型机动作。

遥控器可以控制模型机的方向、高度和速度等参数。

二、实验方法本实验使用一架模型机进行飞行模拟实验。

实验过程包括以下步骤：1.检查模型机的动力系统，确保电动机和螺旋桨工作正常。

2.检查模型机的姿态控制系统，确保陀螺仪和加速度计的正常工作。

3.进行遥控系统的校准，确保遥控信号的准确传输。

4.在开阔的空地上进行飞行实验。

首先以低速起飞，然后在空中进行一系列动作，如直线飞行、转弯、盘旋等。

通过遥控器控制模型机的动作，并通过观察和记录模型机的运动轨迹来验证模型机的飞行能力和准确性。

三、实验结果通过实验观察和记录，我们发现模型机在飞行过程中表现出良好的飞行能力和准确性。

它能够根据遥控器的指令进行各种飞行动作，如上升、下降、前进、后退、左转、右转等。

模型机的姿态控制系统能够保持模型机的水平飞行，并根据遥控信号进行相应的调整。

同时，模型机的动力系统能够提供足够的动力，使模型机能够在空中稳定飞行。

四、实验讨论1.模型机的飞行性能受到多种因素的影响，如风速、湿度、温度等。

在实际飞行中，飞行员需要根据实际情况进行相应的调整和控制。

计算机组成原理实验八简单模型计算机实验关键信息项：1、实验目的2、实验设备3、实验原理4、实验步骤5、数据记录与分析6、注意事项7、故障处理8、实验结果评估标准11 实验目的本实验旨在通过构建和操作简单模型计算机，深入理解计算机组成原理中的核心概念，包括数据存储、运算处理、指令执行等，培养学生的实际动手能力和对计算机系统的综合理解能力。

111 具体目标1111 掌握简单模型计算机的基本结构和工作原理。

1112 熟悉各种指令的编码和执行过程。

1113 能够运用所学知识设计和实现简单的计算任务。

12 实验设备121 硬件设备计算机主机、实验箱、连接线等。

122 软件工具特定的模拟软件、编程环境等。

13 实验原理131 模型计算机结构包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等主要部件，以及它们之间的连接和协同工作方式。

132 指令系统定义了各种操作指令的格式、功能和编码方式。

133 数据存储与传输说明数据在存储器中的存储方式和在各部件之间的传输机制。

14 实验步骤141 连接实验设备按照正确的方式将计算机主机与实验箱等设备进行连接，并确保连接稳定可靠。

142 启动软件工具打开相应的模拟软件和编程环境，进行初始化设置。

143 设计指令序列根据实验要求，设计一系列的指令来完成特定的计算任务。

144 输入指令到模型计算机通过编程环境将指令输入到模型计算机的存储器中。

145 启动模型计算机运行设置相关参数，启动模型计算机执行指令序列。

146 观察运行过程和结果密切观察模型计算机在执行指令过程中的各种状态变化，以及最终的输出结果。

15 数据记录与分析151 记录实验过程中的关键数据包括指令的执行时间、存储器的状态变化、运算结果等。

152 对数据进行分析对比预期结果，分析实验数据的准确性和合理性，找出可能存在的偏差和错误原因。

16 注意事项161 设备操作规范严格按照设备的操作说明进行连接和使用，避免因不当操作造成设备损坏。

组成原理实验报告(总6页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--实验报告实验六 模型机与机器指令执行实验一 实验目的 1 实验目的(1) 掌握控制器的工作原理(2) 掌握由控制器、运算器、存储器、组成的模型机的工作原理 (3) 通过运行各种简单程序，掌握机器指令和微指令的关系 2 实验要求(1) 做好实验预习和准备工作，掌握本次实验所用指令系统功能 (2) 将实验用汇编语言源文件编译成机器语言的目标文件 (3) 完成规定的实验内容 (4) 故障分析与排除(5) 实验结束时完成实验报告，并将报告提交服务器。

二 实验原理模型机的逻辑框图如图所示。

其指令系统和微指令系统可参看资料。

在本实验中，模型机作为一个整体工作。

所有微程序的控制信号由微程序存储器uM 输出。

而各寄存器，运算器的控制端口与uM 联接。

三 实验内容 在实验前，先用8芯电缆连接J1和J2，控制方式开关拨到“微程序控制”方向。

将计算机串口与实验仪串口相连，启动COP2000软件，并用快捷图标“设置”功能打开设置窗口，选择实验仪连接的串行口，然后再按“连接COP2000实验仪”按钮接通到实验仪。

实验1 数据传送/输入输出实验1. 在COP2000软件中的源程序窗口输入下列程序：MOV A ，#12H计算机组成原理机A W T D L RST R3R2R1R0MAR keyinportout PC mem_a mem_dIR Control24ALU DBUS ABUSIA IBUS INT_CODE Display Input SRAM。

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。

CPU与简单模型机设计实验一、引言CPU（Central Processing Unit，中央处理器）是计算机的重要组件之一，是计算机执行指令和进行数据处理的核心部件。

CPU的设计和优化是计算机科学的重要研究方向之一、在这个实验中，我们将通过设计一个简单的模型机来了解和学习CPU的基本原理和功能。

二、实验目的1.学习和了解CPU的基本构成和原理。

2.掌握基本的CPU设计和优化方法。

3.熟悉并加深对计算机体系结构的理解。

三、实验材料和设备1.实验平台：个人电脑或计算机模拟软件。

2. 设计工具：Verilog HDL（硬件描述语言）。

四、实验内容和步骤1.确定模型机的指令集和寄存器组。

-指令集是指计算机所能执行的所有指令的集合。

可以选择一些常用的指令来构建指令集。

-寄存器组是CPU内部用于存储和操作数据的一组寄存器。

可以选择一些通用寄存器和专用寄存器来构建寄存器组。

2.设计模型机的指令执行流程。

-指令执行流程是指CPU执行每个指令时所经过的步骤和操作。

可以使用流程图或状态转移图来描述指令执行流程。

3.设计并实现CPU的数据通路。

-数据通路是指CPU内部的数据传输路径和控制信号。

可以使用各种逻辑门和触发器来实现数据通路。

4.设计并实现模型机的控制部件。

-控制部件是CPU内部用于控制指令执行流程的部件。

可以使用有限状态机或控制存储器等方法来实现控制部件。

5.编写并调试模型机的控制程序。

-控制程序是指一段能够实现特定功能的指令序列。

可以使用汇编语言来编写和调试控制程序。

6.运行和测试设计的模型机。

-在模型机上执行一些简单的指令，观察和分析其执行结果，进行性能测试和优化。

五、实验结果与分析通过完成以上实验内容，我们将得到一个简单的模型机，并能够执行一些简单的指令。

我们可以通过观察和分析指令的执行结果，了解和学习CPU的基本原理和功能。

此外，我们还可以根据实际情况对模型机进行性能测试和优化，以提升其执行效率和性能。

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第一章基础物理本章介绍一些基本物理观念，在此只能点到为止，如果你在学校已上过了或没兴趣学，请跳过这一章直接往下看。

第一节速度与加速度速度即物体移动的快慢及方向，我们常用的单位是每秒多少公尺﹝公尺/秒﹞加速度即速度的改变率，我们常用的单位是﹝公尺/秒/秒﹞，如果加速度是负数，则代表减速。

第二节牛顿三大运动定律第一定律：除非受到外来的作用力，否则物体的速度(v)会保持不变。

没有受力即所有外力合力为零，当飞机在天上保持等速直线飞行时，这时飞机所受的合力为零，与一般人想象不同的是，当飞机降落保持相同下沉率下降，这时升力与重力的合力仍是零，升力并未减少，否则飞机会越掉越快。

第二定律：某质量为m的物体的动量(p = mv)变化率是正比于外加力 F 并且发生在力的方向上。

此即著名的 F=ma 公式，当物体受一个外力后，即在外力的方向产生一个加速度，飞机起飞滑行时引擎推力大于阻力，于是产生向前的加速度，速度越来越快阻力也越来越大，迟早引擎推力会等于阻力，于是加速度为零，速度不再增加，当然飞机此时早已飞在天空了。

第三定律：作用力与反作用力是数值相等且方向相反。

你踢门一脚，你的脚也会痛，因为门也对你施了一个相同大小的力第三节力的平衡作用于飞机的力要刚好平衡，如果不平衡就是合力不为零，依牛顿第二定律就会产生加速度，为了分析方便我们把力分为X、Y、Z三个轴力的平衡及绕X、Y、Z三个轴弯矩的平衡。

轴力不平衡则会在合力的方向产生加速度，飞行中的飞机受的力可分为升力、重力、阻力、推力﹝如图1-1﹞，升力由机翼提供，推力由引擎提供，重力由地心引力产生，阻力由空气产生，我们可以把力分解为两个方向的力，称 x 及 y 方向﹝当然还有一个z方向，但对飞机不是很重要，除非是在转弯中﹞，飞机等速直线飞行时x 方向阻力与推力大小相同方向相反，故x方向合力为零，飞机速度不变，y方向升力与重力大小相同方向相反，故y方向合力亦为零，飞机不升降，所以会保持等速直线飞行。

目录第一部分 EL-JY-II计算机组成原理实验系统介绍 (1)第二部分使用说明及要求 (12)实验一运算器实验 (16)实验二移位运算实验 (25)实验三存储器读写和总线控制实验 (29)实验四微程序控制器原理实验 (38)实验五微程序设计实验 (46)实验六、简单模型机组成原理实验 (55)实验七、带移位运算的模型机组成原理实验 (66)实验八、复杂模型机组成原理实验 (77)实验九、复杂模型机的I/O实验 (91)实验十、具有简单中断处理功能的模型机实验 (101)实验十一、基于重叠和流水线技术的CPU结构实验 (111)实验十二、RISC模型机实验 (120)实验十三、存储器扩展实验 (127)实验十四、可重构原理计算机组成实验 (132)附录、实验用机器指令集 (136)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。

CPU与简单模型机设计实验CPU（中央处理器）是计算机中的核心部件，负责执行指令和处理数据。

而简单模型机设计实验是指通过设计和实现一个简单的模型机，来体验计算机工作原理和计算机体系结构。

在这样一个实验中，我们可以从以下几个方面来详细讨论CPU与简单模型机设计实验。

1.CPU的基本组成CPU是由控制单元（CU）和算术逻辑单元（ALU）两个主要部分组成。

控制单元负责解析指令、获取数据和控制数据的流动，而算术逻辑单元则负责执行算术和逻辑运算。

在简单模型机设计实验中，我们需要设计和实现这两个组件，同时还需要考虑其他辅助组件，如寄存器和存储器等。

这些组件的设计和实现将直接影响CPU的性能和功能。

2.指令集架构设计CPU的指令集架构是指CPU所支持的指令集合和指令的格式。

指令集架构的设计需要考虑到计算机的功能需求、指令的执行效率以及编程的便利性等因素。

在简单模型机设计实验中，我们可以定义一些基本的指令，如加载数据、执行运算、存储数据等。

指令的编码格式可以采用二进制或者其他适合的方式。

通过设计和实现这些指令，我们可以模拟CPU对指令的解析和执行。

3.流水线设计流水线是指将CPU的指令和数据处理过程划分成若干个阶段，并同时在不同阶段处理多条指令。

流水线设计可以提高CPU的性能和效率。

在简单模型机设计实验中，我们可以考虑将指令执行过程划分为取指、解码、执行、访存和写回等阶段，并同时处理多条指令。

通过设计和实现这样的流水线，可以提高CPU的吞吐量和并行处理能力。

4.性能评估和优化在CPU和简单模型机设计实验中，我们可以进行性能评估和优化。

性能评估可以通过测量CPU的时钟周期、执行指令的速度和吞吐量等指标来进行。

而优化则可以通过改进指令设计、优化算法和增加硬件资源等方式来完成。

在简单模型机设计实验中，我们可以通过调整指令的执行顺序、使用更高效的算法和增加硬件资源来优化设计。

这些优化将直接影响CPU的性能和效率。

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。

计算机组成原理实验指导书（计算机科学与技术专业适用）电子与信息工程学院二○一○年目录第1章运算器 (1)1.1 基本运算器实验 (1)1.2 超前进位加法器设计实验 (6)1.3 阵列乘法器设计实验 (12)第2章存储系统 (14)2.1 静态随机存储器实验 (14)2.2 Cache控制器设计实验 (18)第3章控制器 (23)3.1 时序发生器设计实验 (23)3.2 微程序控制器实验 (26)第4章模型计算机 (35)4.1 CPU与简单模型机设计实验 (35)4.2 硬布线控制器模型机设计实验 (42)4.3 复杂模型机设计实验 (46)第5章精简指令系统计算机 (59)5.1计算机的指令系统 (59)5.2 基于RISC技术的模型计算机设计实验 (62)附录1 软件使用说明 (67)附录2 时序单元介绍 (77)附录3 实验用芯片介绍 (79)第1章运算器计算机的一个最主要的功能就是处理各种算术和逻辑运算，这个功能要由CPU中的运算器来完成，运算器也称作算术逻辑部件ALU。

本章首先安排一个基本的运算器实验，了解运算器的基本结构，然后再设计一个加法器和一个乘法器。

1.1 基本运算器实验1.1.1 实验目的(1) 了解运算器的组成结构。

(2) 掌握运算器的工作原理。

1.1.2 实验设备PC机一台，TD-CMA实验系统一套。

1.1.3 实验原理本实验的原理如图1-1-1所示。

运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A和暂存器B，三个部件同时接受来自A和B的数据（有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM），各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3…S0和CN来决定，任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU的输出。

如果是影响进位的运算，还将置进位标志FC，在运算结果输出前，置ALU零标志。

ALU中所有模块集成在一片CPLD中。

模型机详细介绍模型机的结构非常复杂，如果对模型机的结果和工作原理不了解的话在做模型机实验时将非常困难，所以在这里对模型机的结构、工作过程和控制器的控制原理等做详细介绍，以让大家更好的进行模型机实验，从而进一步理解计算机组成原理这门课程中的知识。

1. 模型机的结构模型机主要由运算器、控制器、存储器、数据总线、输入输出和时序产生器组成，模型机的结构图如图1所示。

图1模型机结构图(1) 运算器。

运算器又由运算逻辑单元、数据暂存器、通用寄存器组成。

在图1模型机的结构图中，ALU、ALU_G和74299组成运算逻辑单元，其中ALU是由2个4位的74LS181串联成8位的运算器，ALU_G是ALU-G 实现用于控制ALU的运算结果的输出，74299用74LS299实现用于对ALU 的运算结果进行移位运算；数据暂存器在图1中由DR1和DR2组成，DR1 和DR2都是用74LS273实现，它们用于存储运算器进行运算的两个操作数；通用寄存器在图1中由R0、R1和R2组成，R0、R1和R2都是用74LS374 实现，它们用作目的寄存器和源寄存器。

(2) 控制器。

控制器由微程序控制器、指令寄存器、地址寄存器和程序计数器组成。

在图1中微程序控制器表示为MControl，它里面存放了指令系统对应的全部微程序，微程序控制器是由微控制存储器和3个138译码器实现(A138、B138和P138),用于产生控制信号来控制各个组件的工作状态；在图1中指令寄存器表示为IR，指令寄存器由一个74LS273实现，用于存放当前正在执行的指令；在图1中地址寄存器表示为AR，地址寄存器由一个74LS273实现，在读取或者写入存储器时用于指明要读取或写入的地址；程序计数器在图1中由PC_G和PC 组成，其中PC是由八位二进制同步计数器实现，用于产生程序指针pc的下一个值，PC_G由PC-G实现，用于存储程序的程序指针pc的值。

(3) 存储器。

存储器在图1中表示为MEN，存储器用静态随机存储器6116实现，用来存储用户程序和数据。