计算机组成原理大型实验
报告
(2010/2011第2学期------第19周)
指导教师：
班级：
姓名：
学号：计算机组成原理课程设计实验报告
一、目的和要求
目的：
深入了解计算机各种指令的执行过程，以及控制器的组成，指令系统微程序设计的具体知识，进一步理解和掌握动态微程序设计的概念；完成微程序控制的特定功能计算机的指令系统设计和调试。
要求：
（1）、内容自行设计相关指令微程序；（务必利用非上机时间设计好微程序）
（2）、测试程序、实验数据并上机调试；
（3）、报告内容：
包括
1、设计目的
2、设计内容
3、微程序设计（含指令格式、功能、设计及微程序）
4、实验数据（测试所设计指令的程序及结果）。（具体要求安最新规范为准）．
二、实验环境
TEC—2机与PC机。
三、具体内容
实验内容：
（1）把用绝对地址表示的内存单元A中的内容与内存单元B中的内容相加，结果存于内存单元C中。
指令格式：D4××，ADDR1，ADDR2，ADDR3四字指令（控存入口100H）
功能：[ADDR3]=[ADDR1]+[ADDR2]
（2）将一通用寄存器内容减去某内存单元内容，结果放在另一寄存器中。指令格式：E0DRSR，ADDR（SR，DR源、目的寄存器各4位）双字指令（控存入口130H）
功能：DR=SR-[ADDR]
（3）转移指令。判断两个通用寄存器内容是否相等，若相等则转移到指定绝对地址，否则顺序执行。
指令格式：E5DRSR，ADDR双字指令（控存入口140H）
功能：ifDR==SRgotoADDRelse 顺序执行。
CC=Z
=101，即字段，即IR，令IR设计：利用指令的CND10~810~8），而当微程序不跳转，接着执行MEMPCDR!=SRADDRPC（即Z=1则当DR==SR时，时Z=0，微程序跳转至A4。
实验设计并分析：
第一条：把用绝对地址表示的内存单元A中的内容与内存单元B中的内容
相加，结果存于内存单元C中。
指令格式：D4××，ADDR1，ADDR2，ADDR3四字指令（控存入口100H）功能：[ADDR3]=[ADDR1]+[ADDR2]
指令格式：D4XX
ADDR1
ADDR2
ADDR3
微程序：
PC→AR，PC+1→PC： 00000E00A0B55402
00000E00 10F00002
MEM→AR：
00000E00 00F00000
MEM→Q：
00000E00 A0B5 5402 PC→AR，PC+1→PC：
MEM→AR： 0002
00000E00 10F0
00000E01 00E0 0000
MEM+Q→Q：
PC→AR，PC+1→PC：00000E00 A0B5 5402
MEM→AR：00000E0010F0 0002
Q→MEM，CC#=0： 00290300 10200010
指令分析：
PC->AR,PC+1->PC 0000001110000001010001010100100100000010
1
1
1
MEM->AR 0000001110000000000001110000000000000100
1
MEM->Q 0000001110000000000001110000000000000000 0
1
PC->AR,PC+1->PC 0000110000100010010101000010
1
1
1
MEM->AR
MEM+Q->Q
PC->AR,PC+1->PC
MEM->AR 0000001110000000000001110000000000000100
1
1
Q->MEM,CC#=0 0020000010000000000000010000000000000000 1
1
1
第一章 1．比较数字计算机和模拟计算机的特点 解：模拟计算机的特点：数值由连续量来表示，运算过程是连续的；数字计算机的特点：数值由数字量（离散量）来表示，运算按位进行。两者主要区别见 P1 表 1.1 。 2．数字计算机如何分类？分类的依据是什么？ 解：分类：数字计算机分为专用计算机和通用计算机。通用计算机又分为巨型机、大型机、 中型机、小型机、微型机和单片机六类。分类依据：专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。 通用机的分类依据主要是体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、 指令系统规模和机器价格等因素。 3．数字计算机有那些主要应用？（略） 4．冯 . 诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些主要组成部分？ 解：冯 . 诺依曼型计算机的主要设计思想是：存储程序和程序控制。存储程序：将解题的程序（指令序列）存放到存储器中；程序控制：控制器顺序执行存储的程序，按指令功能控制全机协调地完成运算任务。 主要组成部分有：控制器、运算器、存储器、输入设备、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？ 解：存储容量：指存储器可以容纳的二进制信息的数量，通常用单位KB MB GB来度量，存储 容 量越大，表示计算机所能存储的信息量越多，反映了计算机存储空间的大小。单元地址：单元地址简称地址，在存储器中每个存储单元都有唯一的地址编号，称为单元地 址。 数据字：若某计算机字是运算操作的对象即代表要处理的数据，则称数据字。指令字：若某计算机字代表一条指令或指令的一部分，则称指令字。 6．什么是指令？什么是程序？ 解：指令：计算机所执行的每一个基本的操作。程序：解算某一问题的一串指令序列称为该问题的计算程序，简称程序。 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？ 解：一般来讲，在取指周期中从存储器读出的信息即指令信息；而在执行周期中从存储器中读出的信息即为数据信息。
微处理器与接口技术 实验指导
实验一监控程序与汇编语言程序设计实验 一、实验要求 1、实验之前认真预习，明确实验的目的和具体实验内容，设计好主要的待实验的程序，做好实验之前的必要准备。 2、想好实验的操作步骤，明确通过实验到底可以学习哪些知识，想一想怎么样有意识地提高教学实验的真正效果。 3、在教学实验过程中，要爱护教学实验设备，认真记录和仔细分析遇到的现象与问题，找出解决问题的办法，有意识地提高自己创新思维能力。 4、实验之后认真写出实验报告，重点在于预习时准备的内容，实验数据，实验过程、遇到的现象和解决问题的办法，自己的收获体会，对改进教学实验安排的建议等。善于总结和发现问题，写好实验报告是培养实际工作能力非常重要的一个环节，应给以足够的重视。 二、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。 三、实验注意事项 （一）实验箱检查 【1】连接电源线和通讯线前TEC-XP16实验系统的电源开关一定要处于断开状态，否则可能会对TEC-XP16实验系统上的芯片和PC机的串口造成损害。 【2】五位控制开关的功能示意图如下： 【3】几种常用的工作方式【开关拨到上方表示为1，拨到下方为0】 （二）软件操作注意事项 【1】用户在选择串口时，选定的是PC机的串口1或串口2，而不是TEC-XP16实验系统上的串口。即选定的是用户实验时通讯线接的PC机的端口； 【2】如果在运行到第五步时没有出现应该出现的界面，用户需要检查是不是打开了两个软件界面，若是，关掉其中一个再试； 【3】有时若TEC-XP16实验系统不通讯，也可以重新启动软件或是重新启动PC再试； 【4】在打开该应用软件时，其它的同样会用到该串口的应用软件要先关掉。
《计算机组成原理》模拟题 一.单选题 1.在多级存储体系中,”cache—主存”结构的作用是解决()的问题. A.主存容量不足 B.主存与辅存速度不匹配 C.辅存与CPU速度不匹配 D.主存与CPU速度不匹配 [答案]:D 2.用32位字长(其中1位符号位)表示定点小数是,所能表示的数值范围是(). A.[0,1-2-32] B.[0,1-2-31] C.[0,1-2-30] D.[0,1] [答案]:B 3.某计算机字长16位,它的存贮容量是64KB,若按字编址,那么它的寻址范围是(). A.0-64K B.0-32K C.0-64KB D.0-32K [答案]:B 4.50年代,为了发挥()的效率,提出了()技术,从而发展了操作系统,通过它对()进行管理和调度. A.计算机,操作系统,计算机 B.计算,并行,算法 C.硬件设备,多道程序,硬软资源 D.硬件设备,晶体管,计算机 [答案]:C 5.某SRAM芯片,存储容量为64x16位,该芯片的地址线和数据线数目为(). A.64,16 B.16,64 C.64,8 D.16,16 [答案]:D 6.用64位字长(其中1位符号位)表示定点小数时,所能表示的数值范围是(). A.[0,264-1] B.[0,263-1] C.[0,262-1] D.[0,263] [答案]:B
7.CD—ROM光盘是()型光盘,可用做计算机的()存储器和数字化多媒体设备. A.重写,内 B.只读,外 C.一次,外 D.多次,内 [答案]:B 8.CPU主要包括(). A.控制器 B.控制器.运算器.cache C.运算器和主存 D.控制器.ALU和主存 [答案]:B 9.EPROM是指(). A.读写存储器 B.只读存储器 C.闪速存储器 D.光擦除可编程只读存储器 [答案]:D 10.描述Futurebus+总线中基本概念不正确的句子是(). A.Futurebus+总线是一个高性能的同步总线标准 B.基本上是一个异步数据定时协议 C.它是一个与结构.处理器.技术有关的开发标准 D.数据线的规模在32位.64位.128位.256位中动态可变 [答案]:A 11.描述PCI总线中基本概念不正确的句子是(). A.HOST总线不仅连接主存,还可以连接多个CPU B.PCI总线体系中有三种桥,它们都是PCI设备 C.从桥连接实现的PCI总线结构不允许许多条总线并行工作 D.桥的作用可使所有的存取都按CPU的需要出现在总线上 [答案]:C 12.在某CPU中,设立了一条等待(WAIT)信号线,CPU在存储器周期中T的φ的下降沿采样WAIT线,请在下面的叙述中选出正确描述的句子：(). A.如WAIT线为高电平,则在T2周期后不进入T3周期,而插入一个TW周期 B.TW周期结束后,不管WAIT线状态如何,一定转入了T3周期 C.TW周期结束后,只要WAIT线为低,则继续插入一个TW周期,直到WAIT线变高,才转入T3周期 D.有了WAIT线,就可使CPU与任何速度的存贮器相连接,保证CPU与存贮器连接时的时序配合
一．这是一个判断某一年是否为润年的程序，运行可执行程序Ifleap.exe后，输入具体的年份，可输出是本年是否为闰年的提示信息。 DATA SEGMENT ;定义数据段 INFON DB 0DH,0AH,'PLEASE INPUT A YEAR: $' ;声明空间存储输入提示信息，其中0d回车，0a换行 Y DB 0DH,0AH,'THIS IS A LEAP YEAR! $' ;声明空间存储是闰年提示信息，同上另起一行输出 N DB 0DH,0AH,'THIS IS NOT A LEAP YEAR! $' ;声明空间存储不是闰年提示信息，同上另起一行输出 W DW 0 ;声明空间存储输入年份解析后生成的年份数字 BUF DB 8 DB ? DB 8 DUP(?) ;声明空间作为缓冲区，总共10个字节，第一个表示准备接受的字DATA ENDS STACK SEGMENT STACK DB 200 DUP(0) STACK ENDS ;定义一个栈，200字节 CODE SEGMENT ASSUME DS:DATA,SS:STACK,CS:CODE START:MOV AX,DATA MOV DS,AX ;指定堆栈 LEA DX,INFON ;在屏幕上显示提示信息 MOV AH,9 INT 21H ;将infon开始的字符串输出到屏幕 LEA DX,BUF ;从键盘输入年份字符串 MOV AH,10 INT 21H MOV CL, [BUF+1] ;获取实际输入长度 LEA DI,BUF+2 ;获取字符串首地址 CALL DATACATE ;调用子程序,将输入字符串传化为年份数字 CALL IFYEARS ;调用子程序，判断是否闰年 JC A1 ;如果进位标记C为1则跳转到a1
第5章习题参考答案 1．请在括号内填入适当答案。在CPU中： (1)保存当前正在执行的指令的寄存器是（IR ）； (2)保存当前正在执行的指令地址的寄存器是（AR ） (3)算术逻辑运算结果通常放在（DR ）和（通用寄存器）。 2．参见图5.15的数据通路。画出存数指令“STO Rl，(R2)”的指令周期流程图，其含义是将寄存器Rl的内容传送至(R2)为地址的主存单元中。标出各微操作信号序列。 解： STO R1, (R2)的指令流程图及微操作信号序列如下：
STO R1, (R2) R/W=R DR O, G, IR i R2O, G, AR i R1O, G, DR i R/W=W 3．参见图5.15的数据通路，画出取数指令“LAD (R3)，R0”的指令周期流程图，其含义是将(R3)为地址主存单元的内容取至寄存器R2中，标出各微操作控制信号序列。 解： LAD R3, (R0)的指令流程图及为操作信号序列如下：
PC O , G, AR i R/W=R DR O , G, IR i R 3O , G, AR i DR O , G, R 0i R/W=R LAD (R3), R0 4．假设主脉冲源频率为10MHz ，要求产生5个等间隔的节拍脉冲，试画出时序产生器的逻辑图。 解：
5．如果在一个CPU 周期中要产生3个节拍脉冲；T l ＝200ns ，T 2=400ns ，T 3=200ns ，试画出时序产生器逻辑图。 解：取节拍脉冲T l 、T 2、T 3的宽度为时钟周期或者是时钟周期的倍数即可。所以取时钟源提供的时钟周期为200ns ，即，其频率为5MHz.；由于要输出3个节拍脉冲信号，而T 3的宽度为2个时钟周期，也就是一个节拍电位的时间是4个时钟周期，所以除了C 4外，还需要3个触发器——C l 、C 2、C 3；并令 211C C T *=；321C C T *=；313C C T =，由此可画出逻辑电路图如下：
计算机组成原理试题库集及答案
第一章计算机系统概论 1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？ 解：P3 计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。 计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。 计算机软件：计算机运行所需的程序及相关资料。 硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。 5. 冯?诺依曼计算机的特点是什么？ 解：冯?诺依曼计算机的特点是：P8 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成； 指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问； 指令和数据均用二进制表示； 指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置； 指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行； 机器以运算器为中心（原始冯?诺依曼机）。 7. 解释下列概念： 主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。 解：P9-10 主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。 CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE）。 主存：计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。 存储单元：可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。 存储元件：存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不能单独存取。 存储字：一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。 存储字长：一个存储单元所存二进制代码的位数。 存储容量：存储器中可存二进制代码的总量；（通常主、辅存容量分开描述）。 机器字长：指CPU一次能处理的二进制数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。 指令字长：一条指令的二进制代码位数。 8. 解释下列英文缩写的中文含义：
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）。
5 ．4 教材习题解答 １．如何区别存储器和寄存器？两者是一回事的说法对吗？ 解：存储器和寄存器不是一回事。存储器在CPU 的外边，专门用来存放程序和数 据，访问存储器的速度较慢。寄存器属于CPU 的一部分，访问寄存器的速度很快。 ２．存储器的主要功能是什么？为什么要把存储系统分成若干个不同层次？主要有 哪些层次？ 解：存储器的主要功能是用来保存程序和数据。存储系统是由几个容量、速度和价 存储系统和结构 第5 章 129 格各不相同的存储器用硬件、软件、硬件与软件相结合的方法连接起来的系统。把存储系 统分成若干个不同层次的目的是为了解决存储容量、存取速度和价格之间的矛盾。由高 速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器构成的三级存储系统可以分为两个层次，其中高速 缓存和主存间称为Cache －主存存储层次（Cache 存储系统）；主存和辅存间称为主存—辅
存存储层次（虚拟存储系统）。 ３．什么是半导体存储器？它有什么特点？ 解：采用半导体器件制造的存储器，主要有MOS 型存储器和双极型存储器两大类。 半导体存储器具有容量大、速度快、体积小、可靠性高等特点。半导体随机存储器存储的 信息会因为断电而丢失。 ４．SRAM 记忆单元电路的工作原理是什么？它和DRAM 记忆单元电路相比有何异 同点？ 解：SRAM 记忆单元由６个MOS 管组成，利用双稳态触发器来存储信息，可以对其 进行读或写，只要电源不断电，信息将可保留。DRAM 记忆单元可以由４个和单个MOS 管组成，利用栅极电容存储信息，需要定时刷新。 ５．动态RAM 为什么要刷新？一般有几种刷新方式？各有什么优缺点？ 解：DRAM 记忆单元是通过栅极电容上存储的电荷来暂存信息的，由于电容上的电 荷会随着时间的推移被逐渐泄放掉，因此每隔一定的时间必须向栅极电容补充一次电荷， 这个过程就叫做刷新。
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-实验一》 实验报告 韶关学院数信学院 2010级信息与计算科学 2012年 9月
实验一：本实验分三部分： 1熟悉Linux常用命令（上） 2 Linux下程序设计基础（中） 3汇编语言与机器指令（下）（暂略） 实验一熟悉Linux常用命令（上） 一,实验要求: 1,熟练Linux下的常用命令. 2,熟练地操作linux. 二,实验内容: 练习使用Linux常用命令; 三,实验环境: windows7的vmware的Redhat。 四,Linux下常用命令实验操作：(以下命令若权限不够，要在命令前加sudo) 1. 写出下面命令每个部分含义，字符C表示命令(Command)、O表示选项(Option)、OA表示选项的参数(Option Argument)、CA表示命令的参数(Command Argument)，如： C OOA O OA C A Answer $ lpr –Pspr –n 3 proposal.ps Command line Linux命令行的语法结构： $ command [[-]option(s)] [option argument(s)] [command argument(s)] 含义： ● $：linux系统提示符，您的linux系统可能是其他的提示符 ● Command ：linux命令的名字 ● [[-]option(s)] ：改变命令行为的一个或多个修饰符，即选项 ● [option argument(s)] ：选项的参数 ● [command argument(s)] ：命令的参数 1) ls -la convert.txt 2) more convert.txt 3) pwd 4) cat file1 file2 file3 5) rm -r temp 6) ping –c 3 https://www.doczj.com/doc/d611227656.html, 7) telnet https://www.doczj.com/doc/d611227656.html, 13 8) cc -o short short.c -lbaked 9) chmod u+rw file1.c 10) uname –n
（ 2 = = = （ 2 = = = （ 2 = = = 第二章 1．（1） 35 =?100011） [ 35]原 10100011 [ 35]补 11011100 [ 35]反 11011101 （2） [127]原＝01111111 [127]反＝01111111 [127]补＝01111111 （3） 127 =?1111111） [ 127]原 11111111 [ 127]补 10000001 [ 127]反 10000000 （4） 1 =?00000001） [ 1]原 10000001 [ 1]补 11111111 [ 1]反 11111110 2．[x]补 = a 0. a 1a 2…a 6 解法一、 （1） 若 a 0 = 0, 则 x > 0, 也满足 x > -0.5 此时 a 1→a 6 可任意 （ 2） 若 a 0 = 1, 则 x <= 0, 要满足 x > -0.5, 需 a 1 = 1 即 a 0 = 1, a 1 = 1, a 2→a 6 有一个不为 0 解法二、 -0.5 = -0.1(2) = -0.100000 = 1, 100000 （1） 若 x >= 0, 则 a0 = 0, a 1→a 6 任意即可； （2） [x]补 = x = a 0. a 1a 2…a 6 （2） 若 x < 0, 则 x > -0.5 只需-x < 0.5, -x > 0 [x]补 = -x, [0.5]补 = 01000000 即[-x]补 < 01000000 a 0 * a 1 * a 2 a 6 + 1 < 01000000
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
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机数据通路； （3）通过CPU 运行九条机器指令（排除中断指令）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概念。 二、实验电路 本次实验用到前面四个实验中的所有电路，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。因此，在基本实验中，这是最复杂的一个实验，也是最能得到收获的一个实验。在前面的实验中，实验者本身作为“控制器”，完成数据通路的控制。而在本次实验中，数据通路的控制将由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，是由微指令组成的序列来完成的，即一条机器指令对应一个微程序。 三、实验要求 （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，此项任务应在预习时完成。完成表1. （2）按照下面框图，参考前面实验的电路图完成连线，控制器是控制部件，数据通路（包括上面各模块）是执行部件，时序产生器是时序部件。连线包括控制台、时序部分、数据通路和微程序控制器之间的连接。其中，为把操作数传送给通用寄存器组 RF，数据通路上的RS1、RS0、RD1、RD0 应分别与IR3 至IR0 连接，WR1、WR0 也应接到IR1、IR0 上。 开关控制 控制台时序发生器 时序信号 开关控制指示灯信号控制信号时序信号 控制信号 微程序控制器数据通路 指令代码、条件信号 图13 模型计算机连线示意图 （3）将上述任务（1）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 及内存相关单元的数据。注意：由于设置通用寄存器时会破坏内存单元的数据，因此一般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），与理论分析值作对比。单拍方式执行时注意观察微地址指示灯、IR/DBUS 指示灯、AR2／AR1 指示灯和判断字段指示灯的值，以跟踪程序中取指令和执行指令的详细过程（可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
1．1 概述数字计算机的发展经过了哪几个代？各代的基本特征是什么？ 略。 1．2 你学习计算机知识后，准备做哪方面的应用？ 略。 1．3 试举一个你所熟悉的计算机应用例子。 略。 1．4 计算机通常有哪些分类方法？你比较了解的有哪些类型的计算机？ 略。 1．5 计算机硬件系统的主要指标有哪些？ 答：机器字长、存储容量、运算速度、可配置外设等。 答：计算机硬件系统的主要指标有：机器字长、存储容量、运算速度等。 1．6 什么是机器字长？它对计算机性能有哪些影响？ 答：指CPU一次能处理的数据位数。它影响着计算机的运算速度，硬件成本、指令系统功能，数据处理精度等。 1．7 什么是存储容量？什么是主存？什么是辅存？ 答：存储容量指的是存储器可以存放数据的数量（如字节数）。它包括主存容量和辅存容量。 主存指的是CPU能够通过地址线直接访问的存储器。如内存等。 辅存指的是CPU不能直接访问，必须通过I/O接口和地址变换等方法才能访问的存储器，如硬盘，u盘等。 1．8 根据下列题目的描述，找出最匹配的词或短语，每个词或短语只能使用一次。（1）为个人使用而设计的计算机，通常有图形显示器、键盘和鼠标。 （2）计算机中的核心部件，它执行程序中的指令。它具有加法、测试和控制其他部件的功能。 （3）计算机的一个组成部分，运行态的程序和相关数据置于其中。 （4）处理器中根据程序的指令指示运算器、存储器和I/O设备做什么的部件。 （5）嵌入在其他设备中的计算机，运行设计好的应用程序实现相应功能。 （6）在一个芯片中集成几十万到上百万个晶体管的工艺。 （7）管理计算机中的资源以便程序在其中运行的程序。 （8）将高级语言翻译成机器语言的程序。 （9）将指令从助记符号的形式翻译成二进制码的程序。 （10）计算机硬件与其底层软件的特定连接纽带。 供选择的词或短语： 1、汇编器 2、嵌入式系统 3、中央处理器（CPU） 4、编译器 5、操作系统 6、控制器 7、机器指令 8、台式机或个人计算机 9、主存储器10、VLSI 答：（1）8，（2）3，（3）9，（4）6，（5）2， （6）10，（7）5，（8）4，（9）1，（10）7 计算机系统有哪些部分组成？硬件由哪些构成？ 答：计算机系统硬件系统和软件系统组成。 硬件由控制器、存储器、运算器、输入设备和输出设备五大部件构成 1．9 冯·诺伊曼V on Neumann计算机的主要设计思想是什么？ 略。 1．10 计算机硬件有哪些部件，各部件的作用是什么？
计算机科学技术系王玉芬2012年11月3日
基础实验部分该篇章共有五个基础实验组成，分别是： 实验一运算器实验 实验二存储器实验 实验三数据通路组成与故障分析实验 实验四微程序控制器实验 实验五模型机CPU组成与指令周期实验
实验一运算器实验 运算器又称作算术逻辑运算单元（ALU），是计算机的五大基本组成部件之一，主要用来完成算术运算和逻辑运算。 运算器的核心部件是加法器，加减乘除运算等都是通过加法器进行的，因此，加快运算器的速度实质上是要加快加法器的速度。机器字长n位，意味着能完成两个n位数的各种运算。就应该由n个全加器构成n位并行加法器来实现。通过本实验可以让学生对运算器有一个比较深刻的了解。 一、实验目的 1．掌握简单运算器的数据传输方式。 2．掌握算术逻辑运算部件的工作原理。 3. 熟悉简单运算器的数据传送通路。 4. 给定数据，完成各种算术运算和逻辑运算。 二、实验内容： 完成不带进位及带进位的算术运算、逻辑运算实验。 总结出不带进位及带进位运算的特点。 三、实验原理： 1.实验电路图
图4-1 运算器实验电路图
2.实验数据流图 图4-2 运算器实验数据流图 3.实验原理 运算器实验是在ALU UNIT 单元进行；单板方式下，控制信号，数据，时序信号由实验仪的逻辑开关电路和时序发生器提供，SW7－SW0八个逻辑开关用于产生数据，并发送到总线上；系统方式下，其控制信号由系统机实验平台可视化软件通过管理CPU 来进行控制，SW7－SW0八个逻辑开关由可视化实验平台提供数据信号。 （1）DR1，DR2：运算暂存器， （2）LDDR1：控制把总线上的数据打入运算暂存器DR1，高电平有效。 （3）LDDR2：控制把总线上的数据打入运算暂存器DR2，高电平有效。 （4）S3，S2，S1，S0：确定执行哪一种算术运算或逻辑运算（运算功能表见附录1或者课本第49页）。 （5）M ：M ＝0执行算术操作；M ＝1执行逻辑操作。 （6）/CN ：/CN ＝0表示ALU 运算时最低位加进位1；/CN ＝1则表示无进位。 （7）ALU －BUS ：控制运算器的运算结果是否送到总线BUS ，低电平有效。 （8）SW －BUS ：控制8位数据开关SW7－SW0的开关量是否送到总线，低电平有效。 四、实验步骤： 实验前首先确定实验方式（是手动方式还是系统方式），如果在做手动方式实验则将方式选择开关置手动方式位置（31个开关状态置成单板方式）。实验箱已标明手动方式和系统方式标志。所有的实验均由手动方式来实现。如果用系统方式，则必须将系统软件安装到系统机上。将方式标志置系统模式位置。学生所做的实验均在系统机上完成。其中包括高 ALU DR1 DR2 LDDR1 T4 LDDR2 T4 S1 S2 M0 S0 CN S3
计算机组成原理实验报告 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2班学生姓名毛世均 1010101046 指导教师郭玉峰 撰写日期：二○一二年六月四日
SA4=1 1.根据上边的逻辑表达式，分析58页图6-2的P1测试和P4测试两条指令的微地址转移方向。 P1测试:进行P1测试时，P1为0，其他的都为1, 因此SA4=1， SA3=I7，SA2=I6，SA1=，SA0=I4 微地址011001，下址字段为001000下址字段001000译码后，高两位不变，仍然为00，低四位受到机器指令的高四位I7-I4的影响。 机器指令的高四位为0000时，下一条微指令地址为001000，转到IN 操作。机器指令高四位0010时，下一条微指令地址为001010，转到MOV 操作。机器指令高四位为0001时，下一条微指令地址为001001，转到ADD 操作。机器指令高四位为0011时，下一条微指令地址为001011，转到OUT 操作。机器指令高四位为0100时，下一条微指令地址001100，转到JMP 操作 P4测试:进行P4测试时，P4为0，其他的都为1. 因此SA4=SA3=SA2=1，SA1=CA2，SA0=CA1 微地址000000，下址字段为010000. 010000被译码之后，高四位不变，0100低两位由CA2和CA1控制。CA2和CA1的值是由单片机的键盘填入控制的。 当实验选择CtL2=1时，CA2和CA1被填入0和1，这时低两位被译码电路翻译成01，所以下一条微地址就是010001，然后进入写机器指令的状态。当实验选择CtL2=2时，CA2和CA1被填入1和0，这时低两位被译码电路翻译成10，所以下一条微地址就是010010，然后进入读机器指令的状态。当实验选择CtL2=2时，CA2和CA1被填入1和1，这时低两位被译码电路翻译成 11，所以下一条微地址就是010011，然后进入运行机器指令的状态。 2.分析实验六中五条机器指令的执行过程。
《计算机组成原理》 实验报告 实验一运算器实验
一、实验目的 1．掌握运算器的组成及工作原理； 2．了解4位函数发生器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术操 作和逻辑操作的具体实现过程； 3．验证带进位控制的74LS181的功能。 二、实验环境 EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。 三、实验内容与实验过程及分析（写出详细的实验步骤，并分析实验结果） 实验步骤：开关控制操作方式实验 1、按图1－7接线图接线： 连线时应注意：为了使连线统一，对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。 图1－1 实验一开关实验接线图 2、通过数据输入电路的拨开关开关向两个数据暂存器中置数： 1）拨动清零开关CLR，使其指示灯。再拨动CLR，使其指示灯亮。置ALU-G ＝1：关闭ALU的三态门；再置C-G=0：打开数据输入电路的三态门； 2）向数据暂存器LT1（Ｕ3、U4）中置数：
（1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为要输入的数值； （2）置LDR1＝1：使数据暂存器LT1（Ｕ3、U4）的控制信号有效，置LDR2＝0：使数据暂存器LT2（Ｕ5、U6）的控制信号无效； （3）按一下脉冲源及时序电路的【单脉冲】按钮，给暂存器LT1送时钟，上升沿有效，把数据存在LT1中。 3）向数据暂存器LT2（Ｕ5、U6）中置数： （1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为想要输入的数值； （2）置LDR1＝0：数据暂存器LT1的控制信号无效；置LDR2＝1：使数据暂存器LT2的控制信号有效。 （3）按一下脉冲源及时序电路的“单脉冲”按钮，给暂存器LT2送时钟，上升沿有效，把数据存在LT2中。 （4）置LDR1＝0、LDR2＝0，使数据暂存器LT1、LT2的控制信号无效。 4）检验两个数据暂存器LT1和LT2中的数据是否正确： （1）置C-G=1，关闭数据输入电路的三态门，然后再置ALU-G=0，打开ALU 的三态门； （2）置“S3S2S1S0M”为“F1”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT1中的数，表示往暂存器LT1置数正确； （3）置“S3S2S1S0M”为“15”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT2中的数，表示往暂存器LT2置数正确。 3、验证74LS181的算术和逻辑功能: 按实验步骤2往两个暂存器LT1和LT2分别存十六进制数“1234H”和“5678H”，在给定LT1=1234H、LT2=5678H的情况下，通过改变“S3S2S1S0MCn”的值来改变运算器的功能设置，通过数据总线指示灯显示来读出运算器的输出值F，填入上表中，参考表1－1的功能表，分析输出F值是否正确。分别将“AR”开关拨至“1”和“0”的状态，观察进位指示灯“CY”的变化并分析原因。 实验结果表为：
第五章习 题答案 32 6. (80 * 3 1)* 964字节 8 取指微指令除外，每条机器指令对应三条微指令构成的微程序，因此控制存储 器中共有 80*3+1 条微指令，每条微指令占32 位，即4Byte 8.经分析，（d, i, j ）和（e, f, h）为两组相斥性微命令（在全部8 条微指令中，组内任意两 个微命令没有同时出现 ），可将（d, i, j）编 码表示，使用两位二进 制表示三个相斥性微命令，编码00 表示空操作，即三个微命令都不出现 ，（e, f, h）作类似处 理，剩下的a, b, c, g 四个微命令信号可进行直接控制，其整个控制字段组 成如下： * * * * * * * * a b c g 0 1 d 10 i 10 f 11 j 11 h 13. (1) 空间 S 1 2 3 4 5 15 16 WB 1 2 3 4 5 MEM 1 2 3 4 5 EX ID IF 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 ? 时间T1 2 3 4 5 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 19 t 20 (2) 流水线的实际吞吐率为 H (k n n 1) (5 20 20 1)* 100* 10 9 8.33* 6 10 条 / 秒Ts nk 20* 5 (3)加速比 S 4.17 Tp (k n 1) 20 5 1 流水线 有k 个过 程段，k=5。 16.(1)写后读R AW (2)读后写WAR (3)写后读和写后写RAW WAW
第六章习题答案1、 8.C 9.B、A、C
10.A 11.D 12.A
一、填空题 1．对存储器的要求是速度快，_容量大_____，_价位低_____。为了解决这方面的矛盾，计算机采用多级存储体系结构。 2．指令系统是表征一台计算机__性能__的重要因素，它的____格式__和___功能___不仅直接影响到机器的硬件结构而且也影响到系统软件。 3．CPU中至少有如下六类寄存器__指令____寄存器，__程序_计数器，_地址__寄存器，通用寄存器，状态条件寄存器，缓冲寄存器。 4．完成一条指令一般分为取指周期和执行周期，前者完成取指令和分析指令操作，后者完成执行指令操作。 5．常见的数据传送类指令的功能可实现寄存器和寄存器之间，或寄存器和存储器之间的数据传送。 6．微指令格式可分为垂直型和水平型两类，其中垂直型微指令用较长的微程序结构换取较短的微指令结构。 7．对于一条隐含寻址的算术运算指令，其指令字中不明确给出操作数的地址，其中一个操作数通常隐含在累加器中 8．设浮点数阶码为8位（含1位阶符），尾数为24位（含1位数符），则32位二进制补码浮点规格化数对应的十进制真值范围是：最大正数为2^127(1-2^－23) ，最小正数为2^－129 ，最大负数为2^－128(-2^－1-2^－23) ，最小负数为-2^127 。 9．某小数定点机，字长8位（含1位符号位），当机器数分别采用原码、补码和反码时，其对应的真值范围分别是-127/128 ～+127/128 -1 ～+127/128 -127/128 ～+127/128 （均用十进制表示）。 10．在DMA方式中，CPU和DMA控制器通常采用三种方法来分时使用主存，它们是停止CPU访问主存、周期挪用和DMA和CPU交替访问主存。 11．设n = 8 （不包括符号位），则原码一位乘需做8 次移位和最多8 次加法，补码Booth算法需做8 次移位和最多9 次加法。 12．设浮点数阶码为8位（含1位阶符），尾数为24位（含1位数符），则32位二进制补码浮点规格化数对应的十进制真值范围是：最大正数为，最小正数为，最大负数为，最小负数为。 13．一个总线传输周期包括申请分配阶段、寻址阶段、传输阶段和结束阶段四个阶段。 14．CPU采用同步控制方式时，控制器使用机器周期和节拍组成的多极时序系统。
计算机组成原理实验1 运算器（脱机）实验 通过开关、按键控制教学机的运算器执行指定的运算功能，并通过指示灯观察运算结果。实验原理： 为了控制Am2901运算器能够按照我们的意图完成预期的操作功能，就必须向其提供相应的控制信号和数据。 控制信号包括 1、选择送入ALU的两路操作数据R和S的组合关系（实际来源）。 2、选择ALU的八种运算功能中我们所要求的一种。这可通过提供三位功能选择码I5、 I4、I3实现。 3、选择运算结果或有关数据以什么方式送往何处的处理方案，这主要通过通用寄存器 组合和Q寄存器执不执行接收操作或位移操作，以及向芯片输出信息Y提供的是 什么内容。这是通过I8、I7、I6三位结果选择码来控制三组选择门电路实现的。 外部数据包括 1、通过D接收外部送来的数据 2、应正确给出芯片的最低位进位输入信号C n 3、关于左右移位操作过程中的RAM3、RAM0、Q3和Q0的处理。 4、当执行通用寄存器组的读操作时，由外部送入的A地址选中的通用寄存器的内容送 往A端口，由B地址选中的通用寄存器的内容送往B端口，B地址还用作通用寄 存器的写汝控制。 对于芯片的具体线路，需说明如下几点： 1、芯片结果输出信号的有无还受一个/OE（片选）信号的控制。 2、标志位F=0000为集电极开路输出，容易实现“线与”逻辑，此管脚需经过一个电阻 接到+5V。 3、RAM3、RAM0、Q3和Q0均为双向三态逻辑，一定要与外部电路正确连接。 4、通用寄存器组通过A端口、B端口读出内容的输出处均有锁存器线路支持。 5、该芯片还有两个用于芯片间完成高速进位的输出信号/G和/P。 6、Am2901芯片要用一个CLK（CP）时钟信号作为芯片内通用寄存器、锁存器和Q寄 存器的打入信号。 实验步骤如下： （1）选择运算器要完成的一项运算功能，包括数据来源，运算功能，结果保存等；（2）需要时，通过数据开关向运算器提供原始数据； （3）通过24位的微型开关向运算器提供为完成指定运算功能所需要的控制信号； （4）通过查看指示灯或用电表量测，观察运算器的运行结果（包括计算结果和特征标志）。实验准备 12为微型开关的具体控制功能分配如下： A口和B口地址：送给Am2901器件用于选择源与目的操作数的寄存器编号； I8～I0：选择操作数来源、运算操作功能、选择操作数处理结果和运算器输出内容的3组3位控制码； Sci,SSH和SST：用于确定运算器最低位的进位输入、移位信号的入/出和怎样处理Am2901产生的状态标志位的结果。