计算机组成原理与系统结构实验教程

计算机组成原理实验（接线、实验步骤）实验⼀运算器[实验⽬的]1.掌握算术逻辑运算加、减、乘、与的⼯作原理；2.熟悉简单运算器的数据传送通路；3.验证实验台运算器的8位加、减、与、直通功能；4.验证实验台4位乘4位功能。

[接线]功能开关：DB=0 DZ=0 DP=1 IR/DBUS=DBUS接线：LRW：GND（接地）IAR-BUS# 、M1、M2、RS-BUS#：接+5V控制开关：K0：SW-BUS# K1：ALU-BUSK2：S0 K3：S1 K4：S2K5：LDDR1 K6：LDDR2[实验步骤]⼀、(81)H与(82)H运算1.K0=0：SW开关与数据总线接通K1=0：ALU输出与数据总线断开2.开电源，按CLR#复位3.置数（81）H：在SW7—SW0输⼊10000001→LDDR2=1，LDDR1=0→按QD：数据送DR2置数（82）H：在SW7—SW0输⼊10000010→LDDR2=0，LDDR1=1→按QD：数据送DR1 4.K0=1：SW开关与数据总线断开K1=1：ALU输出与数据总线接通5. S2S1S0=010：运算器做加法（观察结果在显⽰灯的显⽰与进位结果C的显⽰）6.改变S2S1S0的值，对同⼀组数做不同的运算，观察显⽰灯的结果。

⼆、乘法、减法、直通等运算1.K0K1=002.按CLR#复位3.分别给DR1和DR2置数4.K0K1=115. S2S1S0取不同的值，执⾏不同的运算[思考]M1、M2控制信号的作⽤是什么？运算器运算类型选择表选择操作S2 S1 S00 0 0 A&B0 0 1 A&A(直通)0 1 0 A+B0 1 1 A-B1 0 0 A(低位)ΧB(低位)完成以下表格ALU-BUS SW-BUS# 存储器内容S2S1S0 DBUS C输⼊时：计算时：DR1：01100011DR2：10110100（与）DR1：10110100DR2：01100011（直通）DR1：01100011DR2：01100011（加）DR1：01001100DR2：10110011（减）DR1：11111111DR2：11111111（乘）实验⼆双端⼝存储器[实验⽬的]1.了解双端⼝存储器的读写；2.了解双端⼝存储器的读写并⾏读写及产⽣冲突的情况。

计算机组成原理与系统结构实践指导计算机组成原理与系统结构是计算机科学与技术中非常重要的一门课程，它涉及到各种硬件的知识，有助于我们更好地理解计算机的内部结构和工作原理，从而更好地掌握计算机编程和使用技巧。

本文将为大家提供一些实践指导，帮助大家更好地学习和应用这门课程的知识。

一、理论基础首先，我们需要了解计算机系统的基本原理和组成部分，包括处理器、存储器、输入输出设备等。

这些部分都是紧密相连的，互相依赖的，我们需要清晰地了解它们之间的交互方式和如何协同工作。

其次，我们需要学习数字逻辑电路的基本知识，如门电路、触发器、寄存器等。

这些电路是计算机系统中很重要的组成部分，掌握它们的工作原理和应用范围，对我们后续的实践应用至关重要。

最后，我们需要了解指令系统的构成和执行过程，理解指令与计算机硬件的映射关系。

还需要学习计算机汇编语言的编写方法和指令集的设计思想。

二、实践应用了解理论知识后，我们需要进行一些实践应用，将理论知识转化为具体的实践技能，这有助于我们更好地掌握和应用所学知识。

1.设计数字逻辑电路我们可以参考一些电路设计教程，或者自己设计一些简单的电路，如计数器、自动灯光控制器等等。

这些实践过程可以帮助我们更好地理解数字逻辑电路的构成和应用，提升我们的实践能力和创新思维。

2.编写汇编程序我们可以使用一些模拟器，比如MARS或SPIM这样的软件，编写一些简单的计算机汇编程序，如两个数相加、比较大小等。

这样的实践过程可以帮助我们更好地理解指令系统的构成和执行过程，提升我们的编程能力。

3.组装个人电脑我们可以购买一些计算机硬件设备，如处理器、内存、硬盘、显卡等，自己动手组装一台个人电脑。

这个实践过程可以帮助我们更好地理解计算机各个部分的功能和交互方式，提高我们的硬件维护能力。

总之，实践是一种非常重要的学习方式，它可以帮助我们更好地掌握和应用所学知识，提升我们的实践能力和创新思维。

希望以上的实践指导可以帮助大家更好地学习和应用计算机组成原理与系统结构这门重要课程。

《计算机组成原理》实验教学大纲一、实验目的1.了解计算机的基本组成结构和工作原理；2.掌握计算机各个部件的功能和作用；3.掌握计算机组成原理的基本概念和理论知识；4.培养学生动手实践、动脑思考的能力；5.提高学生的团队协作和问题解决能力。

二、实验内容1.计算机硬件基本组成实验（1）CPU的功能和性能测试（2）主板的组装和测试（3）内存的安装和测试（4）硬盘的安装和测试2.计算机软件基本组成实验（1）操作系统的安装和配置（2）应用软件的安装和配置（3）网络设置和测试3.计算机接口和通信实验（1）串口和并口的测试（2）USB接口的测试（3）网络通信的测试4.计算机系统性能测试实验（1）性能测试软件的使用（2）性能测试实验数据分析（3）性能测试实验结果报告5.计算机故障排除实验（1）硬件故障排除方法（2）软件故障排除方法（3）系统故障排除方法三、实验设备1.计算机硬件设备：CPU、主板、内存、硬盘、显卡、其他外设2.计算机软件设备：操作系统、应用软件、性能测试软件3.通信设备：串口、并口、USB接口、网络设备四、实验要求1.认真学习计算机组成原理的理论知识；2.熟练掌握计算机硬件和软件的基本操作方法；3.认真执行实验操作步骤，按时完成实验任务；4.认真分析实验数据，撰写实验报告；5.积极参与实验讨论和交流，相互学习，共同进步。

五、实验流程1.实验前准备：查阅相关资料，准备实验材料；2.实验操作：根据实验大纲逐步进行实验操作；3.实验数据：记录实验过程中产生的数据和结果；4.实验分析：根据实验数据和结果分析实验过程；5.实验报告：撰写实验报告，总结实验经验和教训。

六、实验负责人实验负责人1：XXX实验负责人2：XXX七、实验安全注意事项1.操作实验设备时需注意安全，切勿疏忽大意；2.保护实验设备，避免损坏；3.如有不懂之处，及时向实验负责人请教；八、实验成绩评定1.实验操作得分2.实验报告得分3.实验讨论得分4.实验总成绩。

计算机组成原理实验教程计算机组成原理实验是计算机科学与技术专业中非常重要的一门实践课程。

通过实验，学生可以深入了解计算机的基本构成和工作原理，并且培养实际操作的能力。

本教程旨在提供一系列详细的实验指导，帮助学生顺利完成计算机组成原理实验。

序言计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门核心课程，作为理论和实践相结合的实验教程，对于学生深入了解计算机的内部结构和工作原理至关重要。

本教程将介绍计算机组成原理实验的基本内容和实验报告的撰写要求，帮助学生更好地掌握实验技巧和理论知识。

实验一：数字逻辑电路设计与仿真本实验旨在让学生学会使用Verilog HDL设计数字逻辑电路，并通过仿真验证电路的正确性。

首先，学生需要了解Verilog HDL的基本语法和仿真工具的使用方法。

然后，根据实验要求，设计并仿真一个简单的数字逻辑电路，如全加器或比较器。

最后，学生需要撰写实验报告，详细介绍电路设计的过程、仿真结果和分析。

实验二：单周期CPU设计与实现本实验要求学生设计并实现一个单周期的CPU。

在实验过程中，学生需要了解指令的执行过程和控制信号的生成原理，设计CPU的数据通路和控制逻辑，并编写Verilog HDL代码进行实现。

实验完成后，学生需要进行功能仿真和时序仿真，验证CPU的正确性和性能。

实验报告应包括CPU设计的思路、关键问题的解决方法和仿真结果的分析。

实验三：多周期CPU设计与实现本实验要求学生进一步完善CPU的设计，实现一个多周期的CPU。

在实验过程中，学生需要改进单周期CPU的设计，引入时序控制信号和状态机，实现指令的多周期执行。

实验完成后，学生需要进行功能仿真和时序仿真，验证CPU的正确性和性能提升。

实验报告应包括多周期CPU设计的过程、关键问题的解决方法和仿真结果的分析。

实验四：流水线CPU设计与实现本实验要求学生设计并实现一个流水线CPU。

在实验过程中，学生需要了解流水线技术的基本原理和数据冒险的处理方法，设计流水线CPU的数据通路和控制逻辑。

计算机组成原理实验指导书一、实验目的。

本实验旨在通过实际操作，加深学生对计算机组成原理的理解，掌握计算机硬件的基本组成和工作原理，提高学生的动手能力和实际操作能力。

二、实验器材。

1. 计算机主机。

2. 显示器。

3. 键盘。

4. 鼠标。

5. 逻辑分析仪。

6. 示波器。

7. 电源。

8. 万用表。

9. 逻辑门集成电路。

10. 接线板。

11. 连接线。

三、实验内容。

1. 计算机硬件基本组成的实验。

通过拆卸计算机主机，了解各个硬件组件的作用和连接方式，包括主板、CPU、内存、硬盘、显卡、电源等。

并通过重新组装，加深对计算机硬件组成的理解。

2. 逻辑门电路实验。

使用逻辑门集成电路和连接线搭建基本的逻辑门电路，包括与门、或门、非门等，并通过逻辑分析仪观察输入输出的关系，加深对逻辑门原理的理解。

3. 示波器使用实验。

学习示波器的基本使用方法，观察不同信号的波形，了解数字信号和模拟信号的特点，加深对计算机输入输出原理的理解。

4. 电源电压测量实验。

使用万用表测量计算机主板各个电源接口的电压值，了解各个电源接口的作用和电压标准，加深对计算机电源原理的理解。

四、实验步骤。

1. 计算机硬件基本组成的实验步骤。

（1）拆卸计算机主机，观察各个硬件组件的位置和连接方式。

（2）了解各个硬件组件的作用和特点。

（3）重新组装计算机主机，检查各个硬件组件的连接是否正确。

2. 逻辑门电路实验步骤。

（1）根据实验指导书搭建与门、或门、非门电路。

（2）使用逻辑分析仪观察输入输出的关系，记录实验数据。

3. 示波器使用实验步骤。

（1）学习示波器的基本使用方法。

（2）使用示波器观察不同信号的波形，记录实验数据。

4. 电源电压测量实验步骤。

（1）使用万用表测量各个电源接口的电压值。

（2）比较测量结果与电压标准的差异，记录实验数据。

五、实验注意事项。

1. 在拆卸和重新组装计算机主机时，注意防止静电干扰，避免损坏硬件组件。

2. 在搭建逻辑门电路时，注意连接线的接触是否良好，避免信号传输不畅。

《计算机组成原理》实验指导实验一监控程序与汇编语言程序设计实验教学机的监控程序是用教学机的汇编语言实现的，运行在教学机的硬件系统之上。

它的主要功能是支持把计算机终端或PC机仿真终端接入教学机系统，使用这样的设备执行输入/输出操作，运行教学机的有关程序，以更方便直观的形式支持教学机上的各项实验功能，提供教学机汇编语言的可用子程序。

监控程序提供类似PC机DOS系统下的Debug程序的功能，支持A、U、G、P、T、R、D和E共8个监控命令。

监控命令的格式为：单字母的命令名后跟回车，或命令名后跟一个地址参数，或寄存器名（编号）参数。

当有些命令运行时需要参数，但命令名后又不跟参数时，监控程序会从内存指定单元取一个默认的地址参数值，通常为该命令前一次运行后所接收地址。

TEC—2机从终端接收地址、指令，数值时，均用最多4位的16进制数输入与显示，并且不能（或说不必）用跟字符h加以标志。

⑴单条汇编命令A格式：A[adr]这里的[adr]表示此处的地址参数adr为任选项（但选择范围必须为0800H—0FFFH）。

无此参数时，系统将取默认值。

该规则下同。

功能：完成单条指令的汇编操作，把产生出来的TEC—2机的执行代码放入对应的内存单元中。

命令名后的地址是头一条汇编语句的执行码的内存单元地址。

每条语句汇编完成之后，系统将相应修改地址值，以便正确处理下条汇编语句。

在应该输入汇编语句时，不给出汇编语句而直接回车，则结束A命令的运行过程。

若汇编中发现语法错误，用ˆ指明出错位置后请求重新给出正确语句。

要说明，这里的单条汇编功能不很完善，例如不支持语句标号，也不能使用伪指令等。

遇到这些问题，要求使用者直接使用机器码，并通过E命令将其送入相应内存单元。

⑵反汇编命令U格式：U[adr]功能：每次从指定的（或默认的）地址反汇编15条命令，并将结果显示在终端屏幕上。

反汇编完成之后，已将该命令的默认地址修改好。

接下来再键入不带参数的U命令，保证接着从上一次反汇编的最后一条语句之后继续反汇编。

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。

实验1 运算器组成实验实验序号：1 实验名称：运算器组成实验适用专业：计算机科学与技术学时数：4学时一、实验目的1、掌握简单运算器的数据传送通路。

2、验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能。

二、实验原理实验中所用的运算器数据通路如图1-1所示。

其中运算器由两片74LS181以并/串形式构成8位字长的ALU。

运算器经过一个三态门（74LS245）和数据总线相连，运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器（74LS373）锁存，锁存器的输入连至数据总线，数据开关（“INPUT DEVICE”）用来给出参与运算的数据，并经过一三态门（74LS245）和数据总线相连，数据显示灯（“BUS UNIT”）已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。

图1－1 运算器数据通路图中已将用户需要连接的控制信号用圆圈标明（其他实验相同，不再说明），其中除T4为脉冲信号，其他均为电平信号。

由于实验电路中的时序信号均已连至“W/R UNIT”的相应时序信号引出端，因此，在进行实验时，只需将“W/R UNIT”的T4接至“STATE UNIT”的微动开关KK2的输出端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲，而S3、S2、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B 各电平控制信号用“SWITCH UNIT”中的二进制数据开关来模拟，其中Cn、ALU-B、SW-B为低电平有效，LDDR1、LDDR2为高电平有效。

三、实验内容1、按照图1-2连接实验线路，仔细查线无误后，接通电源。

2、用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数。

具体操作步骤图示如下：检验DR1和DR2中存的数据是否正确，具体操作为：关闭数据输入三态门（SW-B ＝1），打开ALU输出三态门（ALU-B＝0），当置S3、S2、S1、S0、M为11111时，总线指示灯显示DR1中的数，而置成10101时总线指示灯显示DR2中的数。

3、验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑）在给定DR1＝65、DR2＝A7的情况下，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，填入下表1-1中，并和理论分析进行比较、验证。