计算机组成原理实验报告材料四基本模型机设计与实现

基本模型机的设计与实现实验报告本文将围绕“基本模型机的设计与实现实验报告”进行分析和阐述。

基本模型机的设计与实现是计算机系统课程中的重点内容，是学生理解计算机系统的核心；设计和实现基本模型机需要学生掌握计算机组成原理的基本知识，能够编写汇编语言程序和理解存储器层次结构等相关概念。

一、实验目的本次计算机系统实验的目的是掌握CPU的设计与实现，以及理解汇编语言的底层执行过程。

通过本次实验，学生可以深入了解计算机系统的基本组成部分，从而提高对计算机实现原理的认识和理解。

二、实验中设计与实现模型机的步骤1、确定模型机性能要求根据实验要求，我们需要设计出一个能够运行汇编语言程序的模型机。

此时，我们需要确定模型机的性能需求，如运行速度、存储容量和输入输出设备等方面。

2、设计和实现CPU在模型机中，CPU是核心部件，所以首先需要设计和实现CPU。

CPU需要包括寄存器、算术逻辑单元、控制器和取指令等组成部分。

由于我们使用的是逻辑电路实现，所以需要进行逻辑门设计，采用Verilog语言来实现。

3、设计和实现存储器存储器是CPU所需的重要组成部分之一，我们需要为CPU设计实现一套存储器，包括RAM和ROM两部分，其中RAM用于存储数据，ROM用于存储指令。

4、设计和实现输入输出设备在模型机中，输入输出设备也是必不可少的部分。

我们需要设计并实现一套输入输出设备，用于用户输入指令和数据，以及模型机输出结果。

5、编写汇编程序在完成模型机的设计和实现后，我们需要编写汇编程序来测试模型机的功能是否正常。

我们可以编写一些简单的汇编程序来测试模型机的运行速度和结果准确性。

三、实验结果与分析经过实验，我们成功地设计并实现了一套基本模型机，并编写了一些简单的汇编程序进行测试。

模型机具有较高的运行速度和存储容量，并且可以实现输入输出设备的基本功能。

同时，我们也发现了一些问题，如指令与数据存储的冲突等，需要进一步改进。

在完成实验过程中，我们深刻理解了计算机系统的结构和运作原理，提高了对计算机系统的认识和理解能力。

《计算机组成原理》学生实验报告（2011~2012学年第二学期）专业：信息管理与信息系统班级： A0922学号：10914030230姓名：李斌目录实验准备------------------------------------------------------------------------3 实验一运算器实验-----------------------------------------------------------7 实验二数据通路实验-------------------------------------------------------13 实验三微控制器实验--------------------------------------------------------18 实验四基本模型机的设计与实现------------------------------------------22实验准备一、DVCC实验机系统硬件设备1、运算器模块运算器由两片74LS181构成8位字长的ALU。

它是运算器的核心。

可以实现两个8位的二进制数进行多种算术或逻辑运算，具体由74181的功能控制条件M、CN、S3、S2、S1、S0来决定，见下表。

两个参与运算的数分别来自于暂存器U29和U30（采用8位锁存器），运算结果直接输出到输出缓冲器U33（采用74LS245，由ALUB信号控制，ALUB=0，表示U33开通，ALUB=1，表示U33不通，其输出呈高阻），由输出缓冲器发送到系统的数据总线上，以便进行移位操作或参加下一次运算。

进位输入信号来自于两个方面：其一对运算器74LS181的进位输出/CN+4进位倒相所得CN4；其二由移位寄存器74LS299的选择参数S0、S1、AQ0、AQ7决定所得。

触发器的输出QCY就是ALU结果的进位标志位。

QCY为“0”，表示ALU结果没有进位，相应的指示灯CY灭；QCY为“1”，表示ALU结果有进位，相应的指示灯CY点亮。

专业级班学号姓名实验报告实验四模型机的设计与实现一、实验目的1、构造一台基本模型计算机。

2、掌握在模型计算机上进行微程序编制、指令输入、运行调试的方法。

二、实验设备DVCC-C5JH计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。

三、实验原理：部件试验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元空间信号，实现特定指令的功能，这里，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指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。

四、实验内容1、模型机指令设计：（这里填写各模型机指令的指令助记符、指令机器编码、指令说明）DEC R0 0101 0000 (R0)-1→R0AND addr,R0 0110 0000 (R0) 与[addr]→R02、实验过程：先详细了解实验的原理然后进行以下步骤：（以下步骤应根据自己实际情况补充完整）⑴设计模型机的数据通路图，根据实际机器指令要求，设计微程序流程图及确定微地址；（下面绘制：①数据通路图；②微程序流程图及相应的微指令地址。

）1、2、PC A RPC AR RAM B US RAM B US SW R PC A RRAM B USR0BUS BUS R01 1103 04 12 07 31 10RAM B US02 R0DR1 05 (DR1)+(D R2)R006 PC A RRAM B US RAM B US32 17 R0DR125 13 PC A RRAM B US 26 14 R0DR1 (DR1)-1R0 PC A R RAM B US RAM B USR0DR1 (DR1)+(D R2)R01516 33 34 3536 37微指令代码PC AR PC+1(SW)BUS BUS DR1DR1RAMPC AR PC+1RAM BUS BUS DR1DR1LED21243020 2227⑵根据⑴的设计，编制好微程序；（下面写设计的微程序，要标出各微指令在控存中的地址，可以用联机调试中的十六进制形式编写）$ M00108101$ M0182ED01$ M0248C000$ M0304E000$ M0405B000$ M0506A201$ M06019A95$ M0719E000$ M08011000$ M0983ED01$ M0A87ED01$ M0B9AED01$ M0C96ED01$ M0D1BA201$ M0E9CED01$ M0F15A000$ M1092ED01$ M1194ED01$ M1217A000$ M13018001$ M14182000$ M15010A07$ M1681D100$ M17100A07$ M18118A06$ M19018202$ M1A0FE000$ M1B018AF5$ M1C1DE000$ M1D1EA000$ M1E1FB201$ M1F018AB9⑶根据⑴中的数据通路，连接好实验线路，仔细检查无误后接通电源；⑷将编制好的微程序写入控存；⑸使用上面设计好的机器指令编写机器指令程序，存放在内存中；（下面列出编写的机器指令程序，可以用联机调试中的十六进制形式编写，要写明对应的内存地址和相应的内存内容，且要进行简要的指令说明）$ P0000 IN$ P0110 ADD[0CH] R0+[0CH] -> R0$ P020C 01$ P0320 STA[0BH] R0->[0BH]$ P040D$ P0530 OUT[0BH] [0BH]->BUS$ P060D$ P0740 JMP[00H] 00H->PC$ P0800$ P0950 DEC [R0]-1->R0$ P0A60 AND [R0][0DH]->R0$ P0B0D 05$ P0C01 内容为01$ P0D05 内容为05⑹执行⑸中的机器指令程序，并验证前面的设计是否正确，若不正确请修改前面的设计和微程序；四、实验结果机器指令执行的情况：①第一次执行情况（记录实验时发生的情况包括何处错误）：②第二次执行情况：……（调试过程根据自己情况进行填写）五、实验总结。

基本模型机的设计与实现计算机组成实验教程
基本模型机的设计与实现是计算机组成实验教程的重要部分，以下是基本步骤：
1. 确定设计目标：首先，需要明确模型机的设计目标。

这可能包括理解计算机的基本组成，掌握部件之间的交互，以及理解计算机的控制原理和过程。

2. 选择实验设备：根据实验需求，选择适合的实验设备。

例如，可以选择一个具有微程序控制功能的实验系统，如Dais-CMX16+计算机组成原理教学实验系统。

3. 设计实验方案：根据实验目标和设备，设计具体的实验方案。

这可能包括如何将各个部件组合在一起，如何通过微程序控制器来控制数据通道，以及如何编写和调试机器指令等。

4. 实施实验：按照实验方案进行操作，并记录实验过程和结果。

这可能包括连接实验线路，编写和调试程序，以及在模型计算机上运行和测试程序等。

5. 分析实验结果：对实验结果进行分析，并与预期结果进行比较。

如果实验结果不符合预期，需要找出原因并修正实验方案。

6. 撰写实验报告：最后，需要撰写实验报告，总结实验过程、方法和结果，并讨论可能的改进和扩展。

以上步骤仅供参考，建议查阅计算机组成实验教程或者咨询专业人士获取更多帮助。

本科生课程实习学生姓名学生学号所在专业所在班级指导教师职称时间成绩目录一、课程设计题目 (2)二、课程设计使用的实验设备 (2)三、课程设计内容与步骤 (2)1、所设计模型机的功能与用途 (3)2、数据通路图 (4)3、微代码定义 (4)4、微程序流程图 (5)5、微指令二进制代码 (6)6、本课程设计机器指令 (7)7、模型机的调试与实现 (7)(1)接线图 (7)(2)写程序 (8)(3)运行程序 (8)四、总结 (9)参考文献 (9).一、课程设计题目基本模型机设计与实现二、课程设计使用的实验设备TDN-CM计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干三、课程设计内容与步骤不见实验过程中，各部件单元的控制信号是认为模拟产生的，而本次课程实习将能在为程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。

这里，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。

本课程设计采用六条机器指令：IN（输入）、AND（与运算）、DEC（自增1）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件跳转），其指令格式如下：其中IN、DEC为单字长，其余为双字长指令，********为addr对应的二进制地址码。

1、所设计模型机的功能与用途本次课程设计设计的模型机包括六条指令，输入、与运算、自增、存数、输出、无条件跳转。

利用此模型机可完成两个数的与运算，一个数从键盘输入，另个数从内存中读取，再将运算结果自增1，把最后结果保存到内存中，并且将运算结果输出2、数据通路图3、微代码定义C字段A字段B字段4、微程序流程图控制程序流程图当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P(1)测试；控制台操作为P(4)测试，它以控制台开关SWB、SWA作为测试条件，共三路分支。

5、微程序设计完毕后，将每条微指令代码化，将流程图转化为二进制代码表6、本课程设计机器指令7、模型机的调试与实现(1)接线图(2)写程序A、现将机器指令对应的微代码正确写入2816中。

计算机组成原理实验报告
学院:计算机科学与信息专业：班级：
指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试P（1），通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。

“指令译码器”根据指令中的操作码译码，强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。

本系统有两种外部I/O设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备（INPUTDEVICE）；另一种是LED块，它作为输出设备（OUTPUT DEVICE）。

本实验设计机器指令程序如下：
地址（二进制）内容（二进制）助记符号说明
0000 0000 0000 IN R0，SW "INPUT DEVICE"-->R0
0001 0001 0000 ADD R0，09H R0+「09H」-->R0
0010 0000 1001
0011 0010 0000 STA 0BH，R0 R0-->「0BH」
0100 0000 1011
0101 0011 0000 OUT BUS ，0AH 「0AH」-->BUS
0110 0000 1010
0111 0100 0000 JMP 00H 00H-->PC
1000 0000 0000
1001 0101 0101 自定
1010 1010 1010 自定
1011 求和结果。

实验报告模型机总体设计一．基本模型机系统分析与设计1、简单的模型计算机是由算术逻辑运算单元、微程序单元、堆栈寄存器单元、累加器、启停、时序单元、总线和存储器单元组成。

2、在模型机中，我们将要实现RAM的读写指令，寄存器的读写指令，跳转指令，ALU的加、减指令。

把通用寄存器作为累加器A们进行左、右移等操作指令，整体构成一个单累加器多寄存器的系统。

3、根据设计要求，对实验仪硬件资源进行逻辑组合，便可设计出该模型机的整机逻辑框图。

二．指令微程序设计1. ADD A，Ri；功能：（A）+（Ri）—>A步骤：1）取指PC->AB,AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR,PC+1;2)取操作数A->DB,DB->DR1，R1->DB,DB->DR2;3)执行DR1->ALU,DR2->ALU,置CY,ALU->DB,DB->累加器A2. SUB A，Ri 功能：(A) - (Ri)->A步骤：1）取指PC->AB,AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR,PC+1;2）取操作数A->DB,DB->DR1，R1->DB,DB->DR2;3）执行DR1->ALU,DR2->ALU,置CY,ALU->DB,DB->累加器A3. MOV A,Ri;功能：Ri->A步骤：1）取指PC->AB,AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR,PC+1;2)执行Ri->DB,DB->累加器A，置CY4. MOV Ri,A; 功能：(A)->Ri1）取指PC->AB,AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR,PC+1;2)执行A->DB,DB->Ri5. JMP addr 跳转到addr1）取指PC->AB,AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR,PC+1;2)执行IR1->DB,DB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->AB,AB->PC6.RRC A; 功能：带进位向右移1）取指PC->AB,AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR,PC+1; 2）执行控制信号，置CY7.RLC A；功能：带进位左移1）取指PC->AB,AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR,PC+1; 3）执行控制信号，置CY8.LDA addr；功能：(addr)->累加器A1）取指PC->AB,AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR,PC+1; 2）计算地址IR1->DB,DB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR2，IR2->AB3）执行AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->A9.STA addr; 功能：（A）->addr1）取指PC->AB,AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR,PC+1;2)计算地址IR1->DB,DB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR2，IR 2->AB3) 执行A->RAM,EMCK=1,RM=0,WM=1三.指令格式1.ADD A,RiADD A Ri 2.SUB A,RiSUB A Ri 3.MOV A,RiMOV A Ri 4.MOV Ri,AMOV Ri A 5.RRC ARRC A6.RR ARR A7.JMP ADDRJMP ADDR8.LDA ADDRLDA ADDR9.STA ADDRSTA ADDR四.微程序指令格式设计00 取指微指令010203 减法指令微程序（1）04 减法指令为程序（2）050607 MOV指令微程序（1）08 MOV指令微程序（2）09 MOV指令微程序（3）0A0B0C0D0E0D……微程序入口地址微程序首地址形成MD7 MD6 MD5 MD4 MD3 MD2 MD1 MD00 0 I7 I6 I5 I4 1 1按操作码散转指令操作码微程序首地址MD7、MD6 I7 I6 I5 I4 MD1、MD0 MD7～MD00 0 0 0 0 1 003H0 0 0 0 1 1 007H0 0 0 1 0 1 00BH0 0 0 1 1 1 00FH0 0 1 0 0 1 013H0 0 1 0 1 1 017H0 0 1 1 0 1 01BH0 0 1 1 1 1 01FH0 1 0 0 0 1 023H0 1 0 0 1 1 027H0 1 0 1 0 1 02BH0 1 0 1 1 1 02FH0 1 1 0 0 1 033H0 1 1 0 1 1 037H0 1 1 1 0 1 03BH0 1 1 1 1 1 03FH六.模型机时序设计安排1、由于模型机已经确定了指令系统，微指令采用全水平不编码纯控制场的格式，微程序的入口地址采用操作码散转方式，微地址采用技术增量方式，所以可确定模型机中时序单元中所产生的每一节拍的作用。

《计算机组成与结构》课程实习基本模型机的设计与实现系另比信息学院______________班级：______________________________指导教师：刘桃丽_________________基本模型机的设计与实现一、设计要求1、课程设计题目：基本模型机的设计与实现2、分组设计一台基本模型机，并在模型机上运行一个简单的程序。

每组2-3 人，要求各组的指令系统不同。

3、根据设计的图纸，在验台上进行组装，并调试成功。

4、在组装调试成功的基础上，整理出设计图纸和其他文件，包括：（1）总框图（数据通路图）（2）微程序流程图（3）微指令格式（4）微程序代码表（5）调试小结二、课程实习使用的实验设备系统功能：输入两个正整数，计算两正整数之间所有的正整数累加之和。

即是累加求和。

需求分析：本程序包含加法（add）、减法（sub）、自加1（inc）、自减1（dec）条件转移（jc）、无条件转移（jmp）、停机（stp）等机器指令。

其中Inc和dec为单独设计，其他指令为模型机所自带的。

设计模块：微指令设计、机器指令设计。

各模块功能：微指令：定义并执行多个并行操作微命令，包含控制字段、判别测试字段、下地址字段机器指令：包含操作码和操作数，操作码就是指令的动作它会在CPU 上产生相应的硬件动作操作数可以是被加工的数据也可以是数据的地址用于指定操作的对象.输入输出的信号的含义及要求：在R0和R1分别输入待运算是数，R2输入FF 由减法R2=R2-R1 用来控制累加次数.三、课程实习步骤计算机的功能和用途:本程序用来计算两个数的累加求和。

总体结构:数据通路: INSSW BUS控制器 KblJtSQ-諒匚画UiuSlLCHLtfiLRWCT3^LDAR l~CHj TT ARI M 逼jC Z 列 ___ J_1 A 』 LPiARn^UDIMil _LL KL ,LDER(T4*Q Jl-k ALU &US RAI 『：TT ~ , ’—I UMR2(T2)*M3AR2MUX3设计指令执行流程:IARPC ADl>(T21MUM 他I 貯….I IM_C' [NTQIW VRlI'KQ"UWSl”，num •…unn控制信号输出运行微程序01PC A ARPC+1RAM ―►BUSBUS ―►IRIR7~IR40000 0001 1011ADD SUB DEC P11001JC1000JMP1010INC10H 11H 13H 19H 18H 18H M1=0 M1=0 M1=0LDDR1M2=0 LDDR23BH ALU=A+BALU BUS LDER LDDR1M2=0LDDR23AHALU=A-BALU BUSLDER LDERWD微指令信号表:RS BULDDR1 SM2=0 M1=1LDDR2 LDR4P0LDPC38HALU=A-1 M4=0ALU BUS LDR1PC ADDLDPCWRD0FH34HM1=0LDDR1M2=0LDDR219HALU=A+1ALU BUSLDER微指令代码化：四、总结我们小组在这几天完成计算机组成原理课程设计实习的过程中，我们发现，计算机组成原理与我们的专业息息相关，如果我们没能够熟练地掌握计算机原理里面的知识，这对我们以后的软件设计以及创新就会产生很大的局限性。

淮海工学院计算机工程学院实验报告书课程名：《计算机组成原理》题目：实验四基本模型机实验班级：^ ^学号：^ ^姓名：^ ^1、目的与要求1）在“微程序控制器的组成与微程序设计实验”的基础上，将第一部分中的各单元组成系统，构造一台基本模型计算机。

2）本实验定义五条机器指令，编写相应的微程序，并上机调试运行，形成整机概念。

2、实验设备1) ZYE1601B计算机组成原理教学实验箱一台，排线若干。

2) PC机一台。

3、实验步骤与源程序l) 根据该模型机的指令系统，编写一段程序。

这里给出两个参考程序。

参考程序一：本程序从输入设备（数码开关）取入数据，保存在内存单元08，然后从08单元送到输出设备（LED数码管）进行显示。

然后程序停止（请实验者考虑：如何修改程序，使程序不断从输入设备取出数据，送到输出设备显示。

每次循环过程中，可以使输入设备数据改变，考察输出显示的结果。

）。

设计机器指令程序如下（机器码为十六进制数据）。

地址内容助记符说明00 00 IN ；输入开关数据→R001 20 STA [08H] ；R0→[08]02 08 ；地址03 30 OUT [08H] ；[08H]→BUS04 08 ；地址05 40 JMP [00H] ；00H→PC06 00 ；跳转地址参考程序二：本程序从输入设备（数码开关）读入数据，与0A单元的数据相加，然后送到输出设备（LED 数码管）进行显示。

本程序不断地循环运行，在运行中可改变输入开关（INPUT）的值，观察输出显示的变化。

设计机器指令程序如下（机器码为十六进制数据）。

地址内容助记符说明00 00 IN ；输入开关数据→R0，采集数据01 10 ADD [0AH] ；R0＋[0AH]→R0，输入数据与指定数据相加02 0A ；地址03 20 STA [0BH] ；R0→[0B]04 0B ；地址05 30 OUT [0BH] ；[0BH]→BUS，输出显示06 0B ；地址07 40 JMP [00H] ；00H→PC08 00 ；跳转地址0A 01 ；加数，可自定0B ；求和结果保存在0B单元2) 按图1连接实验线路。

本科生课程实习学生姓名学生学号所在专业所在班级指导教师职称时间成绩目录一、课程设计题目 (2)二、课程设计使用的实验设备 (2)三、课程设计内容与步骤 (2)1、所设计模型机的功能与用途 (3)2、数据通路图 (4)3、微代码定义 (4)4、微程序流程图 (5)5、微指令二进制代码 (6)6、本课程设计机器指令 (7)7、模型机的调试与实现 (7)(1)接线图 (7)(2)写程序 (8)(3)运行程序 (8)四、总结 (9)参考文献 (9).一、课程设计题目基本模型机设计与实现二、课程设计使用的实验设备TDN-CM计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干三、课程设计内容与步骤不见实验过程中，各部件单元的控制信号是认为模拟产生的，而本次课程实习将能在为程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。

这里，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。

本课程设计采用六条机器指令：IN（输入）、AND（与运算）、DEC（自增1）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件跳转），其指令格式如下：其中IN、DEC为单字长，其余为双字长指令，********为addr对应的二进制地址码。

1、所设计模型机的功能与用途本次课程设计设计的模型机包括六条指令，输入、与运算、自增、存数、输出、无条件跳转。

利用此模型机可完成两个数的与运算，一个数从键盘输入，另个数从内存中读取，再将运算结果自增1，把最后结果保存到内存中，并且将运算结果输出2、数据通路图3、微代码定义C字段A字段B字段4、微程序流程图控制程序流程图当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P(1)测试；控制台操作为P(4)测试，它以控制台开关SWB、SWA作为测试条件，共三路分支。

5、微程序设计完毕后，将每条微指令代码化，将流程图转化为二进制代码表6、本课程设计机器指令7、模型机的调试与实现(1)接线图(2)写程序A、现将机器指令对应的微代码正确写入2816中。

计算机组成原理实验报告计算机组成原理实验报告引言：计算机组成原理是计算机科学与技术专业的重要课程之一，通过实验可以更好地理解和掌握计算机的组成原理。

本篇实验报告将介绍我们在计算机组成原理实验中所进行的实验内容和实验结果。

实验一：逻辑门电路设计在这个实验中，我们学习了逻辑门电路的设计和实现。

通过使用门电路，我们可以实现与门、或门、非门等基本逻辑运算。

我们首先学习了逻辑门电路的真值表和逻辑代数的基本运算规则，然后根据实验要求，使用逻辑门电路设计了一个简单的加法器电路，并通过仿真软件进行了验证。

实验结果表明，我们设计的加法器电路能够正确地进行二进制数的加法运算。

实验二：数字逻辑电路实现在这个实验中，我们进一步学习了数字逻辑电路的实现。

通过使用多路选择器、触发器等数字逻辑元件，我们可以实现更复杂的逻辑功能。

我们首先学习了多路选择器的原理和使用方法，然后根据实验要求，设计了一个4位二进制加法器电路，并通过数字逻辑实验板进行了搭建和测试。

实验结果表明，我们设计的4位二进制加法器能够正确地进行二进制数的加法运算。

实验三：存储器设计与实现在这个实验中，我们学习了存储器的设计和实现。

存储器是计算机中用于存储和读取数据的重要组成部分。

我们首先学习了存储器的基本原理和组成结构，然后根据实验要求，设计了一个简单的8位存储器电路，并通过实验板进行了搭建和测试。

实验结果表明，我们设计的8位存储器能够正确地存储和读取数据。

实验四：计算机硬件系统设计与实现在这个实验中，我们学习了计算机硬件系统的设计和实现。

计算机硬件系统是计算机的核心部分，包括中央处理器、存储器、输入输出设备等。

我们首先学习了计算机硬件系统的基本原理和组成结构，然后根据实验要求，设计了一个简单的计算机硬件系统，并通过实验板进行了搭建和测试。

实验结果表明，我们设计的计算机硬件系统能够正确地进行指令的执行和数据的处理。

结论：通过这些实验，我们深入学习了计算机组成原理的相关知识，并通过实践掌握了计算机组成原理的基本原理和实现方法。

实践报告计算机组成原理--模型机设计报告作者姓名：专业：计算机科学与技术学号：指导教师：完成日期：年月号******学院计算机工程系摘要“计算机组成原理”是计算机科学与技术系的一门核心专业基础课程，在计算机专业中起了很重要的作用。

课程中分部分介绍了计算机的各个部件，我们有必要将它们组合起来以对计算机有一个整体的认识。

这次课程设计通过对一个简单模型机的设计与实现，是我们对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接有更深的理解。

依次设计计算机的几个部件并进行连接使成为一个完整的模型机。

通过运行和调试，使之正常工作。

关键词：运算器；控制器；存储器；输入输出接口；模型机正文：一、课设目的要求：《计算机组成原理》是一门理论性、实践性均较强的专业基础课，要求学生具有一定的电路分析、指令系统编写能力、软件设计能力。

通过计算机组成原理实践周，要突出《计算机组成原理》理论联系实际的特点，培养实践动手能力。

1.培养学生运用理论知识和技能，构建建立问题逻辑结构，锻炼学生分析解决实际问题的能力。

2.培养学生使用PROTEUS软件分析和设计计算机内部器件的方法和技巧。

3.培养学生调查研究、查阅技术文献、资料、手册以及编写技术文献的能力。

4.通过实践设计，要求学生在指导教师的指导下，独立完成设计课题的全部内容，包括：（1）通过调查研究和上机实习，掌握PROTEUS软件的设计和仿真调试技能。

（2）掌握计算机系统的组成结构及其工作原理。

（3）设计实现一个简单计算机的模型机，并能够使用PROTEUS软件进行电路仿真验证二、课设内容：利用所学的计算机结构和工作原理的知识，要求学生独立完成简单计算机的模型机设计，并用PROTEUS软件进行验证。

在分析设计过程中，要求学生养成良好的习惯，学会分析实际问题，并利用所学的知识建立系统的逻辑结构，学会PROTEUS调试技巧和方法，通过逻辑设计和工程设计培养调试硬件电路的实际动手能力。

要求学生掌握数字逻辑电路中故障的一般规律，以及排除故障的一般原则和方法；锻炼分析问题与解决问题的能力，在出现故障的情况下，独立分析故障现象，并排除故障。

本科生课程实习基本模型机的设计与实现课程名称计算机组成与结构课程实习学生姓名学生学号所在专业计算机科学与技术所在班级指导教师成绩2019年12月19日目录1 设计任务与要求 (2)1.1 设计目的 (2)1.2 设计内容 (2)1.3 设计要求 (2)2 设计思想 (2)2.1 主要使用芯片 (2)2.2 基本原理 (2)3 设计方案 (3)3.1 指令格式表 (3)3.2 指令流程图与控制信号表 (4)3.3 接线图 (6)3.4 模块功能 (6)4 测试结果及分析 (7)4.1 测试过程 (7)4.2 测试结果 (7)5 源程序 (11)6 总结 (12)参考文献 (12)基本模型机的设计与实现1设计任务与要求1.1 设计目的（1）将微程序控制器同执行部件(整个数据通路)联机，组合一台模型计算机；（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1.2 设计内容设计不少于10条指令的指令系统，其中包含算术逻辑指令，访问内存指令，程序控制指令，输入输出指令，停机指令。

包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。

设计出微程序，其中数据字长为8位，采用定点补码表示，指令字长为8的整数倍。

微指令字长为38位。

上机调试，并给出测试思路和具体程序段。

1.3 设计要求了解并掌握计算机组成原理设计的一般方法，具备初步的独立分析和设计能力；通过该课程设计的学习，总结计算机组成原理课程的学习内容，层次化设计方法、多路开关，逻辑运算部件，微程序控制的运算器设计、微程序控制的存储器设计、简单计算机的设计。

提高综合运用所学的理论知识和方法独立分析和解决问题的能力。

2 设计思想2.1 主要使用芯片该实验用到了GAL22V10,74LS181,HN58C65,74LS298,ISPLI1016,IDT7132等芯片。

2.2 基本原理微指令的格式如下所示：2.2.1指令的设计思想主要是根据实验指导提供的指令执行周期图，根据微指令的格式分析哪一位信号应该开启，即状态置为1，然后将其按照每8位二进制合成一个W值（十六进制数），就是组成指令的源程序。

计算机组成原理课程设计报告基本模型机的设计与实现
本次课程设计的任务是完成一个基本模型机的设计与实现。

设计经过综合运用了以前所学计算机原理的知识,依照设计要求和指导,实现了一个基本的模型计算机。

本模型机实现的功能有：IN（输入）,OUT （输出），ADD（加法），SUB（减法），STA（存数），JMP（跳转）。

设计进行开始,在了解微程序的基本格式,及各个字段值的作用后,按微指令格式参照指令流程图，设计出程序以及微程序，将每条微指令代码化，译成二进制代码表，并将二进制代码转换为联机操作时的十六进制格式文件。

根据机器指令系统要求，设计微程序流程图及确定微地址。

设计的加法和减法中,被加数和被减数都由调试人员输入,而加数和减数都从存储器中读取.最后上机调试，各个功能运行结果正确。

关键词:基本模型机；机器指令；微指令
目录
1、课程设计题目-
2、实验设备-
3、课程设计步骤-
3.1、所设计计算机的功能和用途-
3.2、指令系统-
3.3、总体结构与数据通路-
3.4、设计指令执行流程-
3.5、微指令代码化-
3.6、组装和调试-
4、课程设计总结-
5、附录-8附录1：数据通路图-8附录2：微程序流程图-9附录3：实验接线图-10附录4：实验程序及微程序-11附录5：。

实验报告时间：2011.5.6基本模型机设计与实现一、目的要求(1)在掌握单元电路实验基础上，将各部分组成系统，构成一台基本模型计算机。

(2)为其定义五条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试掌握整机概念。

二、实验仪器与试剂计算机组成原理实验箱。

三、实验原理1、实验中所用的基本模型机实验原理如图1所示。

图1 基本模型机实验原理框图四、实验步骤1、写程序。

方法一：手动写入①将机器指令对应的微代码正确写入2816中。

②使用控制台KWE和KRD进行机器指令的装入和检查。

方法二：联机读/写程序（略）2、运行程序。

单步运行程序、连续运行。

五、实验现象、结果记录及整理首先验证微控制器的存储特性。

将编程开关置为“写入”状态，写入如表2微地址为06～0D的微代码。

每写入一条指令，按一下“启动运行”开关。

再将微地址和总清开关置0，编程开关置为“读”状态，即可验证是否存储正确。

若有错误，则需检查连线或者是重新输入。

经实验，成功显示。

最后，将编程开关置为“运行”状态，即可运行我们写入的微程序。

经实验，结果显示正确。

六、分析讨论与思考题解答（两个解答选择一个填写，也可以自己修改一下填写）解答一：通过这次实践，不仅让我对计算机的基本组成、简单运算器的数据传送通路组成、静态随机存取存储器RAM工作特性及数据的读写方法、时序信号发生电路组成原理、微程序控制器的设计思想和组成原理、微程序的编制、写入过程有了进一步的了解, 也让我觉得自己的动手能力有了很大的提高;自信心也增强了,在课程设计中自己动脑子解决遇到的问题，书本上的知识有了用武之地，这巩固和深化了自己的知识结构。

解答二：通过这次实践,我相信，只要自己在每一次实践中都能仔细思考，课程设计其实都不会很难,关键在于自己能不能认真思考,能不能亲自动手做实验，而不是想着其他人的劳动果实,其次你还要多操作,只有多操作才能从中发现问题,才能及时向老师和同学请教,解决问题,从而更好的掌握书本中知识。

实验四简单模型机实验1.1实验目的1）将微程序控制器模块通过总线同运算器模块、存储器模块联机，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5条机器指令组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，牢固建立机器的整机概念。

1.2电路图本次实验用到前几次实验所有电路，将几个模块组成一台简单计算机，由微程序控制器控制数据通路，实现cpu从内存取出一条机器指令到执行指令结束的一个指令周期，由微指令组成的序列来完成，一条机器指令对应一个微程序。

图1 电路图1.3 实验原理（1）PC计数器初始值为“0”，微程序默认从00地址开始执行，产生控制信号，使PC的地址通过ABUS将送到存储器（6116）的地址锁存器AR中， PC=PC+1;（2）读出存储器中存放内容,通过DBUS送到IR指令寄存器中，实现指令译码，指令的操作码送至微程序控制器的程序跳转控制部分，在P(1)的控制下与微程序中储存的下一条指令地址进行逻辑运算，产生真正的下一条微程序地址；（3）在微程序的控制下单步执行微指令序列。

1.4 微指令格式表1 微指令格式1.5 微程序流程图：图2 微程序流程图1.6微程序代码表1.7 数据通路总体图图3 数据通路总体图五条机器指令格式(其中，A为内存地址8bit)：RAM中装入的程序和数据(其中，地址为8进制)：1.8 实验任务及步骤（1）实验连线：本次实验大部分的连线已由教师完成，请同学们对照微指令格式，完成微程序控制器的剩余部分连线。

（2）实验环境初始化：实验平台通电前请关闭DR1（74ls273），DR2（74ls273）,存储器（6116）的地址锁存器（74ls273），微程序控制器的地址锁存器（74ls175）的自动清零功能，将几个芯片的-MR引脚置为“1”。

时钟发生器的功能设定为单步执行，具体信号为：STOP=0，STEP=1。

（3）加电运行初始化：①指令寄存器IR自动清零，程序计数器PC手动清零，将两片74ls163的ENT,ENP引脚置“1”，-CR引脚置“0”，打开三态门开关，给单步时钟脉冲；②程序计数器PC设定为单步技术功能，并交由微程序控制，将-CR引脚置“1”，关闭三态门开关；③关闭指令寄存器IR清零功能，交由微程序控制，将-MR设为“1”。

计算机组成原理实验报告基本模型机和复杂模型机的设计1.引言2.设计目标本次实验的设计目标是实现一个满足基本要求的计算机模型，了解计算机的基本组成结构和工作原理。

然后我们将设计一个更复杂的模型，通过增加功能模块和优化设计，实现更高级的计算能力和更好的性能。

3.实验方法基本模型机的设计主要包括五个核心模块：输入模块、中央处理器（CPU）、存储器、控制器和输出模块。

我们将使用VHDL语言来实现这些模块，并使用FPGA来实现整个基本模型机。

复杂模型机的设计在基本模型机的基础上进行扩展和优化。

我们将对CPU进行升级，加入多核处理器和并行计算能力，增加存储器容量和传输速率，优化控制器的运行效率。

通过这些优化，我们可以提高复杂模型机的计算性能和运行效率。

4.实验结果4.1基本模型机的实验结果基本模型机的实验结果显示，我们成功实现了输入输出功能，能够将用户的输入数据送入存储器，并通过CPU进行计算后将结果输出。

虽然这个模型的计算能力和性能较低，但是它对于初学者来说是一个良好的实践项目。

4.2复杂模型机的实验结果复杂模型机的实验结果显示，我们成功实现了多核处理器和并行计算的功能，并大幅提升了计算性能和运行效率。

存储器的容量和传输速率的提升也带来了更高的数据处理能力。

控制器的优化使得整个模型机的运行更加稳定和高效。

5.实验总结通过设计和实现基本模型机和复杂模型机，我们加深了对计算机组成原理的理解，并掌握了相关的设计和实践技巧。

实验结果表明，我们的设计能够满足计算机的基本要求，并具有一定的性能和计算能力。

通过进一步优化和扩展，我们可以设计出更高级的计算机模型，满足更多应用需求。

[1]《计算机组成原理》李文新，清华大学出版社，2024年。