计算机组成原理 三存储器设计

计组实验报告范文-3存储器和IO扩展实验综合实验报告(2022--2022年度第一学期)名称：计算机组成原理综合实验题目：存储器和I/O扩展实验院系：计算机系班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：一周成绩：日期年月一、目的与要求实验目的：（1）熟悉ROM芯片和RAM芯片在功能和使用方法等方面的相同和差异之处；学习用编程器设备向EEPROM芯片内写入一批数据的过程和方法。

（2）理解并熟悉通过字、位扩展技术实现扩展存储器系统容量的方案；（3）了解静态存储器系统使用的各种控制信号之间正常的时序关系；（4）了解如何通过读、写存储器的指令实现对58C65ROM芯片的读、写操作；（5）加深理解存储器部件在计算机整机系统中的作用；（6）学习串行口的正确设置和使用。

实验要求：（1）实验之前认真预习，明确实验目的和具体内容，设计好扩展8K字存储器容量的线路图，标明数据线和控制信号的连接关系，做好实验之前的必要准备；（2）想好实验步骤，明确通过实验到底可以学习哪些知识，想想怎么样有意识的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和用到的辅助仪表，记录实验步骤中的数据和运算结果，仔细分析遇到的现象与问题，找出解决问题的办法，有意识的提高自己的创新思维能力；（4）实验之后认真写出实验报告，总结自己再实验过程中的收获，善于总结和发现问题。

二、实验正文1．主存储器实验内容1．1实验的教学计算机的存储器部件设计（说明只读存储器的容量、随机读写器的容量，各选用了什么型号及规格的芯片、以及地址空间的分布）答:ROM存储区选用4片长度8位、容量8KB的58C65芯片实现，RAM存储区选用2片长度8位、容量2KB的6116芯片实现，每2个8位的芯片合成一组用于组成16位长度的内存字，6个芯片被分成3组，其地址空间分配关系是：0-1777h用于第一组ROM，固化监控程序，2000-2777h用于RAM，保存用户程序和用户数据，其高端的一些单元作为监控程序的数据区，第二组ROM的地址范围可以由用户选择，主要用于完成扩展内存容量（存储器的字、位扩展）的教学实验1．2扩展8K字的存储空间，需要多少片58C65芯片，58C65芯片进行读写时的特殊要求答:第一，要扩展8K字的存储空间，需要使用2片（每一片有8KB容量，即芯片内由8192个单元、每个单元由8个二进制位组成）存储器芯片实现。

第3章 习题解答3-1 解释下列名词：存储元，存储单元，存储体，存储容量，存取周期。

答：基本存储元是用来存储一位二进制信息0或1。

存储单元需要n 个存储元才能组成一个存储单元。

存储体是存储单元的集合。

存储容量就是存储器可以容纳的二进制信息的数量，常以字节（Byte ）为单位。

存储周期时间 是指存储器完成一次的存取操作所需的时间，即存储器进行两次连续、独立的操作（或读写）之间所需的时间，用TM 表示。

3-3 存储器的功能是什么？答：存储器是计算机中信息的存放地，是CPU 与外界进行数据交流的窗口，是计算机中的核心组成部分。

3-6 为什么动态RAM 需要刷新？常用的刷新方式有哪几种？答： 动态RAM 存在电容，电容放电需要刷新，常用的刷新有集中式刷新，分散式刷新，异步刷新三种3-8 八体交叉主存系统，每体并行读出两个字，每字长两字节，主存周期为T ，求存储器最大频宽。

答： 频宽为单位时间读出的二进制位数 W=Q/TQ 为读出信息的总量 Q=2×2×8B=32BW=32B/T3-9 设主存容量为4MB ，如果分别采用字为32位或16位编址，则需要地址码至少多少位？如果系统允许字节编址，则需要地址码至少多少位？答： 4MB=4×220B=222B32位编址 222B /22B=220 需要地址码为20位16位编址 222B /2B=221 需要地址码为21位允许字节编址 需要地址码为22位3-11 设有一个具有14位地址和8位字长的存储器，问：（1）该存储器能存储多少字节的信息？（2）如果存储器由4K ×4位RAM 芯片组成，需要多少片？（3）需要多少位地址作芯片选择？答：(1) 14位 214B=24KB =16KB (2) 82448416=⨯=⨯K K 片 (3) 14位->12位 高2位地址作芯片选择。

3-12 有一个4K ×16位的存储器，由1K ×4位的DRAM 芯片构成（芯片内部结构是64×64），问：（1）总共需要多少DRAM 芯片？（2）设计此存储体组成框图。

实验题目存储器部件教学实验一、实验目的：1. 熟悉ROM芯片和RAM芯片在功能和使用方法等方面的相同和差异之处。

学习用编程器设备向EEPROM芯片内写入一批数据的过程和方法。

2. 理解并熟悉通过字、位扩展技术实现扩展存储器系统容量的方案。

3. 了解静态存储器系统使用的各种控制信号之间正常的时序关系。

4. 了解如何通过读、写存储顺的指令实现对58C65 ROM芯片的读、写操作。

加深理解存储器部件在计算机整机系统中的作用。

二、实验设备与器材：TEC-XP+教学实验系统和仿真终端软件PCEC。

三、实验说明和原理：1、内存储器原理内存储器是计算机中存放正在运行中的程序和相关数据的部件。

在教学计算机存储器部件设计中，出于简化和容易实现的目的，选用静态存储器芯片实现内存储器的存储体，包括唯读存储区和随读写存储区两部分，ROM存储区选用4片长度8位、容易8KB的58C65芯片实现，RAM存储区选用2片长度8位、容量2KB的6116芯片实现，每2个8位的芯片合成一组用于组成16位长度的内存字，6个芯片被分成3组，其地址空间分配关系是：0-1777h用于第一组ROM，固化监控程序，2000-2777h用于RAM，保存用户程序和用户数据，其高端的一些单元作监控程序的数据区，第二组ROM的地址范围可以由用户选择，主要用于完成扩展内存容量的教学实验。

地址总线的低13位送到ROM芯片的地址线引脚，用于选择芯片内的一个存储字。

用于实现存储字的高位字节的3个芯片的数据线引脚、实现低位字节的3个芯片的数据线引脚分别连接在一起接到数据总线的高、低位字节，是实现存储器数据读写的信息通路。

数据总线要通过一个双向三态门电路与CPU一侧的内部总线IB 相连接，已完成存储器、接口电路和CPU之间的数据通讯。

2、扩展教学机的存储空间四、实验内容：1) 要完成存储器容量扩展的教学实验，需为扩展存储器选择一个地址，并注意读写和OE等控制信号的正确状态。

实验四存储系统设计实验一、实验目的本实训项目帮助大家理解计算机中重要部件—存储器，要求同学们掌握存储扩展的基本方法，能设计MIPS 寄存器堆、MIPS RAM 存储器。

能够利用所学习的cache 的基本原理设计直接相联、全相联，组相联映射的硬件cache。

二、实验原理、内容与步骤实验原理、实验内容参考：1、汉字字库存储芯片扩展设计实验1)设计原理该实验本质上是8个16K×32b 的ROM 存储系统。

现在需要把其中一个（1 号）16K×32b 的ROM 芯片用4个4K×32b 的芯片来替代，实际上就是存储器的字扩展问题。

a) 需要4 片4个4K×32b 芯片才可以扩展成16K×32b 的芯片。

b) 目标芯片16K个地址，地址线共14 条，备用芯片12 条地址线，高两位（分线器分开）用作片选，可以接到2-4 译码器的输入端。

c) 低12 位地址直接连4K×32b 的ROM 芯片的地址线。

4个芯片的32 位输出直接连到D1，因为同时只有一个芯片工作，因此不会冲突。

芯片内数据如何分配：a) 16K×32b 的ROM 的内部各自存储16K个地址，每个地址里存放4个字节数据。

地址范围都一样：0x0000～0x3FFF。

b) 4个4K×32b 的ROM，地址范围分别是也都一样：0x000～0xFFF，每个共有4K个地址，现在需要把16K×32b 的ROM 中的数据按照顺序每4个为一组分为三组，分别放到4个4K×32b 的ROM 中去。

HZK16_1 .txt 中的1～4096个数据放到0 号4K 的ROM 中，4097～8192 个数据放到 1 号4K 的ROM 中，8193～12288 个数据放到2 号4K 的ROM 中，12289～16384个数据放到3 号4K 的ROM 中。

c) 注意实际给的16K 数据，倒数第二个4K（8193～12288 个数据）中部分是0，最后4K（12289～16384 数据）全都是0。

计算机组成原理计算机组成原理是指计算机硬件和软件的组成以及它们之间的工作原理。

计算机硬件主要包括中央处理器(CPU)、存储器、输入输出设备和总线等。

计算机软件则由系统软件和应用软件组成。

在计算机中，中央处理器是计算机的核心，它负责执行计算机程序中的指令。

中央处理器由控制器和运算器组成。

控制器用于解码和执行指令，而运算器用于进行数据运算。

存储器用于存储数据和指令，其主要有两种类型：主存储器和辅助存储器。

主存储器一般是随机存取存储器(RAM)，用于存储当前正在执行的程序和数据。

辅助存储器一般是固态硬盘(SSD)或磁盘，用于长期存储数据和程序。

输入输出设备负责将数据和指令输入计算机，并将计算结果输出到外部设备或显示器上。

常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪，而输出设备有显示器、打印机和音频设备等。

总线是计算机各个组件之间进行通信的路径。

总线分为地址总线、数据总线和控制总线。

地址总线用于指示存储器或I/O设备的地址，数据总线用于传输数据，而控制总线用于传输与控制操作有关的信息。

系统软件是计算机操作系统的核心部分，它管理计算机的资源和提供用户与计算机硬件之间的接口。

应用软件则是由用户使用的各种程序，如办公软件、图像处理软件和游戏等。

在计算机工作原理方面，计算机是按照指令的顺序执行程序的。

计算机从存储器中读取指令和数据，存储在寄存器中，并通过总线传递信息。

控制器解码指令并控制算术逻辑单元(ALU)进行数据运算。

运算结果再存储在寄存器中，最后输出到输出设备或存储器中。

总之，计算机组成原理是计算机硬件和软件的组成和工作原理的总称。

通过了解计算机的组成和工作原理，可以更好地理解计算机的工作方式，从而进行计算机系统的设计和优化。

实验3通用寄存器实验一、实验目的1.熟悉通用寄存器的数据通路。

2.掌握通用寄存器的构成和运用。

二、实验要求在掌握了AX、BX运算寄存器的读写操作后，继续完成CX、DX通用寄存器的数据写入与读出。

三、实验原理实验中所用的通用寄存器数据通路如下图所示。

由四片8位字长的74LS574组成CX（R1 R0）、DX（R3 R2）通用寄存器组。

图中X2 X1 X0定义输出选通使能，SI、XP控制位为源选通选择。

RXW为寄存器数据写入使能，OP、DI为目的寄存器选择。

DRCK信号为寄存器写脉冲，下降沿有效。

准双向I/O输入输出端口用于置数操作，经2片74LS245三态门与数据总线相连。

图2-3-3通用寄存器数据通路四、实验内容五、实验过程 & 实验结果1.寄存器组写操作(1)(2)寄存器组的字写入通过“I/O单元”把CX的地址00打入IR，然后向CX写入2211h，操作步骤如下：按【单拍】按钮通过“I/O单元”把DX的地址02打入IR，然后向DX写入4433h，操作步按【单拍】按钮(3)寄存器组的字节写入通过“I/O单元”把CX的地址00打入IR，然后向CL写入55h，操作步骤按【单拍】按钮按【单拍】按钮K21 K16 K2=000 K21 K6 K2=111在IR保持为“XX00”的条件下，可省略打地址环节，按下流程向CH写入AAh2.寄存器读操作(1)(2)寄存器组字读(3)寄存器组字节读CH。

K7=1K10~K6=00101准双向I/O口实验一、实验目的熟悉与了解准双向I/O口的构成原理。

二、实验要求掌握准双向I/O口的输入／输出特性的运用。

三、实验原理Dais-CMX16+向用户提供的是按准双向原理设计的十六位输入/输出I/O口，当该位为“1”时才能用作输入源，上电或复位（手动态按【返回】键），该十六位I/O口被置位（即为“0FFFFh”）。

通常情况下，在用作输入的时候就不能再有输出定义。

电路结构如图2-3-4所示。

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。

实验一运算器组成实验一、实验目的1、掌握运算器的组成及工作原理；2、了解4位函数运算器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术和逻辑操作的具体实现过程；3、验证带进位控制的运算器功能。

二、实验设备1、EL-JY系列计算机组成及系统结构实验系统一套2、排线若干。

三、工作原理：算术逻辑单元ALU是运算器的核心。

集成电路74LS181是4位运算器，四片74LS181以并／串形式构成16位运算器。

它可以对两个16位二进制数进行多种算术或逻辑运算，74LS181 有高电平和低电平两种工作方式，高电平方式采用原码输入输出，低电平方式采用反码输入输出，这里采用高电平方式。

三态门74LS244作为输出缓冲器由ALU-G信号控制，ALU-G 为“0”时，三态门开通，此时其输出等于其输入；ALU-G 为“1”时，三态门关闭，此时其输出呈高阻。

四片74LS273作为两个16数据暂存器，其控制信号分别为LDR1和LDR2，当LDR1和LDR2 为高电平有效时，在T4脉冲的前沿，总线上的数据被送入暂存器保存。

四、实验内容：验证74LS181运算器的逻辑运算功能和算术运算功能。

五、实验步骤1、按照实验指导说明书连接硬件系统；2、启动实验软件，打开实验课题菜单，选中实验课题打开实验课题参数对话窗口：1)、在数据总线上输入有效数据，按"Ldr1"，数据送入暂存器1；2)、在数据总线上输入有效数据，按"Ldr2"，数据送入暂存器2；3)、在S3...Ar上输入有效数据组合，按"ALU功能选择端"，运算器按规定进行运算，运算结果送入数据缓冲器；4)、按"ALU_G"，运算结果送入数据总线。

5)、执行完后，按"回放"，可对已执行的过程回看。

6)、回放结束后，按"继续"（继续按钮在点击回放后出现），进行下次数据输入。

计算机组成原理课程设计
计算机组成原理课程设计
一、课程介绍
本课程主要介绍计算机组成原理，包括计算机的结构，功能，性能，介绍CPU，存储器，总线，输入/输出系统，及这些部件之间的工作关系。

二、课程目标
1. 学生能够认识计算机的概念、主要组成部分及功能。

2. 了解计算机基本工作原理，包括CPU，存储器，总线，输入/输出系统，以及这些部件之间的工作关系。

3. 掌握主要软件技术，包括汇编语言，编译语言，操作系统等。

三、内容安排
本课程包括以下主要内容：
1. 计算机基本概念：计算机的构成，计算机系统和计算机网络。

2. CPU：架构、指令集、运算法则和程序控制。

3. 存储器：存储器的类型、特性和性能。

4. 总线：总线的结构、架构及特点。

5. 输入输出系统：计算机系统的输入输出结构、设备接口、通信协议。

6. 汇编语言程序设计：汇编语言基本语法，程序编写及调试。

7. 编译语言程序设计：编译语言程序设计，程序语言、数据结构、程序编写及调试。

8. 操作系统程序设计：操作系统概念、基本功能结构，虚拟存储器，任务调度，工作管理，系统文件管理等。

四、课程评价
课程主要采用学习报告、小组讨论、实验报告等方式进行评价。