组成原理 基本模型机的设计与实现实验报告

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。

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。

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。

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。

一、实验目的1. 了解计算机的基本组成和原理，熟悉计算机硬件和软件的关系。

2. 掌握基本模型机的搭建方法和调试技巧。

3. 通过实验加深对计算机指令系统、微程序控制器和存储器等概念的理解。

二、实验原理计算机是由硬件和软件两部分组成的，硬件主要包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等，软件则是指挥计算机完成各种任务的程序。

本实验通过搭建一个基本模型机，模拟计算机的基本工作过程，让学生深入了解计算机的组成和原理。

三、实验环境1. 实验设备：基本模型机实验箱、连接线、电源、计算机等。

2. 实验软件：Dais-CMH/CMH计算器组成原理教学实验系统。

四、实验内容1. 搭建基本模型机（1）根据实验箱的说明，将CPU、存储器、输入输出设备等硬件连接好。

（2）连接好电源，确保各部分电路正常工作。

（3）使用Dais-CMH/CMH计算器组成原理教学实验系统，编写控制程序，实现基本模型机的运行。

2. 调试基本模型机（1）检查硬件连接是否正确，确保电路无短路、断路等问题。

（2）编写控制程序，实现基本模型机的指令系统。

（3）通过调试，使基本模型机能够按照预期的工作流程运行。

3. 实验步骤（1）搭建基本模型机1）将CPU、存储器、输入输出设备等硬件连接好。

2）连接好电源，确保各部分电路正常工作。

3）使用Dais-CMH/CMH计算器组成原理教学实验系统，编写控制程序，实现基本模型机的运行。

（2）调试基本模型机1）检查硬件连接是否正确，确保电路无短路、断路等问题。

2）编写控制程序，实现基本模型机的指令系统。

3）通过调试，使基本模型机能够按照预期的工作流程运行。

4. 实验结果与分析（1）实验结果通过搭建和调试基本模型机，成功实现了计算机的基本工作过程，包括取指、译码、执行、存储等步骤。

（2）实验分析1）通过实验，加深了对计算机基本组成和原理的理解，认识到硬件和软件的紧密关系。

2）掌握了基本模型机的搭建方法和调试技巧，为以后的学习奠定了基础。

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。

模型机设计与实现报告一、引言随着计算机技术的快速发展，模型机已经成为了一个重要的研究领域。

模型机的设计和实现不仅可以帮助人们更好地理解计算机基本原理，而且还可以培养学生的动手能力和创新思维。

本文将介绍我们小组设计和实现的一台模型机，包括设计思路、硬件和软件实现，以及功能和应用。

二、设计思路我们的模型机以现代计算机的基本原理为基础，采用冯·诺依曼结构。

核心思想是将计算机分为五大部分：中央处理器（CPU）、内存（Memory）、输入设备（Input）、输出设备（Output）和控制器（Control Unit）。

CPU 是整个计算机的核心，负责处理数据和指令。

Memory存储程序和数据。

Input和Output分别处理用户的输入和输出。

Control Unit负责控制整个计算机的工作流程。

三、硬件实现我们的模型机采用了简化的硬件组件，包括：- 中央处理器（CPU）：采用单核心的微处理器，包括算术逻辑单元（ALU）和控制单元（CU）。

- 内存（Memory）：采用随机存取存储器（RAM），用于存储指令和数据。

- 输入设备（Input）：采用键盘作为输入设备，用户可以输入数据和指令。

- 输出设备（Output）：采用显示器作为输出设备，用户可以查看计算结果。

- 控制器（Control Unit）：采用简单的控制电路，用于控制各个硬件组件的工作流程。

四、软件实现我们使用汇编语言编写了一套简单的指令集，包括数据传输指令、算术运算指令和控制指令等。

同时，我们还编写了一套操作系统，用于管理内存、处理输入输出和控制程序的执行流程。

五、功能和应用我们的模型机具备基本的计算功能，可以进行加减乘除等算术运算，并可以支持条件判断和循环等控制结构。

同时，我们还支持了一些额外的功能，比如可以调用指定的函数和库，可以进行简单的图形化界面设计等。

我们的模型机可以用于教学、研究和娱乐等领域。

对于学生而言，可以帮助他们更深入地理解计算机原理，提高动手能力。

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。