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计算机组成原理实验教程

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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。实验完成后，学生需要进行功能仿真和时序仿真，验证流水线CPU的正确性和性能提升。实验报告应包括流水线CPU设计的思路、关键问题的解决方法和仿真结果的分析。

结语

计算机组成原理实验是计算机科学与技术专业的重要课程，通过实验可以加深对计算机内部结构和工作原理的理解。本教程提供了一系列实验指导，帮助学生顺利完成实验，并且培养实际操作的能力。希望学生能够在实验中积极思考和探索，不断提升自己的实践能力和创新思维。 注：本教程仅为实验指导，具体实验内容和要求请以教师布置的课程大纲和实验手册为准。

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计算机组成原理实验感想

计算机组成原理实验感想

通过这么多次的计算机组成原理实验，无论是从知识上还是从能力上我都获益良多，平时我们能见到的都是计算机的外部结构，在计算机组成原理的学习中，逐步对计算机的内部结构有了一些了解，但始终都停留在理论阶段。而在这几次实验中，让我们动手探究验证书上的知识，让我们对运算器，存储器，控制器以及输入输出各个系统的内部结

构都有了更深的了解，并且对计算机组成原理也有了更深层次的理解，同时这次课程设计还锻炼了我的实验动手能力，也培养了我的认真负责的科学态度和团队合作的精神。

这几次实验都要求连线仔细认真，一个细小的连线错误就有可能导致整个实验受阻，在

刚做计算机组成原理实验的时候，我就由于粗心没有正确的设置开关和连好导线，导致

存入的数据不正确。 我在连线过程中也自己总结出了避免出错的方法，就是在接线图

上将已经连接好的部分作上记号，连接完后再检查一遍各个分区的条数是否和实验接线

图上的一样，如果一样就可以进行下面的实验步骤，就算出错了，改起来也容易多了。

这只是收获的诸多能力中全豹之一斑。

总之，这几次实验都让我在实践的水平上对计算机组成原理这门课程有了很多全新的认

识，感谢老师们对实验的精心设计和实验中对我的细心帮助，使得我的收获如此之多。

计算机组成原理实验

计算机组成原理实验

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。

计算机组成原理实验报告

计算机组成原理实验报告

实验一

实验名称寄存器的读写

课程名称 计算机组成原理 实验时间 2014年11月1日 （第9周）

实验地点 X412 组号 同组人 成绩

一、实验目的

1、 理解静态随机存储器RAM工作特性；

2、 掌握静态随机存储器RAM数据的读写方法

二、实验环境

硬件环境：微型计算机，唐都科技TD-CMA计算机组成原理实验箱

软件环境：window xp操作系统、CMA软件

三、实验内容和实验步骤

1.实验原理（具体内容请根据实验指导书14页补充！！！！）

2.实验内容及步骤（具体内容及步骤请根据实验指导书15-17页补充！！！！）

四、实验分析与实验心得

根据自己实验体会填写 （必填）

五、问题和建议

六、实验评价

实验二

实验名称 存储器的读写

课程名称 计算机组成原理 实验时间 2014年11月8日 （第10周）

实验地点 X412 组号 同组人 成绩

一、实验目的

1、 掌握Cache控制器的原理及其设计方法；

2、 熟悉CPLD应用设计及EDA软件的使用

二、实验环境

硬件环境：微型计算机，唐都科技TD-CMA计算机组成原理实验箱

软件环境：window xp操作系统、CMA软件

三、实验内容和实验步骤

1.实验原理（具体内容请根据实验指导书18页补充！！！！）

2.实验内容及步骤（具体内容及步骤请根据实验指导书20-22页补充！！！！）

四、实验分析与实验心得

根据自己实验体会填写 （必填）

五、问题和建议

六、实验评价

实验三

实验名称 运算器设计

课程名称 计算机组成原理 实验时间 2014年11月22日 （第12周）

实验地点 X412 组号 同组人 成绩

计算机组成原理实验 2

计算机组成原理实验 2

实验3 MIPS指令系统和MIPS体系结构

一.实验目的

（1）了解和熟悉指令级模拟器

（2）熟悉掌握MIPSsim模拟器的操作和使用方法

（3）熟悉MIPS指令系统及其特点，加深对MIPS指令操作语义的理解

（4）熟悉MIPS体系结构

二. 实验内容和步骤

首先要阅读MIPSsim模拟器的使用方法，然后了解MIPSsim的指令系统。

（1）、启动MIPSsim

（2）、选择“配置”->“流水方式”选项，使模拟器工作在非流水方式。

（3）、参照使用说明，熟悉MIPSsim模拟器的操作和使用方法。

（4）、选择“文件”->“载入程序”选项，加载样例程序 alltest.asm，然后查看“代码”窗口，查看程序所在的位置。

（5）、查看“寄存器”窗口PC寄存器的值：[PC]= 0x00000000 。 （6）、执行load和store指令，步骤如下：

1)单步执行一条指令（F7）。

2)下一条指令地址为 0x00000004

，是一条有(有，无)符号载入 字节 (字节，半字，字)指令。

3)单步执行一条指令（F7）。

4)查看R1的值，[R1]=-128。 5)下一条指令地址为 0x00000008 ，是一条(有，无)符号载入字(字节，半字，字)指令。

6)单步执行1条指令。

7)查看R1的值，[R1]=128。

8)下一条指令地址为 0x0000000C ，是一条无(有，无)符号载入字(字节，半字，字)指令。

9)单步执行1条指令。

10)查看R1的值，[R1]=128。

11)单步执行1条指令。

12)下一条指令地址为 0x00000014

，是一条保存字(字节，半字，字)指令。

13）单步执行一条指令。

14）查看内存BUFFER处字的值，值为0x00000018 。

(7)、执行算术运算类指令。步骤如下：

1）双击“寄存器”窗口中的R1，将其值修改为2。