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实验一寄存器实验实验目的：了解模型机中各种寄存器结构、工作原理及其控制方法。
实验要求：利用CPTH 实验仪上的K16..K23 开关做为DBUS 的数据，其它开关做为控制信号，将数据写入寄存器，这些寄存器包括累加器A，工作寄存器W，数据寄存器组R0..R3，地址寄存器MAR，堆栈寄存器ST，输出寄存器OUT。
实验电路：寄存器的作用是用于保存数据的CPTH 用74HC574 来构成寄存器。
74HC574 的功能如下：- 1 -实验1：A，W 寄存器实验原理图寄存器A原理图寄存器W 原理图连接线表：- 2 -系统清零和手动状态设定：K23-K16开关置零，按[RST]钮，按[TV/ME]键三次，进入"Hand......"手动状态。
在后面实验中实验模式为手动的操作方法不再详述．将55H写入A寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据55H置控制信号为：按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器A的黄色选择指示灯亮，表明选择A寄存器。
放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。
将66H写入W寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据66H- 3 -置控制信号为：按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器W 的黄色选择指示灯亮，表明选择W寄存器。
放开STEP 键，CK 由低变高，产生一个上升沿，数据66H 被写入W 寄存器。
注意观察：１．数据是在放开STEP键后改变的，也就是CK的上升沿数据被打入。
２．WEN，AEN为高时，即使CK有上升沿，寄存器的数据也不会改变。
实验2：R0，R1，R2，R3 寄存器实验连接线表- 4 -将11H、22H、33H、44H写入R0、R1、R2、R3寄存器将二进制开关K23-K16，置数据分别为11H、22H、33H、44H置控制信号为：K11、K10为10，K1、k0分别为00、01、10、11并分别按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器R0、R1\R2\R3 的黄色选择指示灯分别亮，放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据被写入寄存器。
实验四.. .微程序控制器实验。
1.-实验目的。
.(1)掌握微程序控制器的组成原理和工作过程。
(2)理解微指令和微程序的概念，理解微指令与指令的区别与联系。
(3)掌握指令操作码与控制存储器中微程序的对应方法，熟悉根据指令操作码从控制存储器中读出微程序的过程。
2.+实验要求。
(1)做好实验预习，看懂电路图，熟悉实验元器件的功能特性和使用方法。
u(2)按照实验内容与步骤的要求，认真仔细地完成实验。
(3)写出实验报告。
3.-实验电路。
. . ..本实验使用的主要元器件有: 4位数据锁存器74LS175,2KX8EPROM2716，时序发生器,或门、与门、开关、指示灯等。
芯片详细说明请见附录。
图1为实验电路图，其中3片EPROM2716构成控制存储器，1片74LS175为微地址寄存器，与74LS175数据输入引脚相连的输入信号线及6个门电路构成了地址转移逻辑。
注.意，2716输出信号中带后缀“#"的信号为低电平有效信号，不带后缀“#”的信号为高电平有效信号。
为简化电路结构，本实验没有使用微命令寄存器，并且在虚拟实验系统中，将3片EPROM组合为-一个虚拟EPROM组件。
本实验使用的EPROM和时序发生器一-样，均为虚拟实验系统提供的虚拟组件。
（5）答：000001101000000111100001 000001100000010110100010 000001101000011101100011 000001001000100111111000 000001101100000110100010 000001101000011101100011 000001001000100111111000 000001101100000110100010 000001101000011101100011 000001001000100111111000（6）（7）04 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 105 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 006 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 007 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 014 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 015 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0。
中国地质大学计算机组成原理实验报告姓名：刘欣凯班级：192102-21学院：计算机学院学号：20101003356日期：2011年12月指导老师：刘超课程设计组成一：实验介绍及原理；二：实容验内及实验报告；三：心得体会;实验内容：1：数据通路组成实验；2：常规型微程序控制组成实验；3：CPU组成与机器指令执行实验；4：中断原理实验实验报告组成：1：实验目的；2：实验设备；3：实验电路；4：实验任务；5：实验数据；一、实验介绍及原理一：TEC-4 计算机组成实验系统简介TEC-4计算机组成实验系统由清华同方教学仪器设备公司研制。
它是一个典型的计算机模型实验仪器，可用于将大专、本科、硕士研究生计算机组成原理课程、计算机系统结构课程的教学实验。
该仪器将提高学生的动手能力就，提高学生对计算机整体和各组成部分的理解，提高学生对计算机系统的综合设计能力。
二：TEC-4计算机组成实验系统的组成1.控制台2.数据通路3.控制器4.用户自选器件实验区5.时序电路6.电源部分三：时序发生器时序发生器器产生计算机模型的时序。
TEC-4计算机组成原理实验的时序电路如图一，电路采用2片GAL22V10（U6,U7）,可产生两级等间隔时序新号T1-T4和W1-W4。
其中一个W由一轮T1-T4循环组成，相当于一个微指令周期；而一轮W1-W4循环可供硬连线控制器执行一条机器指令。
CLR#为复位新号，低有效。
试验仪处于任何状态下令CLR#=0，都会使时序发生器和微程序控制器复位；CLR#=0时，则可以正常运行。
TJ是停机新号，是控制器的输出新号之一。
连续运行时，如果控制信号停机=1，会使机器停机，停止发送时序脉冲,从而暂停程序。
QD是启动信号，是运行程序的标志。
DP，DZ，DB是来自控制台的开关信号。
DP表示单拍，当DP=1时，每次只执行一条微指令；DZ表示单指，当DZ=1时，每次只执行一条机器指令；当DP，DB，DZ都为0时，机器连续运行。
计算机组成原理综合实验微机程序设计指导老师：学生姓名：班级：学号：一实验目的在TEC-4中另外设计3条机器指令,并设计微程序运行机器指令进行验证二实验过程1、选择机器指令操作码地址通过观察下面的TEC-4 微程序流程图：发现没有用到的机器指令操作码只剩下0111,1101,1110,1111没有别使用，又因为0111（17）被KRD使用掉，1111（0F）是不能使用的，考虑到1010（IRET 1A），1011（INTS 1B），1100（INTC 1C）是中断指令，不会再接下来设计的微程序汇中被使用到，所以最终决定使用1100,1101,1110这三个微指令地址，即对应1C，1D，1E。
2、机器指令设计过程（1）机器指令要求*从控制台输入数据到制定的寄存器助记符：IN Rd,SW ;Rd←SW,数据冲SW7~SW0输入，然后按QD机器码：选用1101 作为操作码(1C)1101 0 0 Rd1 Rd0*将制定的寄存器中的数据传送到制定的寄存器中助记符：LD Rd，Rd ；Rd←Rs，将Rs所指向的寄存器中的数据传送到Rd所指向的寄存器中机器码: 选用1110 作为操作码(1D)1110 Rs1 Rs0 Rd1 Rd0*将指定的寄存器中的内容输出到总线上助记符：OUT DBUS，Rs；DBUS←Rs，将Rs所指向的寄存器中的数据传送到总线机器码: 选用1100 作为操作码(1E)1100 Rs1 Rs0 0 0(2)机器指令的设计观察数据通路总体，了解各个硬件端口的功能：*IN 机器指令设计思路数据流是通过打开三态门及控制信号SW_BUS#，将用户通过SW7~SW0输入的数据传送到总线，再打开LDER ，使总线上的数据传送到ER （暂存寄存器），然后通过打开WRD 写命令，使数据传送到Wd1，Wd2(即Rd1 Rd0)所指向的寄存器。
又因为运行程序是，用户需要时间手动通过SW7~SW0输入数据，所以在打开LDER 之前用TJ 微操作，是微程序停机，然后用户输入数据，再运行存数，所以IN 机器指令如下：01 011D*LD机器指令设计思路数据流是通过RF中B端口，打开三态门RS_BUS#，使Rs1 Rs0所决定的寄存器中的数据传送到总线，然后打开LDER，使总线上的数据传送到ER（暂存寄存器），然后通过打开WRD写命令，使数据传送到Wd1，Wd2(即Rd1 Rd0)所指向的寄存器。
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。
实验一运算器实验计算机的一个最主要的功能就是处理各种算术和逻辑运算，这个功能要由CPU中的运算器来完成，运算器也称作算术逻辑部件ALU。
本章首先安排一个基本的运算器实验，了解运算器的基本结构，然后再设计一个加法器和一个乘法器。
一、实验目的(1) 了解运算器的组成结构。
(2) 掌握运算器的工作原理。
二、实验设备PC机一台，TD-CMA实验系统一套。
三、实验原理本实验的原理如图1-1所示。
运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A 和暂存器B，三个部件同时接受来自A和B的数据（有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM），各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3…S0和CN来决定，任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU的输出。
如果是影响进位的运算，还将置进位标志FC，在运算结果输出前，置ALU零标志。
ALU中所有模块集成在一片CPLD中。
逻辑运算部件由逻辑门构成，较为简单，而后面又有专门的算术运算部件设计实验，在此对这两个部件不再赘述。
移位运算采用的是桶形移位器，一般采用交叉开关矩阵来实现，交叉开关的原理如图1-2所示。
图中显示的是一个4×4的矩阵（系统中是一个8×8的矩阵）。
每一个输入都通过开关与一个输出相连，把沿对角线的开关导通，就可实现移位功能，即：(1) 对于逻辑左移或逻辑右移功能，将一条对角线的开关导通，这将所有的输入位与所使用的输出分别相连,而没有同任何输入相连的则输出连接0。
(2) 对于循环右移功能，右移对角线同互补的左移对角线一起激活。
例如，在4位矩阵中使用‘右1’和‘左3’对角线来实现右循环1位。
(3) 对于未连接的输出位，移位时使用符号扩展或是0填充，具体由相应的指令控制。
使用另外的逻辑进行移位总量译码和符号判别。
D[7..0]IN[7..0]图1-1 运算器原理图运算器部件由一片CPLD实现。
实验4：ALU设计一、实验目的1、掌握快速加法器CLA和先行进位逻辑CLU的设计方法。
2、掌握32位先行进位加法器及相关标志位的实现方法。
3、掌握ALU的设计方法，根据指令要求实现6种操作的ALU器件。
二、实验环境Logisim-ITA V2.16.1.0。
三、实验内容1、根据下图给出的电路原理图（参照其他原理图亦可），实现并验证4位快速加法器CLA。
2、 根据给出的逻辑表达式，选择合适的逻辑门，实现并验证 4 位先行进位逻辑单元 CLU 。
3、 据给出的逻辑表达式和电路原理图，在4位CLA 中增加支持组间并联的Gg 、Pg 输出端，加上4位CLU ，设计并实现16位先行进位加法器。
4、 利用两个16位先行进位加法器构建一个 32 位加法器，并根据给出的标志位生成电路原理图，在32位加法器中生成CF 、SF 、OF 、ZF 标志位。
32105、根据给出的电路原理图和ALU引脚定义，设计一个支持9条RV32I指令所包含的6种操作（add、or、slt、sltu、srcB、sub(判0)）的32位ALU，并对ALU的功能进行验证。
ALU设计原理图对应的ALU操作控制信号取值ALUctr的一种四位编码方案四、思考题1、若需要增加一条“sub rd, rs1, rs2”指令，则在所设计的32位ALU中要做哪些修改？2、若需要增加一条“sll rd, rs1, rs2”指令，则在所设计的32位ALU中要做哪些修改？3、如何验证运算器的结果是否正确？五、实验报告1、根据本次实验内容的要求，写出实验操作步骤，包括：电路原理图、功能表、仿真检测图、输入输出对应表、错误现象及原因分析、思考题等内容。
以word或PDF格式提交2、将实验报告和电路图.circ文件打包上传到教学支撑平台的网站中。
