计算机组成原理简单模型机实验
计算机组成原理课程设计（模型机）
模型机详细介绍1. 模型机的结构模型机主要由运算器、控制器、存储器、数据总线、输入输出和时序产生器组成，模型机的结构图如图1所示。
图1 模型机结构图（1）运算器。
运算器又由运算逻辑单元、数据暂存器、通用寄存器组成。
在图1模型机的结构图中，ALU、ALU_G和74299组成运算逻辑单元，其中ALU是由2个4位的74LS181串联成8位的运算器，ALU_G是ALU-G 实现用于控制ALU的运算结果的输出，74299用74LS299实现用于对ALU 的运算结果进行移位运算；数据暂存器在图1中由DR1和DR2组成，DR1和DR2都是用74LS273实现，它们用于存储运算器进行运算的两个操作数；通用寄存器在图1中由R0、R1和R2组成，R0、R1和R2都是用74LS374实现，它们用作目的寄存器和源寄存器。
（2）控制器。
控制器由微程序控制器、指令寄存器、地址寄存器和程序计数器组成。
在图1中微程序控制器表示为MControl，它里面存放了指令系统对应的全部微程序，微程序控制器是由微控制存储器和3个138译码器实现（A138、B138和P138），用于产生控制信号来控制各个组件的工作状态；在图1中指令寄存器表示为IR，指令寄存器由一个74LS273实现，用于存放当前正在执行的指令；在图1中地址寄存器表示为AR，地址寄存器由一个74LS273实现，在读取或者写入存储器时用于指明要读取或写入的地址；程序计数器在图1中由PC_G和PC组成，其中PC是由八位二进制同步计数器实现，用于产生程序指针pc的下一个值，PC_G由PC-G实现，用于存储程序的程序指针pc的值。
（3）存储器。
存储器在图1中表示为MEN，存储器用静态随机存储器6116实现，用来存储用户程序和数据。
（4）数据总线。
数据总线用于连接运算器、存储器、输入输出等模块，数据总线由ccp_DataBus实现。
（5）输入输出。
输入输出类似于键盘和显示器。
（6）时序产生器。
CPU与简单模型机设计实验
CPU与简单模型机设计实验1.实验目的和背景CPU是计算机的核心部件，负责执行各种运算和指令。
在现代计算机系统中，CPU的设计日益复杂和精密，其中包含了大量的逻辑单元、寄存器、控制器等组件。
本实验旨在通过设计一个简单的模型机，使学生们对CPU的基本原理和运作方式有一个直观的理解，并通过实际操作加深对计算机系统的理解。
2.实验内容和步骤本实验将分为以下几个步骤来完成：1）硬件设计：首先，根据CPU的基本原理和结构，设计一个简单的模型机，包括运算单元、寄存器、控制器等组件。
可以参考经典的冯·诺伊曼结构，根据实际需要添加一些功能模块。
2）指令设计：设计若干简单的指令集，包括算术运算、逻辑运算、跳转等指令。
指令集的设计应考虑到CPU的硬件结构，使其能够有效地执行这些指令。
3）程序编写：编写一些简单的程序，包括对指令集的测试、算术运算、逻辑运算等，以验证CPU的正确性和性能。
4）实验报告：总结实验中的设计过程、实现方法、遇到的问题以及解决方案，对设计的CPU进行性能评估和改进。
3.实验材料和工具1）计算机：用于进行程序编写和模拟实验，可以选择使用现有的模拟器或者在线平台。
2）模型机器材料：包括集成电路芯片、面包板、导线、电阻、电容等，用于搭建实验平台。
3）编程工具：用于程序编写和调试，可以选择使用C语言、Python 等高级语言。
4.实验预期结果和意义通过本次实验，学生们将能够深入了解CPU的基本原理和工作原理，掌握计算机系统的设计和实现方法。
同时，通过实际操作，学生们可以锻炼自己的设计能力、解决问题的能力和团队合作能力。
这对于深入理解计算机科学的理论知识、提高实践能力和培养创新思维具有重要意义。
5.实验总结通过本次实验，我对CPU的工作原理和计算机系统的设计有了更深入的理解，掌握了一定的设计和实现方法。
在实验过程中遇到了一些问题，如指令集设计不够合理、硬件连接错误等，通过团队合作和思考，最终得以解决。
计算机组成原理实验八简单模型计算机实验
计算机组成原理实验八简单模型计算机实验好嘞，以下是为您创作的关于“计算机组成原理实验八简单模型计算机实验”的文案：咱们今天来聊聊计算机组成原理实验里那个有趣的实验八——简单模型计算机实验。
我还记得我第一次接触这个实验的时候，那心情，既兴奋又紧张。
走进实验室，满屋子的计算机设备，还有各种线路，感觉就像走进了一个神秘的科技王国。
这个实验啊，可真是不简单。
它就像是给我们搭了一个小小的计算机世界，让我们亲手去揭开它的神秘面纱。
在实验开始之前，咱们得先搞清楚实验的目的。
说白了，就是要通过自己动手操作，搞明白计算机到底是怎么工作的。
你想想，平时咱们用电脑，刷网页、打游戏，可从来没想过这背后的原理吧？实验的设备也挺有意思的。
那些小小的芯片、电路板，看起来不起眼，可组合在一起就能实现神奇的功能。
就像咱们小时候玩的积木，一块一块拼起来，就能变成各种各样的形状。
在实验过程中，我们得小心翼翼地连接线路，稍有差错，可能就前功尽弃。
我当时啊，紧张得手心里都是汗，眼睛紧紧盯着那些线路，生怕接错了。
还记得有一次，我旁边的同学因为太着急，把一根线接错了，结果计算机怎么都运行不起来。
大家一起帮他找问题，最后发现就是那根小小的线惹的祸。
重新接好之后，计算机成功运行的那一刻，大家都欢呼起来。
做这个实验，还得有耐心。
有时候为了调试一个程序，可能得反复尝试好多遍。
但每次成功一点点，那种成就感就会油然而生。
比如说，我们要设计一个简单的加法运算程序。
从最开始的编写代码，到把代码加载到计算机里运行，每一步都充满了挑战。
可能第一次运行的时候，结果不对，那咱们就得仔细检查代码，看看是哪个逻辑出了问题。
也许是一个符号写错了，也许是一个步骤顺序错了。
当我们终于让计算机准确地算出加法结果的时候，那种喜悦真的难以言表。
就好像我们亲手创造了一个小小的奇迹。
通过这个实验，我们不再只是计算机的使用者，而是变成了它的创造者。
我们真正理解了计算机内部的那些奥秘，知道了数据是怎么存储的，指令是怎么执行的。
简单模型机的组成与程序运行-计算机组成原理实验报告
内蒙古师范大学计算机与信息工程学院《计算机组成原理》课程设计报告题目:_____简单模型机的组成与程序运行_____________1 任务描述设计题目名称：简单模型机的组成与程序运行要求：基于TD-CMA计算机组成原理教学实验系统，设计一个简单的计算机整机系统—模型机，分析其工作原理。
根据模型机的数据通路以及微程序控制器的工作原理，设计完成以下几条机器指令和相应的微程序，输入程序并运行。
IN R0 ；IN ->R0SUB 0DH ；R0 - [0DH] -> R0，直接寻址SHL R0 ；将R0寄存器中的内容逻辑左移STA 0EH，R0 ；R0->[0EH]，直接寻址LDA 0FH，R0 ；0FH]->R0，直接寻址LOP: DEC R0 ；R0-1->R0BZC EXIT ；当FC或FZ为1时，转到EXITJMP LOPEXIT: OUT 0EH，R0 ；[0EH]->LED，直接寻址0DH、0EH、0FH单元内容分别为03H、04H、02H。
2 设计设备PC机一台，TD-CMA实验系统一套。
3 设计原理和方法3.1设计原理3.1.1数据格式：本实验计算机采用定点补码表示法表示数据，字长为8位，其格式如下：其中第七位为符号位，数值表示范围是：-1≤X＜13.1.2 指令格式所有单字节指令( SUB等 )格式如下：本实验的输入IN指令和OUT指令采用单字节指令，其格式如下：其中OP-CODE为操作码，RD为目的寄存器地址（STA、LDA指令使用），D为位移量（正负均可），M寻址模式M 有效地址E 说明00011011E=DE=（D）E=（RI）+DE=（PC）+D直接寻址间接寻址RI变址寻址相对寻址3.1.3指令系统本实验共有10条基本指令，其中算术指令有2条（DEC、SUB），访问内存指令和程序控制指令7条，输入指令1条。
3.２按微指令格式，参照微程序流程图将每条微指令代码化，译成二进制微代码。
实验6-简单模型机原理实验指导
实验六、简单模型机组成原理实验一、实验目的：1. 在掌握各部件功能的基础上，组成一个简单的计算机整机系统—模型机；2. 了解微程序控制器是如何控制模型机运行的，掌握整机动态工作过程;3. 定义五条机器指令，编写相应微程序并具体上机调试。
二、预习要求：1. 复习计算机组成的基本原理；2. 预习本实验的相关知识和内容三、实验设备：EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。
四、模型机结构：模型机结构框图见图6-1。
图中运算器ALU由U7—U10四片74LS181构成，暂存器1由U3、U4两片74LS273构成，暂存器2由U5、U6两片74LS273构成。
微控器部分控存由U13—U15三片2816构成。
除此之外，CPU的其它部分都由EP1K10集成（其原理见系统介绍部分）。
存储器部分由两片6116构成16位存储器，地址总线只有低八位有效，因而其存储空间为00H—FFH。
输出设备由底板上的四个LED数码管及其译码、驱动电路构成，当D-G和W/R均为低电平时将数据总线的数据送入数码管显示。
在开关方式下，输入设备由16位电平开关及两个三态缓冲芯片74LS244构成，当DIJ-G为低电平时将16位开关状态送上数据总线。
在键盘方式或联机方式下，数据可由键盘或上位机输入，然后由监控程序直接送上数据总线，因而外加的数据输入电路可以不用。
注：本系统的数据总线为16位，指令、地址和程序计数器均为8位。
当数据总线上的数据打入指令寄存器、地址寄存器和程序计数器时，只有低8位有效。
五、工作原理：在实验5中，我们学习了如何设计微程序来产生各部分的控制信号。
在本实验中我们将学习读、写机器指令和运行机器指令的完整过程。
在机器指令的执行过程中，从CPU从内存取出一条机器指令到执行结束为一个指令周期，指令由微指令组成的序列来完成，一条机器指令对应一段微程序。
另外，读、写机器指令也分别由相应的微程序段来完成。
为了向RAM中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，必须设计三个控制操作微程序。
计算机组成原理实验(基本模型机实验)
实验六 基本模型机的设计与实现
⑶ 根据微程序流程图设计微指令并转换成 16进制代码文件。 当全部微程序设计完毕后，应将每条微指 令代码化，即按微指令格式将微程序流程 图转化成二进制微代码表，如下表所示， 再转换成16进制代码文件。
实验六 基本模型机的设计与实现
监控程序的16进制文件格式（文件名C8JHE1）： 程序： ＄P00 00 ＄P01 10 ＄P02 0A ＄P03 20 ＄P04 0B ＄P05 30 ＄P06 0B ＄P07 40 ＄P08 00 ＄P0A 01
实验六 基本模型机的设计与实现
⑴有关微控制器部分在前一实验中已详细介绍 ⑵ 主存储器的读、写和运行 为了向主存储器RAM中装入程序或数据，并且检查写入是否正确以及 能运行主存储器中的程序，必须设计三个控制操作微程序。 ·存储器读操作：拨动总清开关后，置控制开关SWC、SWA为“0 0”时， 按要求连线后，连续按“启动运行”开关，可对主存储器RAM连续手动 读操作。 ·存储器写操作：拨动总清开关后，置控制开关SWC、SWA为“0 1”时， 按要求连线后，再按“启动运行”开关，可对主存储器RAM进行连续手 动写入。 ·运行程序：拨动总清开关后，置控制开关SWC、SWA为“1 1”时，按要 求连线后，再按“启动运行”开关，即可转入到第01号“取址”微指令， 启动程序运行。 上述三条控制指令用两个开关SWC、SWA的状态来设置，其定义如下：
实验六 基本模型机的设计与实现
2、实验步骤 ⑴ 根据实验原理设计数据通路框图，如下图。
实验六 基本模型机的设计与实现
⑵ 根据机器指令画出对应的微程序流程图 本实验的微程序流程见下图，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。由于“取指”微 指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P（1）的测 试结果出现多路分支。本机用指令寄存器的前4位I7～I4作 为测试条件，出现5路分支，占用5个固定微地址单元。 实验机控制操作为P（4）测试，它以控制开关SWC、 SWA作为测试条件，出现了3路分支，占用3个固定微地 址单元。当分支微地址单元固定后，剩下的其它地方就可 以一条微指令占用控存一个微地址单元随意填写。 注意：微程序流程图上的单元地址为16进制。
计算机组成原理 实验六 基本模型机实验
五、实验步骤2
五、实验步骤3
六、实验数据1
1、当外部开关量输入KD0~KD7为00000111，运行程 序后检查存数单元0BH中的结果是否正确。 2、当外部开关量输入同上，若运行程序后希望存 数单元0BH中的结果是0FH，则应该如何修改模型机监 控程序的16进制格式文件（文件名C8JHE1）？
五、实验步骤 1
⑴ 连接线路，仔细查线无误后，接通电源。
⑵计算机单击“开始菜单”→程序 →DVCC组成原理C8JH，
⑶软件界面单击“联接”工具按钮，应保证实验仪与计算机已经建立连接 ⑷选择实验项目“基本模型机的设计与实现” ⑸单击“打开”工具按钮，选择文件C8JHE1，单击打开，屏幕左侧，出现文 件内容，即微程序代码 ⑹单击“调试”工具按钮，下载打开的源程序文件，然后可以单步机器指令， 单步执行微指令，屏幕会出现数据的流图。
二、实验环境
硬件：DVCC－C8JH 实验箱。 计算机 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控制信号，实现特 定指令的功能。这里，实验计算机数据通路的 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。
请将结果填写在实验报告中。
实验四 讲解结束 实验开始
实验四 基本模型机的设计与实现
1
实验目的要求
2
实验环境
3 4 5
实验内容 实验线路连接 实验步骤
6
实验数据
一、实验目的要求
1、在掌握部件单元电路实验的基础上，进一 步将其组成系统以构造一台基本模型实验 计算机。 2、设计五条机器指令，并编写相应的微程序， 具体上机调试，掌握整机软硬件组成概念。
计算机组成原理课程设计模型机实验报告 精品
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。
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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”。
（4）在seque timer中，手动给start单步脉冲，运行微指令，对照微程序流程图，观察微地址显示灯是否和流程一致，观察PC指令计数器显示灯是否符合流程。
当运行结束后，检查存数单元中的结果是否和理论值一致。