8位逻辑计算机设计
TEC-XP16实验指导书
计算机组成原理实验指导书王潇编写仲恺农业工程学院计算机科学与工程学院二00八年十月目录第一章TEC-XP16实验计算机系统原理 (1)§1.1TEC-XP16计算机组成原理实验系统概述 (1)§1.2TEC-XP16机指令系统 (8)§1.3TEC-XP16机运算器部件 (12)§1.4TEC-XP16机内存储器部件 (15)§1.5TEC-XP16机的控制器部件 (18)§1.6TEC-XP16机的输入输出及中断 (22)第二章TEC-XP16实验计算机系统实验内容 (24)实验一基础汇编语言程序设计 (24)实验二脱机运算器实验 (29)实验三存储器部件教学实验 (32)实验四组合逻辑控制器部件教学实验 (37)实验五微程序控制器部件教学实验 (51)实验六输入/输出接口扩展实验 (59)实验七中断实验 (63)实验八8位模型机的设计与实现(综合实验) (71)附录 (74)附录1 联机通讯指南 (74)附录2TEC-XP16计算机组成原理实验系统简明操作卡 (77)附录3微程序入口地址映射表 (78)附录4指令流程框图 (80)附录5指令流程表 (82)附录6书写实验报告的一般格式 (86)参考文献 (87)第一章TEC-XP16实验计算机系统原理§1.1 TEC-XP16计算机组成原理实验系统概述一、教学计算机系统的实现方案和硬软件资源概述TEC-XP是由清华大学计算机系和清华大学科教仪器厂联合研制的适用于计算机组成原理课程的实验系统，主要用于计算机组成原理和数字电路等的硬件教学实验，同时还支持监控程序、汇编语言程序设计、BASIC高级语言程序设计等软件方面的教学实验。
它的功能设计和实现技术，都紧紧地围绕着对课程教学内容的覆盖程度和所能完成的教学实验项目的质量与水平来进行安排。
其突出特点是硬、软件基本配置比较完整，能覆盖相关课程主要教学内容，支持的教学实验项目多且水平高。
计算机组成原理第二版课后答案
1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？解：P3计算机系统——计算机硬件、软件和数据通信设备的物理或逻辑的综合体。
计算机硬件——计算机的物理实体。
计算机软件——计算机运行所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。
5. 冯•诺依曼计算机的特点是什么？解：冯氏计算机的特点是：P9• 由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；• 指令和数据以同一形式（二进制形式）存于存储器中；• 指令由操作码、地址码两大部分组成；• 指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；• 以运算器为中心（原始冯氏机）。
7. 解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
解：P10主机——是计算机硬件的主体部分，由CPU+MM（主存或内存）组成；CPU——中央处理器（机），是计算机硬件的核心部件，由运算器+控制器组成；（早期的运、控不在同一芯片上）主存——计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。
存储单元——可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位；存储元件——存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不能单独存取；存储字——一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位；存储字长——一个存储单元所存二进制代码的位数；存储容量——存储器中可存二进制代码的总量；（通常主、辅存容量分开描述）机器字长——CPU能同时处理的数据位数；指令字长——一条指令的二进制代码位数；讲评：一种不确切的答法：CPU与MM合称主机；运算器与控制器合称CPU。
这两个概念应从结构角度解释较确切。
8. 解释下列英文缩写的中文含义：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS解：全面的回答应分英文全称、中文名、中文解释三部分。
复杂模型机实验实验报告（共9篇）
复杂模型机实验实验报告(共9篇)_复杂模型机实验报告计算机组成原理实验报告实验题目：一台模型计算机的总体设计之复杂模型机设计实验目的：(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，构造一台复杂模型计算机，建立一台基本完整的整机。
(2)为其定义至少五条机器指令，并编写相应的微程序，通过联机调试，观察计算机执行指令：从取指令、指令译码、执行指令等过程中数据通路内数据的流动情况，进一步掌握整机概念。
实验设备TDN-CM+教学实验系统一套、微型计算机一台、排线若干。
实验原理：(1)数据格式及指令系统：①数据格式模型机规定数据采用定点整数补码表示，字长为8位，其格式如下：其中，第7位为符号位，数值表示范围是－27 ≤X≤27－1 ②指令格式模型机设计4大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令、I/O 指令、访问及转移指令和停机指令。
A．算术逻辑指令设计九条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：其中，OP－CODE为操作码，RS为源寄存器，RD为目标寄存器，并规定：九条算术逻辑指令的助记符、功能和具体格式见表5.2－1。
B.访问及转移指令：模型机设计两条访问指令，即存数(STA)、取数(LDA)，两条转移指令，即无条件转移(JMP)、结果为零或有进位转移(BZC)，指令格式如下：其中，OP－CODE为操作码，RD为目的寄存器地址(LDA、STA 指令使用)。
D为位移量(正负均可)，M为寻址模式，其定义如下：本模型机规定变址寄存器RI指定为寄存器R2。
C．I/O指令：输入(IN)和输出(OUT)指令采用单字节指令，其格式如下：其中，addr=01时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为输入设备，addr=10时，选中“OUTPUT DEVICE”中的数码块作为输出设备。
D．停机指令：停机指令格式如下：HALT指令，用于实现停机操作。
③指令系统：本模型机共有16条基本指令，其中算术逻辑指令七条，移位指令两条，访问内存指令和程序控制指令四条，输入/输出指令两条，其它指令一条。
8位运算器课程设计
8位运算器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解8位运算器的原理与功能，掌握二进制与十进制的转换方法。
2. 学生能运用8位运算器进行基本的算术运算，如加、减、乘、除，并理解运算过程中的溢出与进位现象。
3. 学生了解8位运算器在计算机硬件中的作用，及其在信息技术中的应用。
技能目标：1. 学生能够独立完成8位运算器的模拟操作，解决实际问题。
2. 学生通过8位运算器的操作，提高逻辑思维和问题解决能力。
3. 学生能够运用所学知识，对简单的计算机程序进行初步的分析与设计。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对计算机硬件及编程的兴趣，激发学习信息技术的热情。
2. 学生通过学习8位运算器，认识到科技发展对生活的影响，增强创新意识。
3. 学生在团队协作中培养沟通与合作的意识，提高团队荣誉感。
课程性质：本课程为信息技术学科的教学内容，旨在帮助学生掌握计算机硬件基础知识，提高编程技能。
学生特点：考虑到学生所在年级，已具备一定的逻辑思维和问题解决能力，对信息技术有较高的兴趣。
教学要求：结合学生特点，通过实例教学，使学生在实践中掌握8位运算器的相关知识，提高学生的动手操作能力和团队协作能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 引言：介绍8位运算器的基本概念，引出二进制与十进制的转换，让学生初步了解8位运算器的原理。
- 教材章节：第一章 计算机硬件基础，第1节 计算机硬件概述2. 二进制与十进制的转换方法：- 教材章节：第一章 计算机硬件基础，第2节 数字逻辑基础3. 8位运算器的算术运算：- 加法、减法、乘法、除法的运算规则及运算过程- 溢出与进位现象的分析- 教材章节：第一章 计算机硬件基础，第3节 算术逻辑单元4. 8位运算器在实际应用中的案例分析：- 简单计算机程序的初步分析与设计- 教材章节：第二章 计算机指令与编程，第1节 计算机指令概述5. 8位运算器在计算机硬件中的作用：- 介绍CPU中的算术逻辑单元（ALU）- 教材章节：第一章 计算机硬件基础，第4节 中央处理器6. 实践操作：- 使用模拟软件进行8位运算器的操作- 解决实际问题，提高逻辑思维和问题解决能力- 教材章节：第三章 计算机操作实践，第1节 计算机操作基础教学进度安排：本章节内容共需6个课时，其中理论教学4课时，实践操作2课时。
8位减法器设计课程设计
8位减法器设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生理解8位减法器的基本原理和组成结构，掌握其工作流程。
2. 学生掌握二进制数的减法运算规则，能够正确进行8位二进制数的减法运算。
3. 学生了解并掌握逻辑门电路在8位减法器中的应用，如与门、非门、异或门等。
技能目标：1. 学生能够设计并搭建简单的8位减法器电路，运用逻辑门实现减法运算。
2. 学生能够分析8位减法器的性能，对其进行简单的优化和改进。
3. 学生掌握使用相关软件工具（如Multisim、Proteus等）进行8位减法器电路仿真和调试。
情感态度价值观目标：1. 培养学生动手实践、解决问题的能力，增强对电子技术和计算机硬件的兴趣。
2. 培养学生团队协作意识，学会与他人共同分析问题、探讨解决方案。
3. 培养学生严谨的科学态度，养成良好的学习习惯，注重学习过程中的思考与总结。
本课程针对高中年级学生，课程性质为电子技术实践课程。
在教学过程中，充分考虑学生的知识水平和实际操作能力，注重理论联系实际，引导学生通过实践探索，掌握8位减法器的设计与应用。
课程目标明确具体，可衡量，有助于指导后续的教学设计和评估工作。
二、教学内容1. 二进制减法运算原理：讲解二进制减法的运算规则，以及与十进制的区别和联系。
- 教材章节：第三章第二节《二进制加减法运算》2. 8位减法器的组成结构：介绍8位减法器的基本组成，包括全加器、与门、非门、异或门等。
- 教材章节：第四章第三节《组合逻辑电路设计》3. 逻辑门电路原理：阐述逻辑门电路的工作原理，及其在8位减法器中的应用。
- 教材章节：第三章第四节《逻辑门电路》4. 8位减法器设计方法：讲解如何设计8位减法器电路，包括全加器的级联方式、时序控制等。
- 教材章节：第四章第五节《算术逻辑单元设计》5. 8位减法器电路仿真与调试：指导学生使用Multisim、Proteus等软件进行电路仿真和调试。
- 教材章节：第五章第三节《电子电路仿真与调试》教学内容安排与进度：第一课时：二进制减法运算原理，逻辑门电路原理。
【精品】8位移位寄存器的电路设计与版图实现要点
8位移位寄存器的电路设计与版图实现要点8位移位寄存器的电路设计与版图实现摘要电子设计自动化，缩写为EDA，主要是以计算机为主要工具，而Tanner EDA则是一种在计算机windows平台上完成集成电路设计的一种软件，基本包括S-Edit，T-Spice，W-Edit，L-Edit与LVS等子软件，其S-Edit以及L-Edit为常用软件，前者主要实现电路设计，后者主要针对的是已知电路的版图绘制，而T-Spice主要可实现电路图及版图的仿真，可以用Tanner EDA实现电路的设计布局以及版图实现等一系列完整过程。
本文用Tanner EDA工具主要设计的是8位移位寄存器，移位寄存器主要是用来实现数据的并行和串行之间的转换以及对数据进行运算或专业处理的工具，主要结构构成是触发器，触发器是具有储存功能的，可以用来储存多进制代码，一般N位寄存器就是由N个触发器构成，移位寄存器工作原理主要是数据在其脉冲的作用下实现左移或者右移的效果，输入输出的方式表现为串行及并行自由组合，本设计就是在Tanner EDA 的软件平台上进行对8位移位寄存器的电路设计仿真，再根据电路图在专门的L-Edit平台上完成此电路的版图实现，直至完成的结果和预期结果保持一致。
关键词：Tanner EDA；L-Edit；移位寄存器，S-Edit8 bits shift register circuit design and layoutAbstractElectronic design automation,referred to as EDA,it is based on computers as the main tool,and Tanner EDA is a kind of software that complete the integrated circuit design on Windows platforms.Its Sub-Softwares include S-Edit，T-Spice，W-Edit，L-Edit and LVS and so on.S-Edit and L-Edit are commonly used software,S-Edit is primarily designed to achieve circuit,the latter is aimed primarily known circuit layout drawing,T-Spice can achieve schematic and layout simulation.We can achieve layout of the circuit design and a series of complete process layout used Tanner EDA tools.In this paper, Tanner EDA tools are mainly designed an 8-bit shift register.The shift register is mainly used for data conversion between parallel and serial, and the data processing tool operation or professional,its main structure is the trigger composition,flip-flop is a storage function,it can be used to store more hexadecimal code,In general N-bits register is composed of N trigger.Working principle of the shift register data under the action of the pulse, mainly the effect of the shift to the left or right,input and output of the way of serial and parallel free combination.This design is in Tanner on the EDA software platform to 8 bits shift register circuit design and simulation,then according to the circuit diagram on special L - Edit platform to complete the circuit layout implementation,until the finish is consistent with the results and expected results.Keywords：Tanner EDA；L-Edit；Shift register，S-Edit目录目录 (III)1 前言 (1)1.1 课题的背景和目的 (1)1.2课题的设计内容 (1)2 设计软件简介 (2)2.1EDA技术的介绍 (2)EDA技术在硬件实现方面融合了大规模集成电路制造技术、IC版图设计技术、ASIC测试和封装技术、FPGA/CPLD编程下载技术、自动测试技术等；在计算机辅助工程方面融合了计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)、计算机辅助工程(CAE)技术以及多种计算机语言的设计概念；而在现代电子学方面则容纳了更多的内容，如电子线路设计理论、数字信号处理技术、数字系统建模和优化技术及长线技术理论等。
TEC 8实验指导书
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前 言……………………………………………………………………………………..1 第 1 章 TEC-8 计算机硬件综合实验系统…………………………………………….…..5 1.1 TEC-8 实验系统的用途…………………………………………………………….…5 1.2 TEC-8 实验系统技术特点…………………………………………………….………5 1.3 TEC-8 实验系统组成………………………………………………………….………6 1.4 逻辑测试笔……………………………………………………………………………6 1.5 TEC-8 实验系统结构和操作……………………………………………….…………7 1.5.1 模型计算机时序信号………………………………………………………………7 1.5.2 模型计算机组成……………………………………………………………………7 1.6 模型计算机指令系统………………………………………………………………… 10 1.7 开关、按钮、指示灯……………………………………………………..…………11 1.8 数字逻辑和数字系统实验部分…………………………………..…………………12 1.8.1 基本实验通用区…………………………………………………………………...12 1.8.2 大型综合设计实验装臵………………………………………………………..….13 1.9 E2PROM 中微代码的修改………………………………………………….……….…13 第 2 章 计算机组织与体系结构基本实验………………………………………………18 2.1 运算器组成实验……………………………………………………………………..18 2.2 双端口存储器实验…………………………………………………………………..22 2.3 数据通路实验………………………………………………………………………..26 2.4 微程序控制器实验…………………………………………………………………..30 2.5 CPU 组成与机器指令的执行…………………………………………………………36 2.6 中断原理实验………………………………………………………………………..39 第 3 章 课程综合设计…………………………………………………………………....43 3.1 模型机硬连线控制器设计…………………………………………………………..43 3.2 模型机流水微程序控制器设计……………………………………………………..47 3.3 模型机流水硬连线控制器设计……………………………………………………..50 3.4 含有阵列乘法器的 ALU 设计………………………………………………………..51 第 4 章 数字逻辑与数字系统基本实验…………………………………………………55 4.1 基本逻辑门逻辑实验………………………………………………………………..55 4.2 TTL、HC 和 HCT 器件的电压传输特性实验………………………………………..56 4.3 三态门实验…………………………………………………………………….…….59 4.4 数据选择器和译码器实验……………………………………………………….….61 4.5 全加器构成及测试实验………………………………………………………….….63 4.6 组合逻辑中的冒险现象实验…………………………………………………….….64 4.7 触发器实验……………………………………………………………………….….66 4.8 简单时序电路实验…………………………………………………………………..69 4.9 计数器和数码管实验………………………………………………………………..70 4.10 四相时钟分配器实验………………………………………………………………74 第 5 章 数字逻辑与数字系统综合设计实验…………………………………………...76 5.1 简易电子琴实验……………………………………………………………………..76
八位二进制累加器的设计
输入电压V=5V时，当Cin=1，A=1，B由0->1变化时，用计算器中的delay函数测得此最坏下降延时(对于Sum来说，此时相当于最坏的上升延时)如图所示。由图可知，Sum最坏的上升延时为484.14ps；而Sum_layout最坏的上升延时。所以，版图仿真的最坏上升延时比原理图仿真的最坏延时小79.1ps。
图七Cin=1，A=1，B由0->1时功耗的波形
(2)最坏的下降延时分析
下面利用瞬态分析，测量Cin=0，A=0，B由1->0变化时的延时情况。如下图所示，是该情况下的输入输出波形。
图八Cin=0，A=0，B由1->0时，输入输出波形
用计算器中的delay函数测得此时的最坏上升延时(对于Sum来说，此时相当于最坏的下降延时)如图九所示。由图可知，最坏的下降延时为528.98ps
aபைடு நூலகம்组内并行,组间串行的进位链
b)组内并行,组间并行的进位链
它们的目的就是要进位信号的产生尽可能的快,因此产生了二重进位链或更高重进位链,显然进位速度的提高是以硬件设计的复杂化为代价来实现的。
（3）串行加法进位
串行加法进位从最低位进到最高位，即整个进位是分若干步骤进行的。
优点：具有器件少、成本低、电路结构简单的优点。缺点：运算速度慢。
正电平触发式触发器的状态在CP=1期间翻转，在CP=0期间保持不变。电平触发式触发器的缺点是存在空翻现象，通常只能用于数据锁存。
（2）主从触发器：
主从触发器由分别工作在时钟脉冲CP不同时段的主触发器和从触发器构成，通常只能在CP下降沿时刻状态发生翻转，而在CP其他时刻保持状态不变。它虽然克服了空翻，但对输入信号仍有限制。