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實驗報告書
課程名：《計算機組成原理》
題目：實驗類別 【驗證】
班級：學號：
姓名：目錄
第一章實訓任務概述 2
1.1實訓目的 2
1.2 實訓任務 2
第二章設計內容 4
2.1 指令的執行流程 4
2.1.1「異或」指令 4
2.1.2讀取指令 4
2.1.3 「add」指令 4
2.2 儲存器 4
2.3 運算器 5
2.4 硬體系統 5
2.4.1計算機硬體組成 5
2.4.2 採用門電路設計乙個8位的全加器電路 6
2.4.3 定點補碼加減法裝置邏輯框圖 7
2.5 模型機綜合實驗 7
2.5.2 轉移實驗 7
第三章圖**式 8
3.1「異或」指令 8
3.2 讀取指令 8
3.3「add 」指令 9
3.4 儲存器 10
3.5 設計計算機運算器 11
3.6 了解計算機硬體系統 17
3.6.1 8位全加器 17
3.6.2 定點補碼加減法邏輯圖 17
3.7 運算器的邏輯組成及設計模型及綜合實驗 18
3.7.1 移位/取反實驗 18
3.7.2 轉移實驗 20
第四章個人總結 22
4.1 主要結論 22
4.2 對實訓的認識 22
參考文獻 23
致謝 24
第一章課設任務概述
1.1課設目的
通過本週的課設，使我們對計算機組成與體系結構這門課有乙個更深入的了解。主要要了解計算機的硬體組成、微操作以及儲存器中的位址變換等。將我們在課堂上所學的理論知識應用於實踐。
1.2 課設任務
1、參考給出的或者課本上的計算機的硬體（應有中斷功能）組成，寫出完成下面給定的指令格式的指令的執行流程；
（1）累加器內容完成「異或」運算
「異或」 指令的指令格式
（2）把乙個記憶體單元中的內容讀到所選擇的乙個累加器中。
(3)以下五條機器指令為選做題目，給出指令執行流程（選做要求：(組號 mod 5)+1=紅色題目編號）：in（輸入）、add（二進位制加法）、sta（存數）、out（輸出）、jmp（無條件轉移），其指令格式如下：
助記符機器指令碼說明
①in0000 0000 「input device」中的開關狀態r0
②add addr 0001 0000r0+[addr] r0
③sta addr 0010 0000r0 [addr]
④out addr 0011 0000addr] bus
⑤jmp addr 0100 0000addrpc
2、以下三道為選做題目（選做要求：(組號 mod 3)+1=紅色題目編號）
①某機器中，已知配有乙個位址空間為(0000—1fff)16的rom區域，現在用幾個sram晶元（8k×8位）形成乙個16k×16位的ram區域，起始位址為2000h。假設sram晶元有cs和we控制端，cpu位址匯流排a15——a0 ，資料匯流排為d15——d0 ，控制訊號為r / w（讀 / 寫），mreq（當儲存器讀或寫時，該訊號指示位址匯流排上的位址是有效的）。要求：
（1） 滿足已知條件的儲存器，畫出位址碼方案。
（2） 畫出rom與ram同cpu連線圖。
②要求用128k×16位的sram晶元設計512k×16位的儲存器，sram晶元有兩個控制端：當 cs 有效時該片選中。當w/r=1時執行讀操作，當w/r=0時執行寫操作。
用64k×16位的eprom晶元組成128k×16位的唯讀儲存器。試問：。
<1> 資料暫存器多少位？
<2> 位址暫存器多少位？
<3> 共需多少片eprom?
畫出此儲存器組成框圖。
③某機器中，已知配有乙個位址空間為0000h-3fffh的rom區域。現在再用乙個ram晶元(8k×8)形成40k×16位的ram區域，起始位址為6000h,假定ram晶元有和訊號控制端。cpu的位址匯流排為a15-a0，資料匯流排為d15-d0，控制訊號為r/(讀/寫)， (訪存)，要求：
（1） 畫出位址解碼方案。
（2） 將rom與ram同cpu連線。
3、設計計算機運算器（包括邏輯框圖與指令系統，以及各指令的微程式流程圖）
4、了解計算機的硬體系統。就計算機的某些硬體組成部分，說明對其認識。
（1）採用門電路設計乙個8位的全加器電路
（2）定點補碼加減法裝置邏輯框圖
5、運算器的組成及設計模型機綜合實驗。
第二章設計內容
2.1 指令的執行流程
2.1.1「異或」指令
「異或」 指令的指令格式
（dr:資料暫存器 sr：源暫存器）
這條指令實現將目標暫存器dr的內容與源暫存器sr的內容相異或並將結果存入目標暫存器dr的功能。
2.1.2 讀取指令
把源暫存器sr中的內容讀到目標暫存器dr中。
2.1.3 「add」指令
以下五條機器指令為選做題目，給出指令執行流程（選做要求：(組號 mod 5)+1=紅色題目編號）：in（輸入）、add（二進位制加法）、sta（存數）、out（輸出）、jmp（無條件轉移），其指令格式如下：
助記符機器指令碼說明
②add addr 0001 0000r0+[addr] r0
2.2 儲存器
②要求用128k×16位的sram晶元設計512k×16位的儲存器，sram晶元有兩個控制端：當 cs 有效時該片選中。當w/r=1時執行讀操作，當w/r=0時執行寫操作。
用64k×16位的eprom晶元組成128k×16位的唯讀儲存器。試問：。
<1> 資料暫存器多少位？
<2> 位址暫存器多少位？
<3> 共需多少片eprom?
此儲存器組成框圖。
2.3 運算器
設計計算機運算器（包括邏輯框圖與指令系統，以及各指令的微程式流程圖）。
指令系統是指計算機系統所有指令的集合，微程式是指實現一條機器指令功能的微指令序列，微指令是指實現一定操作功能的一組微命令，微命令對應著相應的微操作。
這次課程設計我們設計了tra、jia、jian、yu、huo等微指令。
2.4 硬體系統
2.4.1計算機硬體組成
了解計算機的硬體系統。就計算機的某些硬體組成部分，說明對其認識。
答：構成計算機的一般有「5大部分」，分別為：運算器、控制器、儲存器、輸入裝置和輸出裝置。
(1)運算器
運算器用來實現算術運算和邏輯運算。主要由：算術邏輯單元（alu）、累加器、狀態暫存器、通用暫存器組等組成。
算術邏輯運算單元（alu）的基本功能為加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、求補等操作。計算機執行時，運算器的操作和操作種類由控制器決定。運算器處理的資料來自儲存器；處理後的結果資料通常送回儲存器，或暫時寄存在運算器中。
與control unit共同組成了cpu的核心部分。
（2）控制器
控制器根據指令的功能產生相應的控制訊號，控制其它部分的工作以便實現指令的功能。主要由程式計數器、指令暫存器、指令解碼器、時序產生器和操作控制器組成，它是發布命令的「決策機構」，即完成協調和指揮整個計算機系統的操作。控制器工作的實質就是解釋程式，它每次從儲存器讀取一條指令，經過分析解碼，產生一系列操縱計算機其他部分工作的控制訊號（操作命令），發想各個部件，控制各部件動作，是整個機器連續，有條不紊地執行。
高階計算機中的控制器可以改變某些指令的順序，以改善效能。
對所有cpu而言，乙個共同的關鍵部件是程式計數器，它是乙個特殊的暫存器，記錄著將要讀取的下一條指令的儲存器中的位置。
（3）儲存器
儲存器用來存放資料和程式。主要功能是儲存程式和各種資料，並能在計算機執行過程中高速、自動地完成程式或資料的訪問。儲存器是具有「記憶」功能的裝置，它採用具有兩種穩定狀態的物理器件來儲存資訊。
這些器件也稱為記憶元件。在計算機中採用只有兩個數碼「0」和「1」的二進位制來表示資料。記憶元件的兩種穩定狀態分別表示為「0」和「1」。
日常使用的十進位制數必須轉換成等值的二進位制數才能存入儲存器中。計算機中處理的各種字元，例如英文本母、運算符號等，也要轉換成二進位制**才能儲存和操作。
（4）輸入裝置
用於把原始資料和處理這些資料的程式輸入到計算機中。是計算機與使用者或其他裝置通訊的橋梁。輸入裝置是使用者和計算機系統之間進行資訊交換的主要裝置之一。
鍵盤，滑鼠，攝像頭，掃瞄器，光筆，手寫輸入板，遊戲杆，語音輸入裝置等都屬於輸入裝置。輸入裝置（inputdevice）是人或外部與計算機進行互動的一種裝置，用於把原始資料和處理這些數的程式輸入到計算機中。計算機能夠接收各種各樣的資料，既可以是數值型的資料，也可以是各種非數值型的資料，如圖形、影象、聲音等都可以通過不同型別的輸入裝置輸入到計算機中，進行儲存、處理和輸出。
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