计算机硬件课程设计
设计报告
学号: 姓名：成绩：
学号: 姓名：成绩：
东南大学计算机科学与工程系
二0 10 年11 月
一、设计名称：
My CPU的设计
二、本设计的主要特色：
1、熟悉挂总线的逻辑器件的特性和总线传送的逻辑实现方法。
2、掌握半导体静态存储器的存取方法。
三、设计方案：
1. 数据格式——8位二进制定点表示
2. 指令系统——CPU的指令格式尽量简单规整，这样在硬件上更加容易实现。
7条基本指令：输入/输出，数据传送，运算，程序控制。
指令格式：Array
7 6 5 4 3 2 1 0
两种寻址方式：
寄存器寻址Array
7 6 5 4 3 2 1 0
直接地址寻址，由于地址要占用一个字节，所以为双字节指令。
7条机器指令：
IN R目：从开关输入数据到指定的寄存器R目。
OUT R源：从指定的寄存器R源中读取数据送入到输出缓冲寄存器，显示灯亮。
ADD R目，R源：将两个寄存器的数据相加，结果送到R目。
JMP address : 无条件转移指令。
HALT : 停机指令。
LD R目，address : 从内存指定单元中取出数据，送到指定寄存器R 目。
ST address , R 源: 从指定的寄存器R源中取出数据，存入内存指定单元。
Address（内存地址）
3. CPU内部结构
4.数据通路设计
根据指令系统，分析出数据通路中应包括寄存器组、存储器、运算器、多路转换器等，采用单总线结构。
通用寄存器组：
运算器：
存储器：
多路转换器：
输出缓冲器：
5．控制器设计
控制通路负责整个CPU的运行控制，主要由控制单元和多路选择器MUX 完成。在每一个时钟周期的上升沿指令寄存器IR 从内存中读取指令字后，控制单元必须能够根据操作码，为每个功能单元产生相应主控制信号，以及对ALU 提供控制信号。对于不同的指令，同一个功能单元的输入不同，需要多路选择器MUX 来对数据通路中功能单元的输入进行选择。
程序计数器PC：指令寄存器IR：指令译码电路：
脉冲源及起停控制线路：
时序信号产生部件：
Sequence1内部电路：
四、完成的任务
1、补充了译码电路；
2、修改了时序电路，满足教材要求；
3、编写指令的微程序；
指令的微程序
lodpc (1000 0000)：C00100 310080
送数(1100 0000)：30C000 C00400 010080
取值公操作(0000 0000)：30C000 002000
IN (0001 0000)：C00200 111080
OUT (0010 0000)：110880
LD (0011 0000)：30C000 008000 001200 111080 ST (0100 0000)：30C000 008000 110C080
ADD (0101 0000)：181000 160800 400200 111080 JMP (0110 0000): 30C000 000100 310080
HALT (0111 0000)：000040
4、建立RAM.mif中的内容；
RAM中内容简要介绍：
地址指令
实验一：简单程序设计实验 （1）编写一个 32 位无符号数除法的程序，要求将存放在 NUM1 中的 32 位无符号数与存放 在 NUM2 中的 16 位无符号数相除，结果存放在 NUM3 和 NUM4 中。 程序流程图略。 参考源程序： DATA SEGMENT NUM1 DD 2A8B7654H NUM2 DW 5ABCH NUM3 DW ? NUM4 DW ? DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME DS:DATA, CS:CODE START: MOV AX,DATA ;数据段寄存器初始化 MOV DS,AX MOV AX, WORD PTR NUM1 MOV DX, WORD PTR NUM1+2 DIV NUM2 MOV NUM3,AX MOV NUM4,DX MOV AH,4CH ;正常返回DOS 系统 INT 21H CODE ENDS END START （2）编写一个拆字程序。要求将存放在 ARY 单元的 2 位十六进制数 X 1X 2 拆为 X 1 和 X 2 两 部分，并以 0X 1 和 0X 2 的形式分别存入 ARY+1 和 ARY+2 单元中。 程序流程图略。 参考源程序： DATA SEGMENT ARY DB 2AH,?,? DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME DS:DATA, CS:CODE START: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV SI,OFFSET ARY ;取ARY 的偏移地址 MOV AL,[SI] ;取16进制数至AL
MOV BL,AL AND AL,0F0H ;取16进制数的高四位，即X1 SHR AL,4 MOV [SI+1],AL ;存0X1 MOV AL,BL AND AL,0FH ;取16进制数的低四位，即X2 MOV [SI+2],AL ;存0X2 MOV AH,4CH INT 21H CODE ENDS END START
非常简单CPU数据通路设计实验报告非常简单CPU数据通路设计【实验目的】 1. 掌握CPU的设计步骤 2. 学会芯片的运用及其功能 【实验环境】 Maxplus2环境下实现非常简单CPU数据通路的设计 【实验内容】 非常简单CPU的寄存器:一个8位累加器AC，一个6位的地址寄存器绘制 AR，一个6位的程序计数器PC，一个8位的数据寄存器DR，一个2位的指令寄存器IR。其数据通路详见教材P。 1、零件制作 6位寄存器 (自行设计) 6位计数器 (自行设计) 8位寄存器 (可选择74系列宏函数74273) 8位计数器 (由两个74161构成) 2位寄存器 (由D触发器构成，自行设计) 6三态缓冲器 (自行设计，可由74244内部逻辑修改而成) 8三态缓冲器 (选择74系列宏函数74244，或作修改) alu模块 (自行设计，限于时间，其内部逻辑不作要求) 2、选择器件，加入数据通路顶层图 8位累加器AC:选择8位计数器 6位地址寄存器AR:reg6 6位的程序计数器PC:cou6
8位的数据寄存器DR:选择8位寄存器 2位的指令寄存器IR:选择2位寄存器 3、为PC、DR加入三态缓冲器。 4、调整版面大小，器件位置。 5、设计地址引脚、数据引脚、8位内部总线，加入数据引脚到内部总线的 缓冲器。 6、连接各器件之间以及到内部总线的线路，设计并标注各控制信号。 7、(选做)编译之后，给出微操作 AR<-PC 的测试方法及仿真结果。 8、实验报告中应给出各元部件的实现方法、内部逻辑贴图、打包符号说 明及顶层的“非常简单CPU”数据通路图。 实验报告 一、实验步骤 基于前面非常简单CPU的讲解，我掌握了非常简单CPU的指令集结构及非常简单CPU的指令读取过程和执行过程，本次实验是在上次实验的基础之上完成非常简单CPU数据通路的设计，其步骤如下: (1)、AC累加器原理图如下:
计算机硬件课程设计 设计报告 学号: 姓名：成绩： 学号: 姓名：成绩： 东南大学计算机科学与工程系 二0 10 年11 月
一、设计名称： My CPU的设计 二、本设计的主要特色： 1、熟悉挂总线的逻辑器件的特性和总线传送的逻辑实现方法。 2、掌握半导体静态存储器的存取方法。 三、设计方案： 1. 数据格式——8位二进制定点表示 2. 指令系统——CPU的指令格式尽量简单规整，这样在硬件上更加容易实现。 7条基本指令：输入/输出，数据传送，运算，程序控制。 指令格式：Array 7 6 5 4 3 2 1 0 两种寻址方式： 寄存器寻址Array 7 6 5 4 3 2 1 0 直接地址寻址，由于地址要占用一个字节，所以为双字节指令。 7条机器指令：
IN R目：从开关输入数据到指定的寄存器R目。 OUT R源：从指定的寄存器R源中读取数据送入到输出缓冲寄存器，显示灯亮。 ADD R目，R源：将两个寄存器的数据相加，结果送到R目。 JMP address : 无条件转移指令。 HALT : 停机指令。 LD R目，address : 从内存指定单元中取出数据，送到指定寄存器R 目。 ST address , R 源: 从指定的寄存器R源中取出数据，存入内存指定单元。
Address（内存地址） 3. CPU内部结构 4.数据通路设计 根据指令系统，分析出数据通路中应包括寄存器组、存储器、运算器、多路转换器等，采用单总线结构。 通用寄存器组：
运算器： 存储器： 多路转换器：
输出缓冲器： 5．控制器设计 控制通路负责整个CPU的运行控制，主要由控制单元和多路选择器MUX 完成。在每一个时钟周期的上升沿指令寄存器IR 从内存中读取指令字后，控制单元必须能够根据操作码，为每个功能单元产生相应主控制信号，以及对ALU 提供控制信号。对于不同的指令，同一个功能单元的输入不同，需要多路选择器MUX 来对数据通路中功能单元的输入进行选择。
电脑硬件基础知识（一） 1.了解电脑的基本组成 一般我们看到的电脑都是由：主机（主要部分）、输出设备（显示器）、输入设备（键盘和鼠标）三大件组成。而主机是电脑的主体，在主机箱中有：主板、CPU、内存、电源、显卡、声卡、网卡、硬盘、软驱、光驱等硬件。 从基本结构上来讲，电脑可以分为五大部分：运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备。 2.了解电脑系统 电脑系统分为硬件和软件两大部分，硬件相当于人的身体，而软件相当于人的灵魂。 而硬件一般分为主机和外部设备，主机是一台电脑的核心部件，通常都是放在一个机箱里。而外部设备包括输入设备（如键盘、鼠标）和输出设备（如显示器、打印机）等。 软件一般分为系统软件和应用软件。 3.组装一台电脑需要选购哪些基本部件 （1）、机箱，一般电脑的主要零件都放在这里。 （2）、显示器，用来看电脑的工作过程，要不然，你都不知道电脑究竟在做什么。
（3）、键盘和鼠标，向电脑输入有用的命令，让它去为我们工作。（4）、主板，这是一块很重要的东西，虽然它长得有点“丑”，这里是决定你这台电脑性能的重要零件之一哦。 （5）、内存，当电脑工作时，电脑会在这里存上存储数据，相当于人的记忆。 （6）、CPU，也称中央处理器，是电脑运算和控制的核心。（7）、显卡，电脑通过这个玩意传送给显示器。 （8）、声卡，电脑通过这个玩意传送声音给音箱的哦。 （9）、硬盘，平常人们常说我的硬盘有多少G多少G，就是指这个硬盘的容量，而G数越多能装的东西便越多。 （10）、软驱，就是插软盘的玩意，现在一般都用3.5英寸的，古老年代用5.25英寸的，现在我们去买人家都不卖了。 （11）、光驱，听CD当然少不了这个，有时候你要安装某些软件都是在光盘上的，所以这个用处太大。 （12）、电源，主要用于将220V的外接电源转换为各种直流电源，供电脑的各个部件使用 4. 如何评价一台电脑的好和坏 当然，一台电脑的好坏，是要从多方面来衡量的，不能仅看其中某个或者几个性能指标。而一般评价一台电脑的好坏的性能指标有如下几种： （1）、CPU的类型和时钟频率 这是电脑最主要的性能指标，它决定了一台电脑的最基本性能。
计算机硬件技术基础实验 姓名：高广战 专业：09计算机 学号:_____09838033____
安徽农业大学经济技术学院 实验一：计算机运行过程演示 计算机硬件： 计算机硬件系统的基本组成（五大部件）：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。运算器和控制器统称中央处理器（CPU）。 存储器分成内存储器和外存储器两大类。 CPU、内存储器和连接输入输出设备的接口统称为主机。微机的主机集成在主机板上。 外存储器、输入设备和输出设备统称为外部设备。 计算机运行过程： 第一步：当我们按下电源开关时，电源就开始向主板和其它设备供电，此时电压还不稳定，主板控制芯片组会向CPU发出并保持一个RESET(重置)信号，让CPU初始化。 加电自检，加电自检的主要任务是检测系统中的一些关键设备是否存在和能否正常工作，如内存和显卡等。 第二步：显卡初始化。查找完所有其它设备的BIOS之后，系统BIOS将显示它自己的启动画面 第三步：接着系统BIOS将检测CPU的类型和工作频率，接下来系统BIOS开始测试主机所有的内存容量 第四步：内存测试通过之后，系统BIOS将开始检测系统中安装的一些标准硬件设备，这些设备包括：硬盘、CD-ROM、软驱、串行接口和并行接口等连接的设备 第五步：标准设备检测完毕后，系统BIOS内部的支持即插即用的代码将开始检测和配置系统中安装的即插即用设备 第六步：到这一步为止，所有硬件都已经检测配置完毕了，系统BIOS会重新清屏并在屏幕上方显示出一个系统配置列表，其中概略地列出了系统中安装的各种标准硬件设备，以及它们使用的资源和一些相关工作参数。 第七步：按下来系统BIOS将更新ESCD(Extended System Configuration Data，扩展系统配置数据)。 第八步：ESCD数据更新完毕后，系统BIOS的启动代码将进行它的最后一项工作，即根据用户指定的启动顺序从软盘、硬盘或光驱启动。
1个时钟周期 Clock 电子科技大学计算机科学与工程学院 标 准 实 验 报 告 （实验）课程名称： 计算机组成原理实验 电子科技大学教务处制表 电 子 科 技 大 学 实 验 报 告 学生姓名： 郫县尼克杨 学 号： 2014 指导教师：陈虹 实验地点： 主楼A2-411 实验时间：12周-15周 一、 实验室名称： 主楼A2-411 二、 实验项目名称： 单周期CPU 的设计与实现。 三、 实验学时： 8学时 四、 实验原理： （一） 概述 单周期（Single Cycle ）CPU 是指CPU 从取出1条指令到执行完该指令只需1个时钟
周期。 一条指令的执行过程包括：取指令→分析指令→取操作数→执行指令→保存结果。对于单周期CPU 来说，这些执行步骤均在一个时钟周期内完成。 （二） 单周期cpu 总体电路 本实验所设计的单周期CPU 的总体电路结构如下。 （三） MIPS 指令格式化 MIPS 指令系统结构有MIPS-32和MIPS-64两种。本实验的MIPS 指令选用MIPS-32。以下所说的MIPS 指令均指MIPS-32。 MIPS 的指令格式为32位。下图给出MIPS 指令的3种格式。 本实验只选取了9条典型的MIPS 指令来描述CPU 逻辑电路的设计方法。下图列出了本实验的所涉及到的9条MIPS 指令。 五、 实验目的 1、掌握单周期CPU 的工作原理、实现方法及其组成部件的原理和设计方法，如控制器、26 31 221 216 15 11 1 6 5 0 op rs rt rd sa func R 型指令 26 31 221 216 15 0 op rs rt immediate I 型指令 26 31 20 op address J 型指令
计算机硬件技术基础习题答案 习题一： 1-8： 28 Bytes = 256 Bytes； 216 Bytes = 210×26Bytes = 64KB； 220 Bytes = 210×210Bytes = 1MB； 232 Bytes = 210×210×210×22 Bytes = 4GB 。 1-12：指令通常包括操作码和操作数两部分。 操作码表示计算机执行什么具体操作； 操作数表示参加操作的数的本身或操作数所在的 地址（操作数的地址码）。 1-22：[+89]补= 0 101 1001B；[-89]补= 1 010 0111B； [+67]补= 0 100 0011B；[-67]补= 1 011 1101B。 (1)[-89]补+ [+67]补= 10100111B + 01000011B = 1 110 1010B = eaH V = D7C D6C=00=0 无溢出 D7C = 0; D6C = 0
(2)[+89]补+ [-(-67)]补= [+89]补+ [+67]补 =01011001B + 01000011B = 1 001 1100B = 9cH V = D7C D6C=01=1溢出 D7C = 0; D6C = 1 (3)[-89]补+ [-67]补= 10100111B + 10111101B = 1, 0 110 0100B = 64H V = D7C D6C=10=1溢出 D7C = 1; D6C = 0 (4)[-89]补+ [-(-67)]补= [-89]补+ [+67]补 =10100111B + 01000011B = 1 110 1010B = eaH V = D7C D6C=00=0 无溢出 D7C = 0; D6C = 0 1-30：(1) 01111001 + 01110000 补码竖式：01111001 + 01110000 ——————— 11101001
Southeast University Microprogra m med CPU Design -- COA experiment School of Information Science and Engineering 04009XXX 2012-4-25
Purpose The purpose of this project is to design a simple CPU (Central Processing Unit). This CPU has basic instruction set, and we will utilize its instruction set to generate a very simple program to verify its performance. For simplicity, we will only consider the relationship among the CPU, registers, memory and instruction set. That is to say we only need consider the following items: Read/Write Registers, Read/Write Memory and Execute the instructions. At least four parts constitute a simple CPU: the control unit, the internal registers, the ALU and instruction set, which are the main aspects of our project design and will be studied. Instruction Set Single-address instruction format is used in our simple CPU design. The instruction word contains two sections: the operation code (opcode), which defines the function of instructions (addition, subtraction, logic operations, etc.); the address part, in most instructions, the address part contains the memory location of the datum to be operated, we called it direct addressing. In some instructions, the address part is the operand, which is called immediate addressing. For simplicity, the size of memory is 256×16 in the computer. The instruction word has 16 bits. The opcode part has 8 bits and address part has 8 bits. The instruction word format can be expressed in Figure 1 Figure 1 the instruction format The opcode of the relevant instructions are listed in Table 1. In Table 1, the notation [x] represents the contents of the location x in the memory. For example, the instruction word 00000011101110012 (03B916) means that the CPU adds word at location B916 in memory into the accumulator (ACC); the instruction word 00000101000001112 (050716) means if the sign bit of the ACC (ACC [15]) is 0, the CPU will use the address part of the instruction as the address of next instruction, if the sign bit is 1, the CPU will increase the program counter (PC) and use its content 7 as the address of the next instruction. Table 1 List of instructions and relevant opcodes
第1章计算机概述 1：计算机的类型有哪些？简述它们的特点 目前国际上比较流行的计算机分类是：巨型计算机、主机（大、中型机）、小型计算机、和个人计算机。 巨型计算机指运算速度快、存储容量大的高性能计算机，它采用了大规模并行处理的体系结构，CPU由数以百计、千计的处理器组成，有极强的运算处理能力。计算机的运算速度平均每秒1000万次以上；存贮容量在1000万位以上。巨型机的研制水平是一个国家计算机技术水平的重要标志。 主机（大、中型机）大型机的运算速度一般在100万次/秒至几千万次/秒，通常用每秒运行多少万次来作为运算速度单位，字长32～64位，主存容量在几百兆字节以上，。它有比较完善的指令系统，丰富的外部设备和功能齐全的软件系统。其特点是通用，有极强的综合处理能力。中型机的规模介于大型机和小型机之间。 小型机的机器规模小、结构简单、设计试制周期短，便于及时采用先进工艺技术，软件开发成本低，易于操作维护。 微型计算机是以微处理器（CPU）为核心，通过系统总线（BUS）将存储器、外围控制电路、输入输出接口连接起来的系统称为微型计算机。若配有相应的外围设备(如显示器、键盘、打印机等)和系统软件，就组成了微型计算机系统(Micro Computer System)。微型计算机具有以下特点： ◆集成度高，体积小，重量轻，价格低廉； ◆部件标准化，易于组装及维修； ◆高可靠性及适应性。 2：微型计算机简单分哪几类？各有什么特点？ 微型计算机简单可分为常见的台式微型计算机即个人计算机PC，笔记本，及掌上电脑 台式机具有：集成度高、体积较小价格低廉、部件标准化、，易于组装维修、高可靠性及适应性，计算能力强等特点； 笔记本具有体积小重量轻，便于携带移动性强，耗电少功能强的特点; 掌上电脑具有更小的体积、更轻的重量、更少的耗电和更强的可移动性的特点，其方便的上网功能正将加速“处处计算，移动计算”的时代到来。； Flash存储器与RAM相比具有非易失性的优势，但是寿命短，可擦写次数少，读写速度慢，且不能完成完全随机读写。 3：微型计算机的组成部件有哪些？ 微型计算机由软件和硬件二部分组成，硬件的组成部件主要包括：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备等。微型计算机以微处理器（CPU）为核心，通过系统总线（BUS）将存储器、外围控制电路、输入输出接口连接起来。若配有相应的外围设备(如显示器、键盘、打印机等)和系统软件，就组成了微型计算机系统 4：微处理器的组成单元及各单元的功能和特点： （1）运算单元，用来执行当前指令所规定的算术运算和逻辑运算，具有定点和浮点运算功能，（2）控制单元，指挥微处理器执行指令操作的功能，（3）寄存器组，用来暂存操作数，中间结果和处理结果，它构成了微处理器内部的小型存贮空间，其容量大小影响到微处理器的效率，（4）总线接口单元，提供微处理器与周围其它硬件的接口，有效地将微处理器的地址、数据和控制等信息通过总线和各相关部件接通。
计算机硬件的组装实验 报告 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-
计算机硬件的组装 实验时间：3月30日晚6:00-9:00 学号：姓名： 一、实验目的 1.加深对理论知识的理解，提高实际动手能力； 2.了解计算机的主要部件，理解各部件的功能，了解微型机的各项技术指标和参数。 3.能掌握现代计算机组成结构、内部部件的连接和装机步骤 4.能够熟练掌握计算机的基本组装技巧。 二、实验内容 1、了解计算机主要器件、外部设备的种类和发展情况； 2、掌握计算机主要器件、外部设备的主要性能指标； 3、知道如何选购计算机的主要器件和外部设备； 4、根据了解的知识，动手实践组装一台微型计算机系统； 5、了解并掌握计算机系统的调试、维护方法。 三、实验步骤 （一）计算机主要器件及外部设备 1、计算机系统硬件组成：微处理器、主板、内存、外存储器、输入系统设备、显示系统设备、机箱与电源。 2、计算机的结构构成和功能 ⑴．主板：主板是一块方形的电路板，在其上面分布着众多电 子元件和各种设备的插槽等。
⑵．主板的插座：主板上的插座主要是指主板上的CPU插座和电源插座。 ⑶. 主板的插槽 ⑷. 主板的芯片组：主板的芯片组是整个主板的核心，主板上各个部件的运行都是通过主板芯片组来控制的。 ⑸．CPU：CPU由控制器和运算器这两个主要部件组成。控制器是整个计算机系统的指挥中心。控制器的指挥控制下，运算器、存储器和输入/输出设备等部件协同工作，构成了一台完整的通用计算机。运算器是计算机中用于实现数据加工处理等功能的部件，它接受控制器的命令，负责完成对操作数据的加工处理任务，其核心部件是算术逻辑单元。 ⑹．内存：内存主要由内存颗粒、PCB电路板、金手指等部分组成。内存的作用是和CPU进行数据交换的，用于直接提供CPU要处理的数据，同时内存容量有限，它需要不断的从外存调入当前操作需要的数据以备CPU使用。 3.计算机的拆装 工具︰螺丝刀 ⑴.拆卸部件操作步骤: 关闭电源，用螺丝刀拆下螺丝，拆卸机 箱。观察主机各部件的连接线（电源和信号线），各部件的固定位置和方式（固定点、螺钉类型），并登记。拆除电源和信号线、板卡、内存、硬盘和软驱。（不要拆除CPU、风扇、主板） ⑵．安装计算机部件的操作步骤：
简易计算机系统综合设计设计报告 班级姓名学号 一、设计目的 连贯运用《数字逻辑》所学到的知识，熟练掌握EDA工具的使用方法，为学习好后续《计算机原理》课程做铺垫。 二、设计内容 ①按给定的数据格式和指令系统，使用EDA工具设计一台用硬连线逻辑控制的简易计算机系统； ②要求灵活运用各方面知识，使得所设计的计算机系统具有较佳的性能； ③对所做设计的性能指标进行分析，整理出设计报告。 三、详细设计 3.1设计的整体架构 控制信号
3.2各模块的具体实现 1.指令计数器（zhiling_PC） 元件： 输入端口：CLK，RESET，EN； 输出端口：PC[3..0]； CLK：时钟信号； RESET：复位信号； EN：计数器控制信号，为1的时候加一； PC[3..0]：地址输出信号； 代码：
波形图： 总共有九条指令，指令计数器从0000到1000；功能： 实现指令地址的输出； 2.存储器（RAM） 元件： 输入端口：PC[3..0]，CLK； 输出端口：zhiling[7..0]； CLK：时钟信号； PC[3..0]：指令地址信号； zhiling[7..0]：指令输出信号； 代码：
波形图： 功能： 根据输入的地址输出相应的指令； 3.指令译码器（zlymq） 元件： 输入端口：zhiling[7..0]； 输出端口：R1[1..0]，R2[1..0]，M[3..0]；zhiling[7..0]：指令信号； R1：目标寄存器地址； R2：源寄存器地址； M[3..0]：指令所代表的操作编号； 代码：
波形图：
功能： 实现指令的操作译码，同时提取出目标寄存器和源寄存器的地址； 4.算术逻辑运算器（ALU） 元件： 输入端口：EN_ALU，a[7..0]，b[7..0]，M[3..0]； 输出端口：c[7..0]，z； EN_ALU：运算器的使能端； a[7..0]：目标寄存器R1的值； b[7..0]：源寄存器R2的值； M[3..0]：指令所代表的操作编号； c[7..0]：运算结果； z：运算完成的信号； 代码：
计算机硬件基础知识试题 1、通常计算机的存储器是由一个Cache、主存和辅存构成的三级存储体系。辅助存储器一般可由磁盘、磁带和光盘等存储设备组成。Cache和主存一般是一种__A__存储器，磁带则是一种__B__存储设备。在各种辅存中，除去__C__外，大多是便于脱卸和携带的。Cache存储器一般采用__D__半导体芯片，主存现在主要由__E__半导体芯片组成。 A、B：①随机存取②相联存取③只读存取④顺序存取⑤先进先出存取⑥先进后出存取 C：①软盘②CD-ROM ③磁带④硬盘 D、E：①ROM②PROM③EPROM④DRAM⑤SRAM 2、计算机的主机包括__A__，指令由__B__解释，设某条指令中的操作数（地址）部分为X，地址X的主存单元内容为Y，地址为Y的主存单元内容为Z。如果用直接存储方式，参与操作的数据为__C__；如果用立即寻址方式，参与操作的数据是__D__；如果以间接寻址方式，参与操作的数据为__E__。 A：①运算器和控制器②CPU和磁盘存储器③硬件和软件④CPU和主存B：①编译程序②解释程序③控制器 ④运算器C~E：①X②X+Y③Y ④Y+Z ⑤Z⑥X+Z 3、5.25英寸软盘上的DS，DD标记的意义是____。 A、单面单密度 B、单面双密度 C、双面单密度 D、双面双密度 4、5.25英寸软盘片外框上的一个矩形缺口，其作用是____。 A、机械定位 B、"0"磁道定位 C、写保护作用 D、磁盘的起点定位 5、5.25英寸软盘片内圆边上的一个小圆孔，其作用是____。 A、机械定位 B、"0"磁道定位 C、写保护作用 D、磁盘的起点定位 6、软盘驱动器在寻找数据时，_____。 A、盘片不动，磁头动 B、盘片动，磁头不动 C、盘片和磁头都动 D、盘片和磁头都不动 7、计算机执行指令的过程：在控制器的指挥下，把__A__的内容经过地址总线送入__B__的地址寄存器，按该地址读出指令，再经过数据总线送入__C__，经过_ _D__进行分析产生相应的操作控制信号送各执行部件。 A~D：①存储器②运算器③程序计数器 ④指令译码器 ⑤指令寄存器⑥时序控制电路⑦通用寄存器⑧CPU 8、磁盘上的磁道是____。 A、记录密度不同的同心圆 B、记录密度相同的同心圆 C、一条阿基米德螺线 D、两条阿基米德螺线 9、在磁盘存储器中，无需移动存取机构即可读取的一组磁道称为____。 A、单元 B、扇区 C、柱面 D、文卷 10、设某条指令中的操作数（地址）部分为X，地址X的主存单元内容为Y，地址为Y
实验中央处理器的设计与实现 一、实验目的 1、理解中央处理器的原理图设计方法。 2、能够设计实现典型MIPS的11条指令。 二、实验要求 1、使用Logisim完成数据通路、控制器的设计与实现。 2、完成整个处理器的集成与验证。 3、撰写实验报告，并提交电路源文件。 三、实验环境 VMware Workstations Pro + Windows XP + Logisim-win-2.7.1 四、操作方法与实验步骤 1、数据通路的设计与实现 数据通路主要由NPC、指令存储器、32位寄存器文件、立即数扩展部件、ALU、数据存储器构成。其中指令存储器和数据存储器可直接调用软件库中的ROM和RAM元件直接完成，其余部件的设计如图所示： 图1.1 NPC
图1.2 32位寄存器
图1.3 立即数扩展部件 图1.4 ALU 2、控制器的设计与实现 控制器的主要设计思想如图所示 图2.1 控制器设计思想 输入 1 1 0
输出R-type ORI LW SW BEQ JUMP RegDst 1 0 0 x x x ALUSrc 0 1 1 1 0 x MemtoReg0 0 1 x x x RegWrite 1 1 1 0 0 0 MemWrite0 0 0 1 0 0 Branch 0 0 0 0 1 0 Jump 0 0 0 0 0 1 Extop x 0 1 1 1 x ALUop2 1 0 0 0 0 x ALUop1 x 1 0 0 x x ALUop0 x 0 0 0 1 x ALUop[2:0] Funct[3:0] 指令ALUctr[2:0] 111 0000 add 010 111 0010 sub 110 111 0100 and 000 111 0101 or 001 111 1010 slt 111 010 xxxx ori 001 000 xxxx Lw/sw 010 011 xxxx beq 110 表2.1 控制器设计真值表
<1>寻址方式-立即寻址 立即寻址是一种特殊的寻址方式，指令中在操作码字段后面的部分不是通常意义上的操作数地址，而是操作数本身，也就是说数据就包含在指令中，只要取出指令，也就取出了可以立即使用的操作数。 立即寻址的特点：在取指令时，操作码和操作数被同时取出，不必再次访问主存，从而提高了指令的执行速度。但是，因为操作数是指令的一部分，不能被修改，而且立即数的大小受到指令长度的限制，所以这种寻址方式灵活性最差。 <2>寻址方式-直接寻址 在直接寻址中，指令中地址码字段给出的地址A就是操作数的有效地址，即形式地址等于有效地址。 直接寻址的特点：不需作任何寻址运算，简单直观，也便于硬件实现，但地址空间受到指令中地址码字段位数的限制。 <3>寻址方式-间接寻址 间接寻址意味着指令中给出的地址A不是操作数的地址，而是存放操作数地址的主存单元的地址，简称操作数地址的地址。 间接寻址的特点：非常灵活，能扩大了寻址范围，可用指令中的短地址访问大量的主存空间；另外可将主存单元作为程序的地址指针，用以指示操作数在主存中的位置。当操作数的地址需要改变时，不必修改指令，只需修改存放有效地址的那个主存单元的内容即可。但是，间接寻址在取指之后至少需要两次访问主存才能取出操作数，降低了取操作数的速度。 <4>寻址方式-寄存器寻址 寄存器寻址指令的地址码部分给出了某一个通用寄存器的编号R ，这个指定的寄存器中存放着操作数。 寄存器寻址的特点：一是从寄存器中存取数据比从主存中存取数据要快得多；二是由于寄存器的数量较少，其地址码字段比主存单元地址字段短得多。因此这种方式可以缩短指令长度，提高指令的执行速度，几乎所有的计算机都使用了寄存器寻址方式。
计算机基础知识参考试题及答案解析-B 一、单选题 1．1946年诞生的世界上公认的第一台电子计算机是（）。 A）UNIVAC－IB）EDVACC）ENIACD）IBM650 【答案】C） 【解析】1946年2月15日，人类历史上公认的第一台现代电子计算机在美国宾夕法尼亚大学诞生，名称为ENIAC。 2．第一台计算机在研制过程中采用了哪位科学家的两点改进意见（）。 A）莫克利B）冯?诺依曼C）摩尔D）戈尔斯坦 【答案】B） 【解析】众所周知，冯?诺依曼在发明电子计算机中起到关键性作用，他被西方人誉为“计算机之父”，其两点改进意见：一是采用二进制运算；二是将指令和数据存储，由程序控制计算机自动运行。 3．第二代电子计算机所采用的电子元件是（）。 A）继电器B）晶体管C）电子管D）集成电路 【答案】B） 【解析】第二代（1958～1964年）是晶体管时代。IBM7000系列是影响最大的第二代计算机的代表。4．硬盘属于（）。 A）内部存储器B）外部存储器 C）只读存储器D）输出设备 【答案】B） 【解析】PC常用的外存是软磁盘（简称软盘）和硬磁盘（简称硬盘），此外光盘的使用也越来越普及。5．显示器的什么指标越高，显示的图像越清晰？（）。 A）对比度B）亮度C）对比度和亮度D）分辨率 【答案】D） 【解析】分辨率指显示器所能表示的像素个数，像素越密，分辨率越高，图像越清晰． 6．下列的英文缩写和中文名字的对照中，正确的一个是（）。 A）URL——用户报表清单B）CAD——计算机辅助设计 C）USB——不间断电源D）RAM——只读存储器 【答案】B） 【解析】URL——统一资源定位符，UPS——不间断电源，ROM——只读存储器。 7．下列关于ROM的叙述中，错误的是（）。 A）ROM中的信息只能被CPU读取 B）ROM主要用来存放计算机系统的程序和数据 C）不能随时对ROM改写 D）ROM一旦断电信息就会丢失 【答案】D） 【解析】ROM为只读存储器，只能读出不能写入。而RAM是随机存储器，其所存内容一旦断电就会丢失。8．下列正确的叙述是（）。 A）十进制数可用10个数码，分别是1～10
类MIPS单周期微处理器设计 实验报告 专业： 班级： 学号： 姓名：
一、微处理器各模块设计 各模块的框图结构如上图所示。由图可知，该处理器包含指令存储器、数据存储器、寄存器组、ALU单元、符号数扩张、控制器、ALU控制译码以及多路复用器等。图中还忽略了一个单元：时钟信号产生器，而且以上各个部件必须在时钟信号的控制下协调工作。 1.指令存储器的设计 指令寄存器为ROM类型的存储器，为单一输出指令的存储器。因此其对外的接口为clk、存储器地址输入信号（指令指针）以及数据输出信号（指令）。 （1）在IP wizard 中配置ROM，分配128个字的存储空间，字长为32位宽。 （2）选择输入具有地址寄存功能，只有当时钟上升沿有效时，才进行数据的输出。 （3）配置ROM内存空间的初始化COE文件。最后单击Generate按钮生成IROM模块。
2.数据存储器的设计 数据存储器为RAM类型的存储器，并且需要独立的读写控制信号。因此其对外的接口输入信号为clk、we、datain、addr；输出信号为dataout。 数据存储器基本建立过程同ROM的建立。 3.寄存器组设计 寄存器组是指令操作的主要对象，MIPS中一共有32个32位寄存器。在指令的操作过程中需要区分Rs、Rt、Rd的地址和数据，并且Rd的数据只有在寄存器写信号有效时才能写入，因此该模块的输入为clk、RegWriteAddr、RegWriteData、RegWriteEn、RsAddr、RtAddr、reset；输出信号为RsData、RtData。 由于$0一直输出0，因此当RsAddr、RtAddr为0时，RsData以及RtData 必须输出0，否则输出相应地址寄存器的值。另外，当RegWriteEn有效时，数据应该写入RegWriteAddr寄存器。并且每次复位时所有寄存器都清零。 代码如下： module regFile( input clk, input reset, input [31:0] regWriteData, input [4:0] regWriteAddr, input regWriteEn, output [31:0] RsData, output [31:0] RtData, input [4:0] RsAddr, input [4:0] RtAddr
第6章作业 一、不定向选择题 1．CPU响应INTR引脚上来的中断请求的条件之一是 B 。 A）IF=0 B）IF=1 C）TF=0 D）TF=1 2．断点中断的中断类型码是 C 。 A）1 B）2 C）3 D）4 3．8086CPU在执行IN AL，DX指令时，DX寄存器的内容输出到 A 上。 A）地址总线B）数据总线C)存储器D)寄存器 4．外部设备的端口包括ABC 。 A）数据端口B）状态端口C）控制端口D）写保护口 5．CPU在数据线上传输的信息可能是ABC 。 A）数据B）状态C）命令D）模拟量 6．3片8259A级联起来，可管理 C 级中断。 A）24 B）23 C）22 D）20 E）16 F）15 7．若8259A工作在优先级自动循环方式，则IRQ4的中断请求被响应并且服务完毕后，优 先权最高的中断源是 B 。 A）IRQ3 B)IRQ5 C)IRQ0 D)IRQ4 8．PC/XT机中若对从片8259A写入的ICW2是70H，则该8259A芯片的IRQ5的中断矢量存储的地址是 D A）75H B）280H C）300H D）1D4H 9．当向8259A写入的操作命令字OCW2为01100100时，将结束 E 的中断服务。 A）IRQ0 B）IRQ1 C）IRQ2 D）IRQ3 E）IRQ4 F）IRQ5 G）IRQ6 H）IRQ7 10．在PC机工作过程中，8259A所管理的中断源优先级将发生变化的工作方式有CD 。A）全嵌套工作方式B）特殊全嵌套方式 C）优先级自动循环方式D）优先级特殊循环方式 11．写入8259A的ICW1为13H，则该8259A芯片的工作方式是ADE 。 A）上升沿触发中断请求B）仅高电平请求中断C）多片主从方式D）单片方式 E）初始化写入ICW4 F）初始化不写入ICW4 12．写入8259A的ICW4为09H，则该8259A芯片的工作方式是ACD 。 A）全嵌套B）采用8086CPU C）多片主从方式 D）缓冲方式E）自动结束中断F）优先级自动循环 13．写入PC/XT机8259A芯片的操作命令字OCW1是36H，则被屏蔽的中断源是BCEF 。A）IR0 B）IR1 C）IR2 D）IR3 E）IR4 F）IR5 G）IR6 H）IR7 二、填空题 1．中断矢量存放中断服务子程序的入口地址，在内存中占有 4 个存储单元，其 中低地址存储单元存放的是偏移地址，高地址存储单元存放的是段地址。2．中断返回指令将堆栈中保存的断点弹出后依次装入IP 寄存器和CS 寄存器中，将堆栈中保存的标志装入PSW 中。 3．对I/O端口的编址一般有统一编址方式和独立编址方式。 IO/引脚为高、高电平。4．当CPU执行IN AL，DX指令时，WR和M
实验报告 实验名称：计算机组装与维护 实验一了解微型机基本硬件系统 实验目的 1．了解微型机系统的硬件组成 2．培养对微型机硬件各组成部件的识别能力 3．为实验二（计算机硬件的组装）奠定基础 实验内容 开机观察机箱内的计算机硬件配置 实验步骤 了解认识、CPU、系统主板、内存、软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器与光盘、显示卡与显示器、键盘与鼠标器、机箱与电源、其他外设介绍和连接方式。 实验报告： 一台小小的计算机，不但可以在日常生活中帮助人们，还可发展成让世界都注目的机器。那么一台厉害的机器，却只是主要由CPU、系统主板、内存、软盘
驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器与光盘、显示卡与显示器、键盘与鼠标器、机箱与电源组成。这是一件多么令人惊叹不已的事啊！ 微型机基本硬件系统虽然都只是有很小的体积，可是，它却拥有着无穷的可能性。那么一个小的软件却是几百万甚至是几千万的微型小电脑组成，就只是这一点就足以让我感到无比的神奇。我不由得的发出感叹：科学真是厉害，拥有着超高的技术含量。 一个小小的CPU内部的一切都是高科技的技术组成，他是中央处理器，同时它又是很小体积的看似一块铁板，既不起眼又在电脑内部像似要隐藏起来一般的，但是无可否认，CPU是组成主机的一个非常重要的一部分。再例如显示卡，人人都知道这是一张长长的铁片，但是我们也更清楚它是由无数多的微型电脑组成的，没有了那么一张“铁片”，尽管你的主机是多么的优秀，系统是多么的完美，它们都无法呈现在我们的眼前，还有…… 总之，微型机基本硬件的世界是无穷广大的，它也是一个奥妙无穷的神奇海洋，只能让人深迷其中。 实验二计算机系统的硬件组装 实验目的 1．了解微型机硬件配置、组装一般流程和注意事项。 2．学会自己动手配置、组装一台微型机。 实验内容 1．了解微型机硬件配置、组装一般流程和注意事项 2．自己动手配置、组装一台微型机 实验准备 1．磁性的平口、十字螺丝刀各一把 2．尖嘴钳子一个 3．困扎电缆线用的困扎线 4．组成微型机的各部件及设备 实验步骤 1、安装主机：主板、电源、CPU、内存条、显卡、声卡、网卡 2、外围设备：显示器、键盘、鼠标、网线 3、检查各部件是否正确安装。 4、接通电源。 实验报告： 经过一轮对主机的认识后，就要马上组装电脑了。对于电脑并不是太熟悉的我来说可是一番的困难。但是我又有一种期待的感觉，真想要试一下组装，心中满怀着兴奋。以下是一些零件的图片： 首先是拆开电脑主机，这么一个看似简单的动作却花费了我一段很长的时间，终于打开了。一眼看到的是很多不同的部件，让人眼花缭乱，心想：“那么