計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)教程

前 言

計(jì)算機(jī)組成原理是高等院校計(jì)算機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，講授計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成和工作原理。本書(shū)作為計(jì)算機(jī)組成原理課程的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教程，旨在通過(guò)循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，幫助學(xué)生深入理解課堂講授內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)能力和獨(dú)立思考能力。

本教程是針對(duì)多思計(jì)算機(jī)組成原理網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)編寫(xiě)的。該系統(tǒng)由本書(shū)主編設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，支持電路設(shè)計(jì)，采用GPL開(kāi)源許可協(xié)議，能夠以B/S模式運(yùn)行，也可單機(jī)運(yùn)行。使用該系統(tǒng)，不需要任何實(shí)驗(yàn)箱，只要1臺(tái)計(jì)算機(jī)就可以隨時(shí)隨地做實(shí)驗(yàn)。

本教程遵從循序漸進(jìn)的原則，首先進(jìn)行計(jì)算機(jī)單個(gè)部件或多部件的組合實(shí)驗(yàn)，掌握各大部件的工作原理，然后進(jìn)行簡(jiǎn)單模型機(jī)整機(jī)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的組成和運(yùn)行原理有一個(gè)全面的了解，最后的模型機(jī)課程設(shè)計(jì)屬于綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，主要培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。本教程注重思維的啟發(fā)與引導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)中的提問(wèn)和設(shè)計(jì)性元素較多，每個(gè)實(shí)驗(yàn)后面都有思考分析題。

為使理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，方便學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)，本教程的第二部分對(duì)相關(guān)概念和知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，以指導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之前進(jìn)行溫習(xí)，在實(shí)驗(yàn)中查閱解惑，在實(shí)驗(yàn)后總結(jié)和復(fù)習(xí)。

本書(shū)內(nèi)容分為兩大部分。第一部分為“實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)”，共11章。第1章為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹，說(shuō)明了系統(tǒng)的安裝和使用方法；第2～10章分別為全加器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、總線與微命令、累加器、程序計(jì)數(shù)器、微程序控制器、簡(jiǎn)單模型機(jī)、微程序設(shè)計(jì)九個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹��?shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟、思考與分析等內(nèi)容；第11章為模型機(jī)課程設(shè)計(jì)，使用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供的各個(gè)組件，根據(jù)給定的指令集，搭建一臺(tái)模型機(jī)，設(shè)計(jì)其微指令系統(tǒng)，編寫(xiě)程序并運(yùn)行。第二部分為“相關(guān)知識(shí)點(diǎn)”，共6章。第12章“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述”主要介紹計(jì)算機(jī)硬件組成和計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程；第13章“運(yùn)算方法和運(yùn)算器”主要介紹加法器和算術(shù)邏輯運(yùn)算單元的原理；第14章“存儲(chǔ)器系統(tǒng)”主要介紹存儲(chǔ)器的組成和讀寫(xiě)原理等；第15章“總線系統(tǒng)”主要介紹總線結(jié)構(gòu)和仲裁；第16章“中央處理器”主要介紹CPU的結(jié)構(gòu)、指令周期、數(shù)據(jù)通路、微程序控制器的組成以及微程序設(shè)計(jì)技術(shù)；第17章“指令系統(tǒng)”主要介紹指令格式、尋址方式等。

本書(shū)由張?chǎng)╇冎骶帲��?fù)責(zé)全書(shū)的編排、統(tǒng)稿和定稿工作，朱衛(wèi)平和肖娟任副主編。主要編寫(xiě)人員分工如下：張?chǎng)╇兙帉?xiě)了第1～11、15、17章以及附錄，朱衛(wèi)平和肖娟編寫(xiě)了第16章，陸武魁編寫(xiě)了第14章，劉華艷編寫(xiě)了第13章，廖雋婷編寫(xiě)了第12章。

由于時(shí)間倉(cāng)促和編者水平有限，書(shū)中不足之處敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

目 錄
前言
第一部分 實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)

第1章 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹 2
1.1 系統(tǒng)安裝 2
1.2 電路繪制 3
1.3 文件操作 4
1.4 電路運(yùn)行 5
1.5 使用工具 5
1.6 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 7
1.7 幫助 7
第2章 全加器實(shí)驗(yàn) 8
2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?8
2.2 實(shí)驗(yàn)要求 8
2.3 實(shí)驗(yàn)電路 8
2.4 實(shí)驗(yàn)原理 9
2.5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 9
2.6 思考與分析 10
第3章 運(yùn)算器實(shí)驗(yàn) 11
3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?11
3.2 實(shí)驗(yàn)要求 11
3.3 實(shí)驗(yàn)電路 11
3.4 實(shí)驗(yàn)原理 12
3.5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 13
3.6 思考與分析 15
第4章 存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn) 16
4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?16
4.2 實(shí)驗(yàn)要求 16
4.3 實(shí)驗(yàn)電路 16
4.4 實(shí)驗(yàn)原理 17
4.5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 18
4.6 思考與分析 19
第5章 總線與微命令實(shí)驗(yàn) 20
5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?20
5.2 實(shí)驗(yàn)要求 20
5.3 實(shí)驗(yàn)電路 20
5.4 實(shí)驗(yàn)原理 22
5.5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 22
5.6 思考與分析 25
第6章 累加器實(shí)驗(yàn) 26
6.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?26
6.2 實(shí)驗(yàn)要求 26
6.3 實(shí)驗(yàn)電路 26
6.4 實(shí)驗(yàn)原理 27
6.5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 28
6.6 思考與分析 30
第7章 程序計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn) 31
7.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?31
7.2 實(shí)驗(yàn)要求 31
7.3 實(shí)驗(yàn)電路 31
7.4 實(shí)驗(yàn)原理 32
7.5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 33
7.6 思考與分析 36
第8章 微程序控制器實(shí)驗(yàn) 37
8.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?37
8.2 實(shí)驗(yàn)要求 37
8.3 實(shí)驗(yàn)電路 37
8.4 實(shí)驗(yàn)原理 38
8.5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 41
8.6 思考與分析 42
第9章 簡(jiǎn)單模型機(jī)實(shí)驗(yàn) 43
9.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?43
9.2 實(shí)驗(yàn)要求 43
9.3 實(shí)驗(yàn)電路 43
9.4 實(shí)驗(yàn)原理 44
9.5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 46
9.6 思考與分析 49
第10章 微程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 50
10.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?50
10.2 實(shí)驗(yàn)要求 50
10.3 實(shí)驗(yàn)電路 50
10.4 實(shí)驗(yàn)原理 51
10.5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 51
10.6 思考與分析 53
第11章 模型機(jī)課程設(shè)計(jì) 54
11.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?54
11.2 實(shí)驗(yàn)要求 54
11.3 實(shí)驗(yàn)任務(wù) 54
11.4 設(shè)計(jì)思路與難點(diǎn)分析 55
11.5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 55

第二部分 相關(guān)知識(shí)點(diǎn)

第12章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述 62
12.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成 62
12.2 計(jì)算機(jī)的硬件 63
12.3 計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程 64
第13章 運(yùn)算方法和運(yùn)算器 67
13.1 全加器 67
13.2 串行加法器 68
13.3 并行加法器 69
13.4 多功能算術(shù)邏輯運(yùn)算單元 72
第14章 存儲(chǔ)器系統(tǒng) 77
14.1 存儲(chǔ)器概述 77
14.1.1 存儲(chǔ)器分類(lèi) 77
14.1.2 存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu) 78
14.2 SRAM存儲(chǔ)器 79
14.2.1 SRAM基本結(jié)構(gòu)及其存儲(chǔ)系統(tǒng)的
工作原理 79
14.2.2 靜態(tài)半導(dǎo)體存儲(chǔ)系統(tǒng)舉例 81
14.3 DRAM存儲(chǔ)器 83
14.3.1 DRAM基本結(jié)構(gòu)和工作原理 83
14.3.2 動(dòng)態(tài)RAM存儲(chǔ)器芯片舉例 83
14.4 只讀存儲(chǔ)器 87
14.4.1 掩膜ROM 87
14.4.2 可編程的ROM 88
14.4.3 可擦除可編程的EPROM 88
14.5 存儲(chǔ)器擴(kuò)展及其舉例 91
14.5.1 位擴(kuò)展 91
14.5.2 字?jǐn)U展 91
14.5.3 位、字同時(shí)擴(kuò)展 92
14.6 并行訪問(wèn)及交叉訪問(wèn)存儲(chǔ)器 93
14.6.1 雙端口RAM 93
14.6.2 多體交叉存儲(chǔ)器 93
第15章 總線系統(tǒng) 96
15.1 總線概述 96
15.1.1 總線的基本概念 96
15.1.2 總線的分類(lèi) 96
15.1.3 總線的性能指標(biāo) 97
15.2 總線互聯(lián)結(jié)構(gòu) 97
15.2.1 單總線結(jié)構(gòu) 97
15.2.2 多總線結(jié)構(gòu) 97
15.3 總線仲裁 99
15.3.1 集中式仲裁 99
15.3.2 分布式仲裁 101
第16章 中央處理器（CPU） 102
16.1 CPU的功能和基本結(jié)構(gòu) 102
16.1.1 CPU的主要功能 102
16.1.2 CPU的一般結(jié)構(gòu) 102
16.1.3 CPU中的主要寄存器 103
16.2 指令周期 105
16.2.1 CLA指令的指令周期 105
16.2.2 用方框圖語(yǔ)言表示指令周期 106
16.3 數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu) 107
16.4 微程序控制器 109
16.4.1 微命令和微操作 109
16.4.2 微指令和微程序 110
16.4.3 機(jī)器指令與微指令的關(guān)系 112
16.4.4 微程序控制器的組成原理 112
16.4.5 微程序控制器的工作過(guò)程 113
16.5 微程序設(shè)計(jì)技術(shù) 114
16.5.1 微指令的編碼方式 114
16.5.2 微指令格式 116
16.5.3 微地址的形成方式 118
第17章 指令系統(tǒng) 120
17.1 指令系統(tǒng)概述 120
17.2 指令集結(jié)構(gòu)分類(lèi) 120
17.3 指令格式 122
17.3.1 操作碼 122
17.3.2 地址碼 123
17.3.3 指令字長(zhǎng) 124
17.3.4 指令格式舉例 125
17.4 尋址方式 126
17.4.1 指令尋址 126
17.4.2 數(shù)據(jù)尋址 127
17.5 CISC與RISC技術(shù) 131
附錄A 常用數(shù)字功能器件 133
附錄B 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)源程序簡(jiǎn)介 140
參考文獻(xiàn) 146

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2. Office高級(jí)應(yīng)用項(xiàng)目式教程（第2版） [主編 李觀金 張倩文 黎夏克 ]
3. 巧用翻譯學(xué)英語(yǔ)：英漢互譯500例 [王學(xué)文 著]
4. 高等教育多維評(píng)價(jià)體系構(gòu)建與高質(zhì)量發(fā)展研究 [張妍 著]
5. 系統(tǒng)規(guī)劃與管理師章節(jié)習(xí)題與考點(diǎn)特訓(xùn)（第二版） [主編 薛大龍]
6. 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)踐指導(dǎo)（openEuler版） [主編 秦光 曾陳萍 岳付強(qiáng)]
7. 信息系統(tǒng)管理工程師真題及模考卷精析（適用機(jī)考） [主 編 薛大龍 程 剛 上官緒]
8. 航海類(lèi)院校體育教育教學(xué)研究 [張利超 李寧 著]
9. 新時(shí)代背景下我國(guó)職業(yè)教育產(chǎn)教融合長(zhǎng)效機(jī)制建設(shè)研究 [王玉賢 著]
10. 電路分析 [主編 李飛 毛先柏]
11. 信息系統(tǒng)管理工程師（適用第2版大綱）一站通關(guān) [指尖瘋　編著]
12. 傳統(tǒng)山水畫(huà)論解讀與實(shí)踐 [陳鈉 著]
13. 網(wǎng)絡(luò)工程師備考一本通（適配第6版考綱） [夏杰 編著]
14. 陳孝云的職教理想與情懷 [祝吉太 江傳瑞 張義廷 著]
15. 地方本科院校電子信息學(xué)科課程思政案例集 [王甫]
16. Excel數(shù)據(jù)處理與分析（第二版） [主編 張志明 鄒 蕾]
17. 網(wǎng)絡(luò)工程師5天修煉（適配第6版考綱） [主編　朱小平 施游]
18. 倉(cāng)儲(chǔ)管理實(shí)務(wù)（第二版） [周寧武 編著]
19. 基于AE與C#的地理信息系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā) [李小根 賈艷昌 喬翠平 姜彤 ]
20. 2023年長(zhǎng)沙市文化和旅游業(yè)發(fā)展報(bào)告 [主編 陳莉]
21. 舞臺(tái)化妝造型設(shè)計(jì) [主編 劉思彤 張 濤 張憶雨]
22. 產(chǎn)教融合視角高校體育專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建研究 [楊柳青 葉華兵 著]
23. 知識(shí)圖譜及應(yīng)用案例 [張善文 黃文準(zhǔn) 于長(zhǎng)青 陳明淑]
24. Python程序設(shè)計(jì)案例教程（微課版） [主編　石利平　田輝平　余以勝]
25. 皓月繁星：青少年兒童心理成長(zhǎng)手冊(cè) [主　編　林贊歌 副主編　杜志南]
26. 材料力學(xué) [章寶華 趙新勝 徐斌]
27. 系統(tǒng)集成項(xiàng)目管理工程師考試32小時(shí)通關(guān)（第3版） [主編　薛大龍 副主編　上官緒陽(yáng)]
28. 軟考論文高分特訓(xùn)與范文10篇——系統(tǒng)分析師（第二版） [薛大龍 鄒月平 施游]
29. 黃河海勃灣水利樞紐防凌安全運(yùn)行 [王戰(zhàn)領(lǐng) 王叢發(fā) 范瑜彬 著]
30. 大學(xué)生心理健康教育 [方雄 著]