前 言

計算機組成原理是高等院校計算機相關(guān)專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，講授計算機系統(tǒng)的組成和工作原理。本書作為計算機組成原理課程的實驗指導教程，旨在通過循序漸進的實驗過程，幫助學生深入理解課堂講授內(nèi)容，培養(yǎng)學生的動手能力、設(shè)計能力和獨立思考能力。

本教程是針對多思計算機組成原理網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗系統(tǒng)編寫的。該系統(tǒng)由本書主編設(shè)計開發(fā)，支持電路設(shè)計，采用GPL開源許可協(xié)議，能夠以B/S模式運行，也可單機運行。使用該系統(tǒng)，不需要任何實驗箱，只要1臺計算機就可以隨時隨地做實驗。

本教程遵從循序漸進的原則，首先進行計算機單個部件或多部件的組合實驗，掌握各大部件的工作原理，然后進行簡單模型機整機實驗，使學生對計算機的組成和運行原理有一個全面的了解，最后的模型機課程設(shè)計屬于綜合性、設(shè)計性實驗，主要培養(yǎng)學生解決問題的能力。本教程注重思維的啟發(fā)與引導，實驗中的提問和設(shè)計性元素較多，每個實驗后面都有思考分析題。

為使理論與實踐緊密結(jié)合，方便學生學習相關(guān)理論知識，本教程的第二部分對相關(guān)概念和知識點進行了詳細介紹，以指導學生在實驗之前進行溫習，在實驗中查閱解惑，在實驗后總結(jié)和復習。

本書內(nèi)容分為兩大部分。第一部分為“實驗與課程設(shè)計”，共11章。第1章為實驗平臺介紹，說明了系統(tǒng)的安裝和使用方法；第2～10章分別為全加器、運算器、存儲器、總線與微命令、累加器、程序計數(shù)器、微程序控制器、簡單模型機、微程序設(shè)計九個實驗的實驗指導，每個實驗都包括實驗目的、實驗要求、實驗電路、實驗原理、實驗內(nèi)容與步驟、思考與分析等內(nèi)容；第11章為模型機課程設(shè)計，使用實驗系統(tǒng)提供的各個組件，根據(jù)給定的指令集，搭建一臺模型機，設(shè)計其微指令系統(tǒng)，編寫程序并運行。第二部分為“相關(guān)知識點”，共6章。第12章“計算機系統(tǒng)概述”主要介紹計算機硬件組成和計算機的工作過程；第13章“運算方法和運算器”主要介紹加法器和算術(shù)邏輯運算單元的原理；第14章“存儲器系統(tǒng)”主要介紹存儲器的組成和讀寫原理等；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。

本書由張雯雰主編，負責全書的編排、統(tǒng)稿和定稿工作，朱衛(wèi)平和肖娟任副主編。主要編寫人員分工如下：張雯雰編寫了第1～11、15、17章以及附錄，朱衛(wèi)平和肖娟編寫了第16章，陸武魁編寫了第14章，劉華艷編寫了第13章，廖雋婷編寫了第12章。

由于時間倉促和編者水平有限，書中不足之處敬請讀者批評指正。

目 錄
前言
第一部分 實驗與課程設(shè)計

第1章 實驗平臺介紹 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 電路運行 5
1.5 使用工具 5
1.6 實驗指導 7
1.7 幫助 7
第2章 全加器實驗 8
2.1 實驗目的 8
2.2 實驗要求 8
2.3 實驗電路 8
2.4 實驗原理 9
2.5 實驗內(nèi)容與步驟 9
2.6 思考與分析 10
第3章 運算器實驗 11
3.1 實驗目的 11
3.2 實驗要求 11
3.3 實驗電路 11
3.4 實驗原理 12
3.5 實驗內(nèi)容與步驟 13
3.6 思考與分析 15
第4章 存儲器實驗 16
4.1 實驗目的 16
4.2 實驗要求 16
4.3 實驗電路 16
4.4 實驗原理 17
4.5 實驗內(nèi)容與步驟 18
4.6 思考與分析 19
第5章 總線與微命令實驗 20
5.1 實驗目的 20
5.2 實驗要求 20
5.3 實驗電路 20
5.4 實驗原理 22
5.5 實驗內(nèi)容與步驟 22
5.6 思考與分析 25
第6章 累加器實驗 26
6.1 實驗目的 26
6.2 實驗要求 26
6.3 實驗電路 26
6.4 實驗原理 27
6.5 實驗內(nèi)容與步驟 28
6.6 思考與分析 30
第7章 程序計數(shù)器實驗 31
7.1 實驗目的 31
7.2 實驗要求 31
7.3 實驗電路 31
7.4 實驗原理 32
7.5 實驗內(nèi)容與步驟 33
7.6 思考與分析 36
第8章 微程序控制器實驗 37
8.1 實驗目的 37
8.2 實驗要求 37
8.3 實驗電路 37
8.4 實驗原理 38
8.5 實驗內(nèi)容與步驟 41
8.6 思考與分析 42
第9章 簡單模型機實驗 43
9.1 實驗目的 43
9.2 實驗要求 43
9.3 實驗電路 43
9.4 實驗原理 44
9.5 實驗內(nèi)容與步驟 46
9.6 思考與分析 49
第10章 微程序設(shè)計實驗 50
10.1 實驗目的 50
10.2 實驗要求 50
10.3 實驗電路 50
10.4 實驗原理 51
10.5 實驗內(nèi)容與步驟 51
10.6 思考與分析 53
第11章 模型機課程設(shè)計 54
11.1 實驗目的 54
11.2 實驗要求 54
11.3 實驗任務 54
11.4 設(shè)計思路與難點分析 55
11.5 實驗內(nèi)容與步驟 55

第二部分 相關(guān)知識點

第12章 計算機系統(tǒng)概述 62
12.1 計算機系統(tǒng)的基本組成 62
12.2 計算機的硬件 63
12.3 計算機的工作過程 64
第13章 運算方法和運算器 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)邏輯運算單元 72
第14章 存儲器系統(tǒng) 77
14.1 存儲器概述 77
14.1.1 存儲器分類 77
14.1.2 存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu) 78
14.2 SRAM存儲器 79
14.2.1 SRAM基本結(jié)構(gòu)及其存儲系統(tǒng)的
工作原理 79
14.2.2 靜態(tài)半導體存儲系統(tǒng)舉例 81
14.3 DRAM存儲器 83
14.3.1 DRAM基本結(jié)構(gòu)和工作原理 83
14.3.2 動態(tài)RAM存儲器芯片舉例 83
14.4 只讀存儲器 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 存儲器擴展及其舉例 91
14.5.1 位擴展 91
14.5.2 字擴展 91
14.5.3 位、字同時擴展 92
14.6 并行訪問及交叉訪問存儲器 93
14.6.1 雙端口RAM 93
14.6.2 多體交叉存儲器 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 96
15.1.3 總線的性能指標 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程 113
16.5 微程序設(shè)計技術(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 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 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 實驗系統(tǒng)源程序簡介 140
參考文獻 146

1. 信息技術(shù)基礎(chǔ)（麒麟操作系統(tǒng)+WPS Office） [主編　芮雪　蔣莉　王亮亮]
2. Office高級應用項目式教程（第2版） [主編 李觀金 張倩文 黎夏克 ]
3. 巧用翻譯學英語：英漢互譯500例 [王學文 著]
4. 高等教育多維評價體系構(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)習題與考點特訓（第二版） [主編 薛大龍]
6. 計算機操作系統(tǒng)實踐指導（openEuler版） [主編 秦光 曾陳萍 岳付強]
7. 信息系統(tǒng)管理工程師真題及模考卷精析（適用機考） [主 編 薛大龍 程 剛 上官緒]
8. 航海類院校體育教育教學研究 [張利超 李寧 著]
9. 新時代背景下我國職業(yè)教育產(chǎn)教融合長效機制建設(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)山水畫論解讀與實踐 [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. 倉儲管理實務（第二版） [周寧武 編著]
19. 基于AE與C#的地理信息系統(tǒng)二次開發(fā) [李小根 賈艷昌 喬翠平 姜彤 ]
20. 2023年長沙市文化和旅游業(yè)發(fā)展報告 [主編 陳莉]
21. 舞臺化妝造型設(shè)計 [主編 劉思彤 張 濤 張憶雨]
22. 產(chǎn)教融合視角高校體育專業(yè)實踐教學體系構(gòu)建研究 [楊柳青 葉華兵 著]
23. 知識圖譜及應用案例 [張善文 黃文準 于長青 陳明淑]
24. Python程序設(shè)計案例教程（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手冊 [主　編　林贊歌 副主編　杜志南]
26. 材料力學 [章寶華 趙新勝 徐斌]
27. 系統(tǒng)集成項目管理工程師考試32小時通關(guān)（第3版） [主編　薛大龍 副主編　上官緒陽]
28. 軟考論文高分特訓與范文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行 [王戰(zhàn)領(lǐng) 王叢發(fā) 范瑜彬 著]
30. 大學生心理健康教育 [方雄 著]