使用開(kāi)源的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

循序漸進(jìn)，注重思維引導(dǎo)，鼓勵(lì)獨(dú)立思考

突出培養(yǎng)動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力

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(xiàn)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(xiàn)系統(tǒng)”主要介紹總線(xiàn)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。

編 者

2016年3月

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(xiàn)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(fǎng)問(wèn)及交叉訪(fǎng)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(xiàn)系統(tǒng) 96
15.1 總線(xiàn)概述 96
15.1.1 總線(xiàn)的基本概念 96
15.1.2 總線(xiàn)的分類(lèi) 96
15.1.3 總線(xiàn)的性能指標(biāo) 97
15.2 總線(xiàn)互聯(lián)結(jié)構(gòu) 97
15.2.1 單總線(xiàn)結(jié)構(gòu) 97
15.2.2 多總線(xiàn)結(jié)構(gòu) 97
15.3 總線(xiàn)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

1. 庭院風(fēng)骨—樹(shù)、灌、籬 [創(chuàng)意房主 著]
2. Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教程 [郭其標(biāo) 房宜汕]
3. 微積分（經(jīng)管類(lèi)）教程篇（下冊(cè)） [曹海軍 王海棠 周玲麗]
4. 微積分（經(jīng)管類(lèi)）教程篇（上冊(cè)） [曹海軍 王海棠 周玲麗]
5. 微積分（經(jīng)管類(lèi)）導(dǎo)學(xué)篇（上冊(cè)） [王海棠 曹海軍 周玲麗]
6. 網(wǎng)站前端技術(shù)案例教程（HTML+CSS+JavaScript）（第二版） [黃華升]
7. 線(xiàn)性代數(shù) [主編 史昱 陳鳳欣]
8. 電力電子技術(shù)課程學(xué)習(xí)及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) [主編 陳榮]
9. 成長(zhǎng)對(duì)話(huà)：青春的榜樣 [主編　施端銀　黃武剛　應(yīng)巨林]
10. 人工智能應(yīng)用基礎(chǔ) [主編 楊纓 李佳]
11. 中華水文化（慕課版）（第二版） [畢雪燕 楊華軻 羅玲誼 等編著]
12. 電路與電子技術(shù)Ⅱ——電路分析基礎(chǔ) [主編 陳曉 金哲]
13. 飛機(jī)維修專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)——飛機(jī)系統(tǒng)（第二版） [趙迎春]
14. 英語(yǔ)大爆炸：跟趣味情景劇學(xué)口語(yǔ)（微課版） [秦然　編著]
15. 機(jī)械工程制圖任務(wù)跟蹤訓(xùn)練 [主編 王瑞清 趙金考 周彥云 ]
16. 機(jī)械工程制圖 [主編 覃國(guó)萍 劉百順 禹晨]
17. 平面設(shè)計(jì)與制作項(xiàng)目化教程 [主編　李晨]
18. 后期影像剪輯技術(shù) [主編　郭建偉]
19. 人工智能概論（第二版） [主編　任云暉　丁紅　徐迎春 ]
20. 信息時(shí)代美育之道 [主編　劉宏宇　黎婭]
21. 數(shù)字媒體交互設(shè)計(jì)項(xiàng)目式教程（微課版） [主編　蘇陸]
22. 動(dòng)畫(huà)運(yùn)動(dòng)規(guī)律項(xiàng)目實(shí)例解析（微課版） [孫珊珊　袁維坤]
23. 自然語(yǔ)言處理 [主編　馮建周]
24. 新媒體內(nèi)容創(chuàng)作實(shí)務(wù)（微課版） [主編　覃思源]
25. 人工智能基礎(chǔ) [主編 余平 張春陽(yáng)]
26. 人工智能導(dǎo)論 [主編 王飛 潘立武]
27. Amazing！兒童英語(yǔ)自然拼讀分級(jí)教材（全8冊(cè)） [王玲　編著]
28. Spark大數(shù)據(jù)處理技術(shù) [主編　劉仁山　周洪翠　莊新妍]
29. 毫無(wú)PS痕跡—你的第一本Photoshop書(shū)（第二版） [趙鵬 著]
30. 電視新聞制作（活頁(yè)式） [主編 王曉翠 劉傳琳]