实训一：运算器组成实验

目的要求：

1. 掌握FA全加器的工作原理
2. 掌握行波进位的补码加法/减法器的工作原理
3. 了解ALU运算器的工作原理

1. 掌握FA全加器的工作原理：

实验步骤：创建一个叫做FA的电路，然后开始绘制。

放一个或门，方向朝上。放置一个与门，方向朝上，继续增加一个同样的与门，两个与门都与或门连接。添加一个异或门，方向朝上，继续增加一个同样的异或门，然后和与门进行连接。添加输出CI+1和SI，添加输入Ci、Ai和Bi。如下图所示：

测试数据：

当Ai=0、Bi=0、Ci=1时，Si=1、Ci+1=0；

当Ai=0、Bi=1、Ci=1时，Si=0、Ci+1=1；

当Ai=1、Bi=0、Ci=1时，Si=0、Ci+1=1；

当Ai=0、Bi=1，Ci=1时，Si=0、Ci+1=1；

2、掌握行波进位的补码加法/减法器的工作原理

实训步骤：创建一个8位行波进位补码加减器

引入8个封装后的FA全加器，再添加8个输出从S0到S7，连接在一起。添加一个溢出输出和异或门，连接。添加16个输入从A0到A7和从B0到B7，A0-A7与FA全加器连接。添加8个异或门与FA全加器连接。将输入B0-B7与8个异或门连接。添加一个输入M，M连接与B7连接的异或门同时连接与S0连接的FA全加器。如下图：

 

测试数据：

A=+0110101  B=-0101011   求A+B和A-B的值

A补=00110101   B原=10101011 B补=11010101  -B补=00101011

A补+B补=100001010  A+B=00001010

A-B=01100000

行波进位补码加减发器正确。

结论：在本次实验中我掌握了FA全加器的工作原理，Ai和Bi是两个要想加的数，Ci是前一位的进位，Si是和，Ci+1是进位输出。

同时掌握的了行波进位补码加减法的工作原理，通过码来加减法。法规则：先判符号位，若相同，绝对值相加，结果符号不变；若不同，则作减法，结果符号与大相同。

减法规则：两个原码Q表示的数相减，首先将减数符号取反，然后将被减数与符号取反后的减数，按原码加法进行运算。

本次实验使我收获颇丰。

实训二：存储器实验

目的要求：

1.掌握存储器RAM的组成和工作原理

2.了解存储器RAM的读/写工作原理

 

1. 掌握存储器RAM的组成和工作原理

存储器RAM由存储阵列、地址译码器和读/写控制电路（I/O电路）三部分组成

1. 了解存储器RAM的读/写工作原理

实验步骤：创建一个叫存储器的电路

添加一个交存储器RAM的随机存储器。添加一个拨码开关，将开关数目改为8。添加一个分线器，将分线端口数和位宽改为8，与随机存储器的地址相连。将开关与分线器连接。添加输入和输出，将位宽改为8位，添加两个三态门，输入和输出通过三态门与随机存储器的D相连。添加读写信号输入，连接随机存储器ld和两个三态门。添加一个时钟与随机存储器连接。如图：

测试数据：

写入：

选择第一个地址，在输入中选择00000010写入，点击时钟开始写入02。

选择第三个地址，在输入中选择00000011写入，点击时钟开始写入03。

选择第五个地址，在输入中选择00001011写入，点击时钟开始写入0b

读出：

选择第一个地址，输出00000010

选择第三个地址，输出00000011

选择第五个地址，输出00001011

结论：在本次实验中我掌握了存储器RAM由存储阵列、地址译码器和读/写控制电路（I/O电路）三部分组成。通过模拟软件构建了存储器的存储阵列、读/读写控制电路，输入和输出，更加深刻的明白了存储器RAM的组成以及它具体的工作原理。 

实训三：微程序控制实验

目的要求：

1. 了解微程序控制器的结构
2. 掌握微程序控制器的工作原理

了解微程序控制器的结构

原理：给出一个指令，放到指令寄存器里，根据指令的操作码字段开始分析这条指令，产生地址转移逻辑，给微地址寄存器，到地址存储器里取出对应的微程序的第一条微指令，然后开始执行，同时判断该指令P字段是无效的（为0），那么上一条指令由为地址寄存器直接给出。对微指令进行分解成控制字段和P字段。

2、掌握微程序控制器的工作原理

实验步骤：创建一个微程序控制器电路

添加一个只读存储器（ROM）。添加一个微地址寄存器连接只读存储器。

将控制存储器数据位宽改为16，微地址寄存器数据位宽改为4。添加加法器，数据位宽改为4，与寄存器连接。添加一个常量，数据位宽改为4每次加1，与加法器连接。添加多路选择器，数据位宽改为4，与加法器和寄存器连接。添加一个叫微地址的隧道，数据位宽改为4，与多路选择器连接。添加一个交P0的隧道，与多路选择器连接。添加一个输入，与微地址寄存器连接。添加一个分线器，位宽和分线端口数改为16，与控制存储器连接。添加一个分线器和隧道，隧道通过分线器与上一个分线器连接。添加两个隧道P0和P1，与分线器连接。添加一个10位宽、10数据地址的分线器和一个10位宽的隧道，隧道通过分线器与16位宽的分线器连接。添加十个输入，一个10位宽分线器，一个隧道，连接作为输入端口。

数据测试：

在控制存储器中输入b37c、5c2a、1234、d834、87a0、ffee、ac38、0d29。

选择第一条指令，微地址数字显示器显示为C，点击输入后微地址数字显示器显示为0，从第十二条指令自动向后面继续，此时指令为0。继续点击输入，因P0无效继续后移。

将第14条微指令改为0072，点击输入，此时P0二极管为亮，跳转到第二条微指令1234，继续输入会跳转到第四条微指令处87a0，继续会跳转到b37c微指令。

此微程序控制电路正确。

结论：通过本次实验我掌握了微程序控制器的原理，同时也掌握了微程序的编制、写入、观察微程序的运行，学习了指令的执行流程，我觉得这次实验的原理比较容易理解，实施起来也不难，但是在实验过程中，因为线路太多太密，出现了接错线的情况，重新检查了好几遍才发现，所有做实验需要持之以恒的恒心、信心与耐心。不知道是因为接线的问题还是仪器的问题一度不能成功，录入了数据还是跳转不到要去的地方。我们小组以为是输入数据时出错，重新输了好多遍，但是都还是一样的结果。在老师的指导下终于得到了正确的结果。顺利的完成了实验。这次实验使我懂得要认真弄清楚每一步实验的原理和所需要的知识点，这样才可以有速度完成实验，同时也知道做实验需要持之以恒的恒心、信心与耐心。

实训四：模型机综合实验

目的要求：

1. 掌握CPU的组成和工作原理
2. 了解控制器如何控制执行部件工作的

掌握CPU的组成和工作原理

实验步骤：创建一个模型机电路

添加实验三的微程序控制器，添加RAM存储器。添加一个叫AR的地址寄存器，添加一个叫DR的数据寄存器，与RAM存储器连接。添加一个交PC的寄存器，一个加法器，相互连接。添加一个常量，位宽改为8，只加1，与加法器连接，加1后要把值传递给PC寄存器本身。添加一个交PC+1的隧道，与PC寄存器连接。复制PC+1寄存器，与微程序寄存器连接。添加两个交PC->AR和LDAR的隧道，与AR寄存器连接。添加一个叫读出的隧道与RAM存储器连接。复制读出隧道与微程序控制器连接。添加叫LDDR的隧道，与DR寄存器连接。复制LDAR寄存器和LDDR寄存器，与微程序控制器连接。添加三个寄存器R1、R2和R3，与存储器连接。添加三个叫LDAR1-LDAR3的隧道与R1-R3连接。添加叫R1->X和R2->Y的隧道，与X和Y连接。添加加法器和X、Y连接，添加叫SUM的隧道，于加法器连接。

复制LDAR1-LDAR3，与微程序控制器连接，复制R1->X和R2->Y,与微程序控制器连接。添加一个叫+的隧道与微程序控制器连接。添加一个按钮，与微程序控制器连接。添加隧道X、Y、SUM的显示灯牌。

数据测试：

在存储器中输入01、03、04、05、4a、b3、60、8c、30、5f、6b、42、79、4b、ae、ff。

点击按钮：①AR=01，DR=05，R1=03，X=03，Y=00，SUM=03，R1->X亮起，LDAR亮起。X+Y=03=SUM

②AR=07，DR=8c，R1=03，R3=8c，X=03，Y=00，SUM=03，X+Y=03=SUM

③AR=09，DR=5f，R1=8c，R3=5f，X=8c，Y=00，SUM=8C，X+Y=8c=SUM。

数据测试正确，模型机综合实验成功。

结论：本次实验是基于前几次实验的总和，在实验中加深了我对计算机CPU内部的理解，提高我的综合运用所学知识解决问题的能力。这次实验使我懂得了理论与实际相结合是非常重要的，只有理论知识远远不够，通过实验才能反映出自己在理论知识中有哪方面的不足和理解不透彻的地方。

实训总结

实训内容：

在实验一中，首先掌握了FA全加器的工作原理，在Logisim软件中组成了FA全加器的各个结构。然后掌握了行波进位补码加减法器的工作原理，利用组成的FA全加器，进一步在Logisim软件中，将行波进位加减法器的具体结构一步步的组成。最后通过实验数据对行波进位加减法器进行测试，看是否成功。

在实验二中，掌握了存储器RAM的组成和工作原理，在Logisim软件中掌握了存储器RAM的具体结构和功能。了解存储器RAM的读/写工作原理，然后再Logisimrau那就中组成存储器RAM的读/写功能的结构。最后输入数据测试组成的存储器是否正确。

在实验三中，了解了微程序控制器的结构和原理，掌握了微程序控制器的工作原理，通过Logisim软件组成微程序控制电路，进一步掌握微程序控制器的内部结构和原理。最后在控制存储器中输入一些微指令对电路进行测试。

在实验四中，掌握了CPU的组成和工作原理。在logisim软件中，利用前三次实验掌握的知识一步步的组成模拟机电路，掌握了CUP内部结构和相应功能。最后在存储器中输入数据，对模拟机电路进行测试。

心得体会：

通过实验加固的我对理论知识的理解和掌握，从深层次了解了运算器、存储器、微程序、CPU的内部逻辑和概念，加强了我的动手实践能力。通过模拟机实验中一步步组成一个简单的模拟机，要求对它的每个功能都很熟悉才能完成整体的功能，对线路的连接和设备的放置位置，甚至一个数字的填错都会影响整个电路，在实验中必须时刻保持细心。

 思考建议：

理论和实践的结合是非常重要的，实验可以加深对理论的理解，在实验中将所学的理论知识与事件相结合起来，从理论中得出结论和成功，提高了自己的实际动手能力和思考能力。有时在shiay那种会出现总是实现不了的情况，这就要求我们时刻保持细心，仔细排查。在过程中发现自己的不足之处，对以前所学过的知识理解不够透彻，掌握不够牢固，发现问题就能使我们进步。