广工计算机组成原理实验F4B

简介：
《广工计算机组成原理实验F4B》是广州工业大学为计算机科学专业的学生设计的一门实践课程，旨在通过动手操作加深学生对计算机硬件结构和工作原理的理解。该课程中的F4B代表特定的实验分组或版本，学生们将在此过程中学习到如何构建基本的计算机系统，并掌握相关的设计与调试技能。 根据给定文件的信息，我们可以提炼出以下相关的IT知识点： ### 计算机组成原理实验f4b #### 实验目的 本次实验的目的在于设计一个简单的中央处理单元（CPU）。该CPU具备基本的指令集，通过利用这些指令集，我们将编写一个简单的程序来验证其性能。为了简化模型，我们主要关注CPU、寄存器、内存以及指令集之间的关系。 #### 构成部分 一个简单的CPU至少由四个部分构成：控制单元、内部寄存器、算术逻辑单元（ALU）和指令集。这四个组成部分将是本次项目设计的主要研究对象。 ### 指令集设计 在本次实验设计的简单CPU中，采用单地址指令格式。指令字包含两个部分：操作码（Opcode），用于定义指令的功能（如加法、减法、逻辑运算等）；地址部分，在大多数指令中，地址部分包含了待操作数据所在的内存位置，称为直接寻址；在某些指令中，地址部分就是操作数本身，称为立即寻址。 #### 内存与指令字规格 为了简化模型，本计算机中的内存大小为256×16位。每个指令字有16位，其中操作码占8位，地址部分也占8位。指令字格式如图1所示： ``` OPCODE[7..0] | ADDRESS[7..0] ``` #### 图1：指令格式 #### 操作码 表1列出了相关指令的操作码。 | 操作码 | 指令功能 | |--------|------------------------------------------------------------------| | 000000 | 停止程序执行 | | 000001 | 将地址部分指向的内存中的数据加载到累加器（ACC） | | 000010 | 将累加器（ACC）中的数据存储到地址部分指向的内存位置 | | 000011 | 将地址部分指向的内存中的数据加上累加器（ACC）中的数据，并将结果存入ACC | | 000100 | 如果ACC的符号位（ACC[15]）为0，则使用指令的地址部分作为下一条指令的地址 | | 000101 | 如果ACC的符号位（ACC[15]）为1，则使用指令的地址部分作为下一条指令的地址 | 例如，指令字`0000001110111001`意味着CPU将位于内存地址`B9`处的数据加到累加器（ACC）中；而指令字`0000012546789ABC`则表示如果累加器ACC的符号位为零，则使用该指令地址部分作为下一条指令的地址，反之亦然。 ### 控制单元 控制单元负责解释指令并协调CPU各个组件的工作，确保每条指令被正确执行。它解析操作码，并向其他部件发出相应的信号以完成特定任务。 ### 内部寄存器 内部寄存器是临时存储数据或指令的小型区域。例如，累加器（ACC）用于保存中间计算结果或其他重要值。 ### 算术逻辑单元（ALU） 算术逻辑单元负责执行所有的算数和逻辑运算，如加法、减法等操作，在本次实验设计中它将处理所有涉及数据的计算任务。 ### 总结 通过这次实验，我们将学习如何构建一个具备基本功能的CPU，包括指令集的设计方法、控制单元的工作原理以及内部寄存器与ALU的作用。这些知识对于理解现代计算机系统的组成非常重要。此外，实际操作不仅加深了对理论的理解，还锻炼了动手能力，并为后续深入研究打下了基础。