本书内容分为两大部分，第一部分是实验与课程设计，包括实验平台介绍以及全加器、运算器、存储器、总线与微命令、累加器、程序计数器、微程序控制器、简单模型机、微程序设计九个实验和一个模型机课程设计。第二部分是相关知识点，对实验涉及的概念和相关知识进行了介绍，帮助读者进一步理解实验过程。本书可作为高等院校计算机及相关专业学生的实验教材或参考书，也可作为教师案例教学用书。

“计算机组成原理”是高等院校计算机相关专业的一门重要的专业基础课程，讲授计算机系统的组成和工作原理。本书作为“计算机组成原理”课程的实验教程，旨在通过循序渐进的实验过程，帮助读者深入理解课堂讲授内容，培养读者的动手能力、设计能力和解决问题的能力。

本书是针对多思计算机组成原理网络虚拟实验系统编写的。该系统由本书主编设计开发，支持电路设计，采用GPL开源许可协议，能够以B/S模式运行，也可单机运行。使用该系统，不需要任何实验箱，只要1台计算机就可以随时随地做实验。

本书遵从循序渐进的原则，先进行计算机的单个部件或多部件组合实验，掌握各大部件的工作原理； 然后进行简单模型机整机实验，使学生对计算机的组成和运行原理有一个全面了解； 最后的模型机课程设计属于综合性、设计性实验，主要培养学生解决问题的能力。本书注重思维的启发与引导，实验中的提问和设计性元素较多，每个实验后面都有思考与分析题目。

为使理论与实践紧密结合，方便读者学习相关理论知识，本书的第二部分对相关概念和知识点进行了详细介绍，以便读者在实验之前进行预习，在实验中查阅解惑，在实验后总结和复习。

本书内容分为两大部分。第一部分是实验与课程设计，共11章。第1章为实验平台介绍，说明了系统的安装和使用方法，第2~10章分别为全加器、运算器、存储器、总线与微命令、累加器、程序计数器、微程序控制器、简单模型机、微程序设计九个实验的实验指导，每个实验都包括实验目的、实验要求、实验电路、实验原理、实验内容与步骤、思考与分析等内容。第11章为模型机课程设计，使用实验系统提供的各个组件，根据给定的指令集搭建一台模型机，设计其微指令系统，编写程序并运行。第二部分为相关知识点，共6章。第12章为计算机系统概述，主要介绍计算机硬件组成和计算机的工作过程； 第13章为运算方法和运算器，主要介绍加法器和算术逻辑运算单元的原理； 第14章为存储器系统，主要介绍存储器的组成和读写原理等； 第15章为总线系统，主要介绍总线结构和仲裁； 第16章为中央处理器（CPU），主要介绍CPU的结构、指令周期、数据通路、微程序控制器的组成以及微程序设计技术； 第17章为指令系统，主要介绍指令格式、寻址方式等。

本书由张雯雰任主编，负责全书的编排、统稿和定稿工作，朱卫平和肖娟任副主编。主要编写人员的分工如下： 张雯雰编写了第1~11、15、17章以及附录，朱卫平和肖娟编写了第16章，陆武魁编写了第14章，刘华艳编写了第13章，廖隽婷编写了第12章。

由于编者水平有限，书中不足之处敬请读者批评、指正。

编者

2021年1月

本书配套资料

第一部分实验与课程设计

第1章实验平台介绍

1.1系统安装

1.2电路绘制

1.3文件操作

1.4电路运行

1.5使用工具

1.6实验指导

1.7帮助

第2章全加器实验

2.1实验目的

2.2实验要求

2.3实验电路

2.4实验原理

2.5实验内容与步骤

2.6思考与分析

第3章运算器实验

3.1实验目的

3.2实验要求

3.3实验电路

3.4实验原理

3.5实验内容与步骤

3.6思考与分析

第4章存储器实验

4.1实验目的

4.2实验要求

4.3实验电路

4.4实验原理

4.5实验内容与步骤

4.6思考与分析

第5章总线与微命令实验

5.1实验目的

5.2实验要求

5.3实验电路

5.4实验原理

5.5实验内容与步骤

5.6思考与分析

第6章累加器实验

6.1实验目的

6.2实验要求

6.3实验电路

6.4实验原理

6.5实验内容与步骤

6.6思考与分析

第7章程序计数器实验

7.1实验目的

7.2实验要求

7.3实验电路

7.4实验原理

7.5实验内容与步骤

7.6思考与分析

第8章微程序控制器实验

8.1实验目的

8.2实验要求

8.3实验电路

8.4实验原理

8.5实验内容与步骤

8.6思考与分析

第9章简单模型机实验

9.1实验目的

9.2实验要求

9.3实验电路

9.4实验原理

9.5实验内容与步骤

9.6思考与分析

第10章微程序设计实验

10.1实验目的

10.2实验要求

10.3实验电路

10.4实验原理

10.5实验内容与步骤

10.6思考与分析

第11章模型机课程设计

11.1实验目的

11.2实验要求

11.3实验任务

11.4设计思路与难点分析

11.5实验内容与步骤

第二部分相关知识点

第12章计算机系统概述

12.1计算机系统的基本组成

12.2计算机的硬件

12.3计算机的工作过程

第13章运算方法和运算器

13.1全加器

13.2串行加法器

13.3并行加法器

13.4多功能算术逻辑运算单元

第14章存储器系统

14.1存储器概述

14.1.1存储器分类

14.1.2存储系统层次结构

14.2SRAM存储器

14.2.1SRAM基本结构及其存储系统的工作原理

14.2.2静态半导体存储器系统举例

14.3DRAM存储器

14.3.1DRAM基本结构和工作原理

14.3.2动态RAM存储器芯片举例

14.4只读存储器

14.4.1掩模ROM

14.4.2可编程的ROM

14.4.3可擦除可编程的EPROM

14.5存储器扩展及其举例

14.5.1位扩展

14.5.2字扩展

14.5.3字、位同时扩展

14.6并行访问及交叉访问存储器

14.6.1双端口RAM

14.6.2多体交叉存储器

第15章总线系统

15.1总线概述

15.1.1总线的基本概念

15.1.2总线的分类

15.1.3总线的性能指标

15.2总线互连结构

15.2.1单总线结构

15.2.2多总线结构

15.3总线仲裁

15.3.1集中式仲裁

15.3.2分布式仲裁

第16章中央处理器(CPU)

16.1CPU的功能和基本结构

16.1.1CPU的主要功能

16.1.2CPU的一般结构

16.1.3CPU中的主要寄存器

16.2指令周期

16.2.1CLA指令的指令周期

16.2.2用方框图语言表示指令周期

16.3数据通路的功能和基本结构

16.4微程序控制器

16.4.1微命令和微操作

16.4.2微指令和微程序

16.4.3机器指令与微指令的关系

16.4.4微程序控制器的组成原理

16.4.5微程序控制器的工作过程

16.5微程序设计技术

16.5.1微指令的编码方式

16.5.2微指令格式

16.5.3微地址的形成方式

第17章指令系统

17.1指令系统概述

17.2指令集结构分类

17.3指令格式

17.3.1操作码

17.3.2地址码

17.3.3指令字长

17.3.4指令格式举例

17.4寻址方式

17.4.1指令寻址

17.4.2数据寻址

17.5CISC与RISC技术

参考文献

附录A常用数字功能器件

附录B实验系统源程序简介

本书可作为高等院校计算机及相关专业学生的实验教材或参考书，也可作为教师案例教学用书。

张雯雰,硕士研究生学历/学位，软件设计师，本科毕业于中南工业大学，硕士毕业于广东工业大学计算机软件与理论专业,研究方向为计算智能,曾任系实验室主任和物联网教研室主任，湘南学院教学名师。