新世纪计算机专业课实验教程丛书：计算机组成原理实验教程

《新世纪计算机专业课实验教程丛书：计算机组成原理实验教程》可供高等院计算机专业本科生开设计算机组成原理课程的实验教材使用。

《新世纪计算机专业课实验教程丛书：计算机组成原理实验教程》由两部分组成，验证性实验和设计性实验。验证性实验部分指导学生利用实验设备，具体研制一台从部件、整机直到指令系统全部由自己设计的模型计算机。设计性实验部分指导学生利用现场可编程门阵列器件设计出线构出较复杂、功能比较完善的计算机部件。

第1部分 验证性实验
1.1 基本运算器实验
1.2 静态随机存储器实验
1.3 微程序控制器实验
1.4 CPU与简章模型机设计实验
1.5 复杂模型机设计实验
1.6 带中断处理能力的模型机设计实验
1.7 典型I/O接口8253扩展设计实验

第2部分 设计性实验
2.1 超前进位加法器设计实验
2.2 阵列乘法器设计实验
2.3 CACHE控制器设计实验
2.4 硬布线控制器模型机设计实验
附录
附录1 软件使用说明
附录2 时序单元介绍
参考文献
书摘与插图

2.2 阵列乘法器设计实验
2.2.1实验
目的（1）掌握乘法器的原理及其设计方法。
（2）熟悉FPGA应用设计及EDA软件的使用。
2.2.2实验设备PC机1台，TD-CM3+实验系统1套。
2.2.3实验原理硬件乘法器常规的设计是采用“串行移位”“和”并行加法”相结合的方法，这种方法并不需要很多的器件，然而“加法一移位”的方法毕竟太慢。随着大规模集成电路的发展，采用高速的单元阵列乘法器，无论从计算机的计算速度，还是从提高计算效率，都是十分必要的。阵列乘法器分带符号和不带符号的阵列乘法器，本节只讨论不带符号阵列乘法。高速组合阵列乘法器，采用标准加法单元构成乘法器，即利用多个一位全加器（FA）实现乘法运算。FA（全加器）的斜线方向为进位输出，竖线方向为和输出。图2-2-1中阵列的最后一行构成了一个串行进位加法器。由于FA一级是无须考虑进位的，它的进位被暂时保留下来不往前传递，因此同一级中任意一位FA加法器的进位输出与和输出几乎是同时形成的，与“串行移位”相比可大大减少同级间的进位传递延迟，所以送往最后一行串行加法器的输人延迟仅与FA的级数（行数）有关，即与乘数位数有关。本实验用FPGA来设计一个4×4位加法器，且全部采用原理图方式实现。
2.2.4实验步骤（1）根据上述阵列乘法器的原理，使用QuartusII软件编辑相应的电路原理图并进行编译，其在EPlC6芯片中对应的引脚如图2-2-2所示，框外文字表示I／O号，框内文字表示该引脚的含义（本实验例程见“安装路径＼Design＼Multiply＼Multiply.qpf”工程）。
……

近年来，我国在计算机应用、计算机软件和网络通讯类相关专业的人才培养方面，取得了长足的进展。但学生在走进企业、科研单位之后，往往深刻地感觉到缺乏实际开发设计的经验，不善于综合运用所学理论，对知识的把握缺乏融会贯通的能力。
综合考察目前高等院校教学大纲、课程设置以及内容安排等方面的情况，多数学校还是比较重视训练学生的实践能力的。但是从安排实践的内容来看，基本上是围绕相关课程狭小的教学内容而展开的，在难度上体现不够，缺乏综合性实验训练。实验内容高度抽象并脱离现实情况，学生很难获得具体问题的独立分析能力训练，以及综合运用所学知识的整体训练机会。
由此可以看出，大多数学生实践能力训练与国内精品课程的要求相比较，还是存在一些差距。为此，我们针对当前高等院校计算机软、硬件和网络通讯类相关课程教学中存在的问题，紧扣培养创新性学生的中心要求，参考了国内外知名大学相关课程成功的教学经验，设计编写了这套“新世纪计算机专业课实验教程丛书”，其目的就是通过实践训练，把知识获取和实践能力两个方面有机地结合起来。
这套“新世纪计算机专业课实验教程丛书”中覆盖了计算机公共基础课程的课程实验内容，包括《计算机网络工程》、《数据结构》、《计算机组成原理》等课程，在每个实验中都安排了实验目的和要求、实验内容和步骤、综合实验、创新实验等等，给学生提供足够的探索空间。学生们可以在教师的指导下，逐步设计实现这些实验内容，并进行综合实验。通过这种实验，学生一方面可以结合课程的教学内容循序渐进地进行实验方面的实践训练，另一方面在参与一系列综合实验和创新实验、自主实验的实践过程中，还能提高如何综合运用所学知识解决实际问题的能力，增强对相关课程具体内容的理解和掌握能力，培养对整体课程知识综合应用和融会贯通能力。
参加这套丛书编写的教师都有丰富的教学、科研等多方面的经验。实验指导中的实验内容，都来自教师们具体的教学科研实践，许多实验装置和软件都是由教师自己根据具体的教学要求设计完成的，再结合众多公司、厂商的大力支持，使得所选实验内容与教学内容配合紧密，实验难度与规模适宜。