广工计算机组成原理实验报告.docx

研究报告

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广工计算机组成原理实验报告

一、实验概述

1.实验目的

(1)实验目的在于加深对计算机组成原理课程中理论知识的学习与理解。通过对计算机基本组成部件如CPU、内存、输入输出设备等的工作原理和相互关系的实践操作，使学生能够更加直观地认识到计算机系统内部的结构和运作机制，从而提高学生对计算机组成原理的掌握程度。

(2)通过实验，学生能够学会使用计算机组成原理中涉及的实验仪器和设备，提高动手实践能力。在实验过程中，学生需要独立完成实验操作，分析实验数据，总结实验结果，这不仅有助于培养学生的创新思维和问题解决能力，而且有助于提高学生的团队协作意识和沟通能力。

(3)实验旨在培养学生的科学实验精神和严谨的学术态度。在实验过程中，学生需要遵循实验规程，保证实验数据的真实性和可靠性。同时，通过实验报告的撰写，学生能够学会如何总结实验过程、分析实验结果、撰写实验报告，这对于提高学生的学术素养和科研能力具有重要意义。

2.实验内容

(1)本实验主要内容包括计算机系统组成的基本原理和实践操作。首先，通过搭建简单的计算机系统，让学生了解CPU、内存、输入输出设备等基本组件的功能和相互关系。接着，进行指令集和寻址方式的实验，使学生掌握计算机如何执行指令和访问内存。此外，实验还将涉及中断系统、总线系统和I/O接口等关键组成部分的实验操作。

(2)在实验过程中，学生将进行以下具体操作：首先，进行CPU性能测试，通过运行特定程序，分析CPU的运算速度和性能指标。其次，进行内存读写速度测试，评估内存的读写效率。然后，进行输入输出设备接口的实验，如键盘、鼠标和显示器等设备的驱动程序安装和测试。最后，进行系统稳定性和故障排除实验，通过模拟系统故障，培养学生解决实际问题的能力。

(3)实验还包括对计算机组成原理中一些重要概念和理论的验证，如流水线技术、缓存机制、虚拟存储器等。学生将通过实验验证这些理论在实际系统中的应用效果，并分析其优缺点。此外，实验还涉及计算机系统调试和优化，如调整系统参数、优化程序代码等，以提高系统性能和稳定性。通过这些实验内容，学生能够全面掌握计算机组成原理的相关知识和技能。

3.实验原理

(1)实验原理基于计算机组成原理的基本理论，主要包括计算机系统的层次结构、数据表示和运算、指令系统、中央处理器（CPU）的结构和功能、存储器系统、输入输出系统以及总线系统等。这些原理构成了计算机硬件设计的基础，实验旨在通过实际操作验证这些理论在实际系统中的应用。

(2)实验中，CPU的工作原理是核心内容之一。CPU负责执行计算机程序中的指令，包括取指、译码、执行和写回等步骤。实验将涉及CPU的内部结构，如控制单元、算术逻辑单元（ALU）、寄存器组等，以及它们如何协同工作以实现指令的执行。此外，实验还将探讨CPU的时钟周期、流水线技术和指令缓存等概念。

(3)存储器系统是计算机系统的另一个重要组成部分，实验将涵盖内存的层次结构、存储器容量和速度、地址译码和访问控制等原理。通过实验，学生将了解不同类型的存储器，如随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）和高速缓存（Cache）的工作机制，以及它们如何影响系统的性能。此外，实验还将涉及虚拟存储器技术，如页式存储和段式存储等。

二、实验环境与工具

1.实验平台

(1)实验平台选用的是基于虚拟化技术的计算机组成原理实验系统。该系统采用虚拟机技术，可以在一个物理计算机上模拟多个独立的计算机系统，每个虚拟机都可以独立运行，互不干扰。这种实验平台可以提供多种操作系统环境，包括Windows、Linux等，使学生能够在不同的操作系统下进行实验。

(2)实验平台配备了丰富的硬件资源，包括CPU模拟模块、内存模拟模块、输入输出设备模拟模块等。这些模拟模块能够模拟真实计算机硬件的行为，使得学生在实验过程中可以直观地观察到硬件之间的交互和通信。此外，实验平台还提供了图形化界面，方便学生进行操作和观察实验结果。

(3)实验平台支持多种实验软件，如汇编语言编译器、调试器等，这些软件能够帮助学生完成程序的编写、编译、调试和运行。实验平台还提供了实验指导手册和在线帮助文档，为学生提供详细的实验步骤和操作指南。此外，实验平台还具备远程访问功能，学生可以在任何有网络连接的地方进行实验操作和结果查看。

2.实验工具

(1)实验工具主要包括计算机组成原理实验箱，这是一套专门为计算机组成原理实验设计的硬件平台。实验箱内含CPU模拟模块、内存模块、I/O接口模块、总线接口模块等，能够模拟真实的计算机硬件环境。实验箱还配备了相应的连接线和接口，方便学生进行实验操作。

(2)实验中使用的软件工具包括汇编语言编程软件、汇编语言调试软件和计算机组成原理实验软件。汇编语言编程软件用于编写汇编语言