计算机组成原理_多体交叉存储器设计

单片芯片容量：

64KB/8 = 8KB

地址线分配：

A0-A2分别连3-8译码器的ABC端作为片选信号A3-A14作为块内地址

地址分配：

RAM0 ：0000H 0008H……FFF8H

RAM1：0001H 0009H……FFF9H

RAM2：0002H 0010H……FFFAH

…………

RAM7：0007H 000FH……FFFFH

连接图：

译码器非使能端G2A G2B接5V电源，G1使能端接M/IO

缩短存储时间原理：

对每个存储体而言存取时间均不变，但CPU在全过程中交叉访问各个RAM，使8个RAM的存取过程同时进行，因此可以在一个存储时间内存入八个字，相当于提升8倍存取速度。

交叉存储器设计

计算机组成原理课程设计 多体交叉存储器 一、设计目的 （1）深入了解提高计算机系统效率的一种有效方式——并行性； （2）研究交叉存储器的设计原理和实现方式，采用并行性的设计思想，设计一个简易的采用低位交叉编址的并行结构存储器； （3）复习和回顾译码电路设计、地址、数据和控制电路设计的相关知识；展开研究性教学，拓展大家知识面，提高分析问题解决问题的能力； （4）培养大家独立思考和创新研究的能力，积极营造自主创新的良好氛围； 二、设计内容 本次研究性设计要求为：设计一个容量为64KB 的采用低位交叉编址的8体并行结构存储器。画出CPU 和存储芯片（芯片容量自定）的连接图，并写出图中每个存储芯片的地址范围（用 十六进制数表示）。 三、设计要求 （1）参考教材中关于交叉存储器的原理，给出系统设计方案，包括译码芯片的选择、各个芯片的工作时序设计； （2）注意片选信号的产生电路设计、地址锁存电路设计、数据信号线的电路设计、控制信号线的设计、交叉存储的实现； （3）要了解交叉存储器并行工作原理、各个存储器提的启动信号和地址、数据、片选信号的关系、如何实现1/8存储器周期就能够读取一次数据。 四、设计方案 （1）总线和控制信号确定 设CPU 共有16根地址线，8根数据线，并用IO /M 作为访问存储器或I/O 的控制信号（高电平为访存，低电平为访I/O ），WR （低电平有效）为写命令，RD （低电平有效）为读命令。

要求：设计一个容量为64KB 的采用低位交叉编址的8体并行结构存储器。画出CPU 和存储芯片（芯片容量自定）的连接图，并写出图中每个存储芯片的地址范围（用十六进制数表示）。 所需存储器芯片和138 Ai A0 … CE … WE Dn D0 RAM 存储器芯片 74LS138译码器 （2）设计分析 要设计一个容量为64KB 、采用低位交叉编址的8体并行结构存储器，则每个存储体容量应为64KB/8 = 8KB ，所以，应选择8KB （213B ）的RAM 芯片，需要芯片8块、地址线13根（A12-A0）、数据线8根（D7-D0），其中在片选信号的产生时需要用到74LS138译码器。 （3）设计实现 ① 8片8K ×8RAM 芯片对应的二进制编码 第0片：0000、0008、0010、…、FFF8H ，即： A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 … 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 第1片：0001、0009、0011、…、FFF9H ，即： A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 … 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 第2片：0002、000A 、0012、…、FFFAH ，即： A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 … RAM G1 /Y7 /G2A /Y6 /G2B /Y5 /Y4 /Y3 C /Y2 B /Y1 A /Y0

计算机组成原理第一章题目(含答案)

第一章计算机系统概论第一章单元测验 1、计算机硬件能直接执行的是 A、高级语言 B、机器语言 C、汇编语言 D、任何语言 2、下列说法中，错误的是 A、软件与硬件具有逻辑功能的等价性 B、固件功能类似软件，形态类似硬件 C、计算机系统层次结构中，微程序属于硬件级 D、寄存器的数据位对微程序级用户透明 3、完整的计算机系统通常包括 A、运算器、控制器、存储器 B、主机、外部设备 C、主机和应用软件 D、硬件系统与软件系统 4、计算机的字长与下列哪项指标密切相关 A、运算精确度 B、运算速度 C、内存容量 D、存取速度 5、CPU地址线数量与下列哪项指标密切相关 A、运算精确度 B、运算速度 C、内存容量 D、存储数据位 6、下列属于冯?诺依曼计算机的核心思想是 A、存储器按地址访问 B、存储程序和程序控制 C、采用补码 D、采用总线

7、下列关于计算机系统层次结构的描述中，正确的是 A、不同层次面向不同用户，看到计算机的属性不同 B、低层代码执行效率比高层代码执行效率高 C、低层用户对硬件的透明性比高层用户要低 D、指令集架构层是软、硬件间的接口 8、下列关于硬件与软件关系的描述中，正确的是 A、硬件是软件运行的基础 B、硬件的发展推动了软件的发展 C、软件的发展也推动硬件的发展 D、软件能完成的功能及性能与硬件有关 9、下列关于计算机字长的描述中正确的是 A、字长一般与运算器的数据位相同 B、字长一般与通用寄存器的位数相同 C、字长一般与存储器数据位相同 D、字长一般与存储器的地址位相同 10、下列可用于评价计算机系统性能的指标是 A、MIPS B、CPI C、IPC D、字长 11、下列计算机系统性能评价的描述中正确的是 A、程序MIPS值越高，计算机的性能越高 B、程序的CPI值越低，计算机的性能越高 C、主频高的机器性能不一定高 D、同一程序在不同机器上运行时得到的MIPS值不一定相同 12、访问256KB的存储空间，需要的地址线数最少为( ）根？（只需要填阿拉伯数字） 13、程序必须存放在哪里才能被CPU访问并执行 14、某计算机指令集中共有A、B、C、D四类指令，它们占指令系统的比例分别为40% 、20%、20%、20%, 各类指令的CPI分别为2、3、4、5；该机器的主频为600MHZ，则该机的CPI 为（保留到小数点后一位） 15、某计算机指令集中共有A、B、C、D四类指令，它们占指令系统的比例分别为40% 、20%、20%、20%, 各类指令的CPI分别为2、3、4、5；该机器的主频为600MHZ，则该机的MIPS为（保留到小数点后一位） 参考答案如下：

相联存储器的设计

沈阳航空航天大学 课程设计报告 课程设计名称：计算机组成原理课程设计课程设计题目：相联存储器的设计 院（系）：计算机学院 专业：计算机科学与技术 班级： 学号： 姓名：木代佳人，日月同辉 指导教师：杨华 完成日期：2010年1月15日

目录 第1章总体设计方案 (2) 1.1设计原理 (2) 1.2设计思路 (3) 1.3设计环境 (4) 第2章详细设计方案 (5) 2.1顶层方案图的设计与实现 (5) 2.1.1创建顶层图形设计文件 (5) 2.1.2器件的选择与引脚锁定 (5) 2.1.3编译、综合、适配 (6) 2.2功能模块的设计与实现 (6) 2.2.1 输入寄存器的实现 (7) 2.2.2存储体的设计与实现 (8) 2.2.3 比较寄存器的实现 (10) 2.2.4查找结果寄存器的实现 (12) 2.3仿真调试 (14) 第3章编程下载与硬件测试 (15) 3.1编程下载 (15) 3.2硬件测试及结果分析 (15) 参考文献 (17) 附录（电路原理图） (18)

第1章 总体设计方案 1.1 设计原理 相联存储器(Content Addressed Memory)，它是一种按内容访问的存储器，可以根据数据记录地一部分内容查找其它部分的内容。在相联存储器中，每个存储的数据记录都是固定长度的字。存储字中的每个个位或者字段都可以作为检索的依据（关键字）。 相联存储器的结构框图如图1.1所示。它主要实现将输入寄存器的信息与存储体的信息作比较，相匹配的置为“1”，不匹配的置为“0”， 将结果送入查找结果寄存器(SRR)中，并输出结果。 1.2 设计思路 根据相联存储器的原理特点，即按照内容寻址，因此可以将相联存储器分为输入寄存器 图1.1 相联存储器原理框图

计算机组成原理第四版课后习题答案完整版

第一章 1．比较数字计算机和模拟计算机的特点 解：模拟计算机的特点：数值由连续量来表示，运算过程是连续的； 数字计算机的特点：数值由数字量（离散量）来表示，运算按位进行。 两者主要区别见P1 表1.1。 2．数字计算机如何分类？分类的依据是什么？ 解：分类：数字计算机分为专用计算机和通用计算机。通用计算机又分为巨型机、大型机、 中型机、小型机、微型机和单片机六类。 分类依据：专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。 通用机的分类依据主要是体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、 指令系统规模和机器价格等因素。

3．数字计算机有那些主要应用？ （略） 4．冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些主要组成部分？ 解：冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是：存储程序和程序控制。 存储程序：将解题的程序（指令序列）存放到存储器中； 程序控制：控制器顺序执行存储的程序，按指令功能控制全机协调地完成运算任务。 主要组成部分有：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。 5．什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？ 解：存储容量：指存储器可以容纳的二进制信息的数量，通常用单位KB、MB、GB来度量，存储容 量越大，表示计算机所能存储的信息量越多，反映了计算机存储空间的大小。 单元地址：单元地址简称地址，在存储器中每个存储单

元都有唯一的地址编号，称为单元地 址。 数据字：若某计算机字是运算操作的对象即代表要处理的数据，则称数据字。 指令字：若某计算机字代表一条指令或指令的一部分，则称指令字。 6．什么是指令？什么是程序？ 解：指令：计算机所执行的每一个基本的操作。 程序：解算某一问题的一串指令序列称为该问题的计算程序，简称程序。 7．指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？ 解：一般来讲，在取指周期中从存储器读出的信息即指令信息；而在执行周期中从存储器中读出的 信息即为数据信息。 8．什么是内存？什么是外存？什么是CPU？什么是适配器？简述其功能。

计算机组成原理第1章习题与答案

计算机组成原理第1章习题与答案 一、选择题 1．从器件角度看，计算机经历了五代变化。但从系统结构看，至今绝大多数计算机仍属于（）计算机。 A.并行 B.冯·诺依曼 C.智能 D.串行 2．冯·诺依曼机工作的基本方式的特点是（）。 A.多指令流单数据流 B.按地址访问并顺序执行指令 C.堆栈操作 D.存贮器按内容选择地址 3．在下面描述的汇编语言基本概念中，不正确的表述是（）。 A.对程序员的训练要求来说，需要硬件知识 B.汇编语言对机器的依赖性高 C.用汇编语言编写程序的难度比高级语言小 D.汇编语言编写的程序执行速度比高级语言慢 4.（2009年考研题）冯·诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU区分它们的依据是（）。 A.指令操作码的译码结果 B.指令和数据的寻址方式 C.指令周期的不同阶段 D.指令和数据所在的存储单元 5．（2011年考研题）下列选项中，描述浮点数操作速度指标的是（）。 A.MIPS B.CPI C.IPC D.MFLOPS 6．（2012年考研题）基准程序A在某计算机上的运行时间为100秒，其中90秒为CPU时间，其它时间忽略不计。若CPU速度提高50%，I/O速度不变，则基准程序A所耗费的时间是（）秒。 A.55 B.60 C.65 D.70 7．（2013年考研题）某计算机主频为1.2 GHz，其指令分为4类，它们在基准程序中所占比例及CPI如下表所示。 该机的MIPS数是（）。 A.100 B.200 C.400 D.600

8．（2014年考研题）程序P在机器M上的执行时间是20s，编译优化后，P 执行的指令数减少到原来的70%，而CPI增加到原来的1.2倍，则P在M上的执行时间是（）。 A.8.4秒 B.11.7秒 C.14秒 D.16.8秒 9．（2015年考研题）计算机硬件能够直接执行的是（）。 Ⅰ．机器语言程序Ⅱ．汇编语言程序Ⅲ．硬件描述语言程序 A.仅Ⅰ B.仅ⅠⅡ C.仅ⅠⅢ D.ⅠⅡⅢ 二、名词解释 1．吞吐量2．响应时间3．利用率 4．处理机字长5．总线宽度6．存储器容量 7．存储器带宽8．主频/时钟周期9．CPU执行时间 10．CPI 11．MIPS 12．FLOPS 三、简答题 1．指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？ 2．冯·诺依曼计算机体系结构的基本思想是什么？按此思想设计的计算机硬件系统应由哪些部件组成？ 3．计算机系统分为哪几个层次？每层分别用软件还是硬件实现？

实验五_存储器设计

计算机组成原理 实验五《存储器设计》 实验报告 姓名：吴速碘黄紫微 学号：13052053 13052067 班级：计算机二班 日期2015、5、25

实验五存储器设计 一、实验目的 1、掌握RAM和ROM的Verilog语言描述方法； 2、学习用宏模块的方法定制RAM和ROM。 二、实验任务 1、设计并实现一个128*16 的单端口的RAM； 2、设计并实现一个128*16的ROM； 3、设计并实现一个双端口的128*16的RAM 4、设计并实现一个16*32的FIFO。 5、设计并实现正弦信号发生器，见“正弦信号发生器实验指南”。 三、实验步骤 1 编写Verilog代码（见附页） 2功能仿真 进行分析与综合，排除语法上的错误 建立波形仿真文件，输入激励 生成功能仿真网表 进行功能仿真，观察输出结果 3选择器件 DE2_70开发板的使用者请选择EP2C70F896C6 4绑定管脚 5 下载验证 DE2_70开发板的下载:使用USB-Blaster进行下载 四、实验内容 五、实验思考题 1、分析存储器采用三态输出的原因是什么？ 存储器的输出端是连接在数据总线上的。数据总线相当于一条车流频繁的大马路，必须在绿灯条件下，车辆才能进入这条大马路，否则要撞车发生交通事故。同 理，存储器中的数据是不能随意传送到数据总线上的。例如，若数据总线上的数 据是“1”(高电平5V)，存储器中的数据是“0”(低电平0V)，两种数据若碰到一 起就会发生短路而损坏单片机。因此，存储器输出端口不仅能呈现“l”和“0”两 种状态，还应具有第三种状态“高阻"态。呈“高阻"态时，输出端口相当于断开，对数据总线不起作用，此时数据总线可被其他器件占用。当其他器件呈“高阻”态 时，存储器在片选允许和输出允许的条件下，才能将自己的数据输出到数据总线 上。 2、单端口和双端口的区别是什么？ 单端口ram是ram的读写只有一个端口，同时只能读或者只能写。 双端口ram是ram读端口和写端口分开，一个端口能读，另一个端口可以同时写。 3、什么情况下考虑采用双端口存储器？

主存储器部件的组成与设计.

主存储器部件的组成与设计 主存储器部件的组成与设计 类别：存储器 主存储器概述（１）主存储器的两个重要技术指标◎读写速度：常常用存储周期来度量，存储周期是连续启动两次独立的存储器操作（如读操作）所必需的时间间隔。◎存储容量：通常用构成存储器的字节数或字数来计量。（２）主存储器与ＣＰＵ及外围设备的连接是通过地址总线、数据总线、控制总线进行连接，见下图主存储器与ＣＰＵ的连接◎地址总线用于选择主存储器的一个存储单元，若地址总线的位数ｋ，则最大可寻址空间为２ｋ。如ｋ＝２０，可访问１ＭＢ的存储单元。 ◎数据总线用于在计算机各功能部件之间传送数据。◎控制总线用于指明总线的工作周期和本次输入／输出完成的时刻。（３）主存储器分类 ◎按信息保存的长短分：ＲＯＭ与ＲＡＭ◎按生产工艺分：静态存储器与动态存储器静态存储器（ＳＲＡＭ）：读写速度快，生产成本高，多用于容量较小的高速缓冲存储器。动态存储器（ＤＲＡＭ）：读写速度较慢，集成度高，生产成本低，多用于容量较大的主存储器。静态存储器与动态存储器主要性能比较如下表：静态和动态存储器芯片特性比较ＳＲＡＭＤＲＡＭ存储信息触发器电容破坏性读出非是 需要刷新不要需要送行列地址同时送分两次送运行速度 快慢集成度低高发热量大小存储成本高低 动态存储器的定期刷新：在不进行读写操作时，ＤＲＡＭ存储器的各单元处于断电状态，由于漏电的存在，保存在电容ＣＳ上的电荷会慢慢地漏掉，为此必须定时予以补充，称为刷新操作。２、动态存储器的记忆原理和读写过程（１）动态存储器的组成：由单个ＭＯＳ管来存储一位二进制信息。信息存储在ＭＯＳ管的源极的寄生电容ＣＳ中。◎写数据时：字线为高电平，Ｔ导通。写“１”时，位线（数据线）为低电平，ＶＤＤ（电源）将向电容充电写“０时，位线（数据线）为高电平，若电容存储了电荷，则将会使电容完成放电，就表示存储了“０”。◎读数据时：先使位线（数据线）变为高电平，当字线高电平到来时Ｔ导通，若电容原存储有电荷（是“１”），则电容就要放电，就会使数据线电位由高变低；若电容没有存储电荷（是“０”），则数据线电位不会变化。检测数据线上电位的变化就可以区分读出的数据是１还是０。注意①读操作使电容原存储的电荷丢失，因此是破坏性读出。为保持原记忆内容，必须在读操作后立刻跟随一次写入操作，称为预充电延迟。②向动态存储器的存储单元提供地址，是先送行地址再送列地址。原因就是对动态存储器必须定时刷新（如２ｍｓ），刷新不是按字处理，而是每次刷新一行，即为连接在同一行上所有存储单元的电容补充一次能量。③在动态存储器的位线上读出信号很小，必须接读出放大器，通常用触发器线路实现。④存储器芯片内部的行地址和列地址锁存器分先后接受行、列地址。⑤ＲＡＳ、ＣＡＳ、ＷＥ、Ｄｉｎ、

设计示例1存储器设计

设计示例1：存储器设计 1、 存储器模块定义： 存储器用于存放CPU 运算的程序指令和数据等，采用单端口存储器设计，设计最大为64个存储单元，每个存储单元数据宽度为32bit 。下图为指令存储器的模块框图。 module ExtMem 图1 模块框图 2、 结构框图： 3、 接口说明： 表1： 存储器接口信号说明表 4、 时序说明： ExtMem_CLK ExtMem_WR ExtMem_RD ExtMem_Adr Valid Valid ExtMem_Din ExtMem_CS 图2 存储器接口读时序框图

ExtMem_CLK ExtMem_WR ExtMem_RD ExtMem_Adr Valid Valid ExtMem_Dout ExtMem_CS 图3 存储器接口写时序框图 Valid ExtMem_Dout ExtMem_CLK ExtMem_WR ExtMem_RD ExtMem_Adr Valid Valid ExtMem_Din ExtMem_CS Valid 图4 存储器接口读写时序框图 5、 设计电路源代码 Module Mem ( input CLK, input CSn, input [5:0] Addr, input WRn, input RDn, input [31:0] Din, output [31:0] Dout ); reg [31:0] Memory [0: 63] ; //---存储器写操作 always @( posedge CLK) begin if (~CSn & ~WRn ) Memory[Addr]<= Din; end //---存储器读操作方式1 always @( posedge CLK )

交叉存储器设计样本

计算机构成原理课程设计 多体交叉存储器 一、设计目 （1）进一步理解提高计算机系统效率一种有效方式——并行性； （2）研究交叉存储器设计原理和实现方式，采用并行性设计思想，设计一种简易采用低位交叉编址并行构造存储器； （3）复习和回顾译码电路设计、地址、数据和控制电路设计有关知识；展开研究性教学，拓展人们知识面，提高分析问题解决问题能力； （4）培养人们独立思考和创新研究能力，积极营造自主创新良好氛围； 二、设计内容 本次研究性设计规定为：设计一种容量为64KB 采用低位交叉编址8体并行构造存储器。画出CPU 和存储芯片（芯片容量自定）连接图，并写出图中每个存储芯片地址范畴（用 十六进制数表达）。 三、设计规定 （1）参照教材中关于交叉存储器原理，给出系统设计方案，涉及译码芯片选取、各个芯片工作时序设计； （2）注意片选信号产生电路设计、地址锁存电路设计、数据信号线电路设计、控制信号线设计、交叉存储实现； （3）要理解交叉存储器并行工作原理、各个存储器提启动信号和地址、数据、片选信号关系、如何实现1/8存储器周期就可以读取一次数据。 四、设计方案 （1）总线和控制信号拟定 设CPU 共有16根地址线，8根数据线，并用IO /M 作为访问存储器或I/O 控

制信号（高电平为访存，低电平为访I/O ），WR （低电平有效）为写命令，RD （低电平有效）为读命令。 规定：设计一种容量为64KB 采用低位交叉编址8体并行构造存储器。画出CPU 和存储芯片（芯片容量自定）连接图，并写出图中每个存储芯片地址范畴（用十六进制数表达）。 所需存储器芯片和138译码器如下图所示： Ai A0 … CE … WE Dn D0 RAM 存储器芯片 74LS138译码器 （2）设计分析 要设计一种容量为64KB 、采用低位交叉编址8体并行构造存储器，则每个存储体容量应为64KB/8 = 8KB ，因此，应选取8KB （213B ）RAM 芯片，需要芯片8块、地址线13根（A12-A0）、数据线8根（D7-D0），其中在片选信号产生时需要用到74LS138译码器。 （3）设计实现 ① 8片8K ×8RAM 芯片相应二进制编码 第0片：0000、0008、0010、…、FFF8H ，即： A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 … 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 第1片：0001、0009、0011、…、FFF9H ，即： RAM G1 /Y7 /G2A /Y6 /G2B /Y5 /Y4 /Y3

计算机组成原理第1章 习题及参考答案

第一章绪论习题及参考答案 一、判断题 1．微型计算机广阔的应用领域中，会计电算化属于科学计算应用方面。( ) 2．决定计算机计算精度的主要技术指标是计算机的字长。( ) 3．利用大规模集成电路技术把计算机的运算部件和控制部件做在一块集成电路芯片上，这样的一块芯片叫做单片机。( ) 4．计算机“运算速度”指标的含义是指每秒钟能执行多少条操作系统的命令。（） 5．兼容性是计算机的一个重要性能，通常是指向上兼容，即旧型号计算机的软件可以不加修改地在新型号计算机上运行。系列机通常具有这种兼容性。（） 二、简答题 1．电子数字计算机与电子模拟计算机的主要区别是什么 2．简单描述计算机的发展过程和应用范围。 3．冯·诺依曼机的主要特点是什么 4．按照冯·诺依曼原理，现代计算机应具备哪些功能 5．如何理解软硬件之间的等价性 6．何谓绿色计算机对它有哪些要求 7．简单描述计算机的层次结构，说明各层次的主要特点。 8．计算机系统的主要技术指标有哪些 参考答案 一、判断题 1．错。会计电算化属于计算机数据处理方面的应用。 2．对。 3．错。计算机的运算部件和控制部件做在一块集成电路芯片上，这样的一块芯片叫CPU。 4．错。“运算速度”指标的含义是指每秒钟能执行多少条指令。 5．错。兼容性包括数据和文件的兼容、程序兼容、系统兼容和设备兼容，微型计算机通常具有这种兼容性。 二、简答题 1．电子数字计算机的运算对象是离散的数字量，用数码进行运算，其运算结果也是离散的数字量；电子模拟计算机的运算对象是连续变化的物理量(如电流、电压等)，其运算结果也是连续变化的物理量。数字计算机的运算速度快，运算精度高。现代所说的计算机都是电子数字计算机。 2．从1946年世界上第一台数字电子计算机ENIAC研制成功至今，计算机的发展经历了4个时

实验2 存储器设计与仿真

预做实验报告2 存储器设计与仿真 一、实验目的 理解并掌握寄存器堆的基本电路结构及其设计方法，学会使用Verilog HDL 对电路进行行为建模、结构建模以及仿真测试。 二、实验内容 利用Verilog HDL 设计一个寄存器堆模型，并进行仿真测试。要求该寄存器堆具有32个32位的寄存器，并具有2个读端口和1个写端口。要求采用层次化的建模方法，即先搭建低层模块，然后再逐级搭建高层模块。 三、实验环境 PC 机1台、Modelsim 仿真软件1套。 四、实验步骤 1、电路结构设计 寄存器堆外框图： 寄存器堆内部结构图： N1<4:0> N2<4:0> WE CLK

2、建立Verilog模型 module registerfile(Q1,Q2,DI,clk,reset,writeen,AD,A1,A2); output[31:0] Q1,Q2; input[31:0] DI; input clk,reset,writeen; input[4:0] AD,A1,A2; wire[31:0] decoderout; wire[31:0] regen; wire[31:0] q0,q1,q2,q3,q4,q5,q6,q7,q8,q9,q10,q11,q12,q13,q14,q15,q16,q17,q18,q1 9,q20,q21,q22,q23,q24,q25,q26,q27,q28,q29,q30,q31; decoder dec0(decoderout,AD); assign regen[0]=decoderout[0] & writeen; assign regen[1]=decoderout[1] & writeen; assign regen[2]=decoderout[2] & writeen; assign regen[3]=decoderout[3] & writeen; assign regen[4]=decoderout[4] & writeen; assign regen[5]=decoderout[5] & writeen; assign regen[6]=decoderout[6] & writeen; assign regen[7]=decoderout[7] & writeen;

存储器设计：存储器设计课程设计

计算机组成原理实验 实验五存储器设计 专业班级计算机科学与技术 学号0936008 姓名冯帆 学号0936036 姓名张琪 实验地点理工楼901 实验五存储器设计 一、实验目的 1、掌握RAM 和ROM 的Verilog 语言描述方法； 2、学习用宏模块的方法定制RAM 和ROM 。 二、实验内容

1、设计并实现一个8*8 的单端口的RAM ； 2、设计并实现一个128*16的ROM ； 3、设计并实现一个双端口的128*16的RAM 。 4、设计并实现正弦信号发生器，参考“正弦信号发生器实验指南”。 三、实验仪器及设备 PC 机+ Quartus Ⅱ0 + DE2-70 四、实验步骤 打开Quartus 软件，新建工程。 2．分析单端口，双端口，ROM,RAM 的含义。 3．Verilog 程序如下，并简单注释。 ①

module SingleRamTest(read_data, read_address, write_data, write_address, memwrite, clock, reset); output [7:0] read_data; //数据的输出 input [2:0] read_address; //读数据地址的输入 input [7:0] write_data; //写数据地址的输入 input [2:0] write_address; //写数据地址的输入 input memwrite; //若该信号为1，进行写操作，反之，写操作input clock; input reset; //复位和时钟信号 reg [7:0] read_data, mem0, mem1,mem2,mem3,mem4,mem5,mem6,mem7; //设置存储器存储单元 always @(read_address or mem0 or mem1 or mem2 or mem3 or mem4 or mem5 or mem6 or mem7) //若上述信号有一个发生变化，则启动该模块begin

计算机组成原理第1章习题12

习题 1 一．单项选择题： 1．冯.诺依曼机工作方式的基本特点是_______。 A. 多指令流单数据流 B. 按地址访问并顺序执行指令 C. 堆栈操作 D. 存储器按内部选择地址 2．计算机经历了从器件角度划分的四代发展历程，但从体系结构来看，至今为止绝大多数计算机仍是_______式计算机。 Ａ. 实时处理 B. 智能化 C. 并行 D. 冯.诺依曼 3．下列选项中不是冯.诺依曼计算机的最根本特征是_______。 A. 以运算器为中心 B. 指令并行执行 C. 存储器按地址访问 D. 数据以二进制编码，并采用二进制运算4．计算机的外围设备是指_______。 A. 除了CPU和内存以外的其他设备 B. 外存储器 C. 远程通信设备 D. 输入/输出设备 5．完整的计算机系统包括_____。 A．运算器、存储器、控制器B．外部设备和主机 C．主机和实用程序D．配套的硬件设备和软件系统 6．至今为止，计算机的所有信息仍以二进制方式表示的理由是______。 A．节约元件B．运算速度快 C．由物理器件的性能决定D．信息处理方便 7．计算机硬件能直接执行的语言是。 A．符号语言 B. 高级语言 C．机器语言 D. 汇编语言 8. 下列说法中不正确的是______。 A．部分由软件实现的操作也可以由硬件来完成 B．在计算机系统的多级层次结构中，汇编语言级和高级语言级是软件级，其他三级都是硬件级 C．在计算机系统中，硬件是物资基础，软件是解题灵魂 D．面向高级语言的机器是可以实现的 9. 邮局对信件自动分练，使用的计算机技术是______。 A．机器翻译 B. 模式识别 C. 机器证明 D. 自然语言理解 10. 下列程序中，属于系统程序的是______。 A．科学计算程序 B. 自动控制程序 C. 企事业管理程序 D. 操作系统 11．关于CPU主频、CPI、MIPS、MFLOPS说法正确的是。 A．CPU主频是指CPU系统执行指令的频率，CPI是执行一条指令平均使用的频率B．CPI是执行一条指令平均使用CPU时钟的个数，MIPS描述一条CPU指令 C．MIPS是描述CPU执行指令的频率，MFLOPS是计算机系统的浮点数指令 D．CPU主频指CPU系统使用的时钟脉冲频率，CPI是平均每条指令执行所需CPU时钟的个数

多体交叉存储器设计-北京交通大学

计算机组成原理研究性教学 ——多体交叉存储器设计 北京交通大学 一、多体交叉存储器概述 多体交叉存储器，就是由多个RAM模块构成，每个模块有相同的容量和存取速度，各模块有各自独立的地址寄存器、数据寄存器、地址译码器、驱动和读写电路，它们能并行、交叉工作。CPU在一个周期内交叉访问每个RAM，若存储器由n个RAM构成，则存储器的工作速度可提高n倍。它是在多总线结构的计算机中，提高系统的吞吐率的最有效方法。 具体优化原理：每个存储体本身存取时间并不变，但CPU在全过程中交叉访问各个RAM，使n个RAM的存取过程可以同时进行，因此可以在一个存储时间内写入n位，相当于提升n倍存取速度。 二、设计内容及要求 设计一个容量为64KB的采用低位交叉编址的8体并行结构存储器。画出CPU和存储芯片（芯片容量自定）的连接图，并写出图中每个存储芯片的地址范围（用十六进制数表示）。 相关知识点：交叉存储器结构；存储器并行工作原理；译码电路设计；地址、数据和控制电路设计。

三、设计方案 单片存储芯片容量为64KB/8 = 8KB； 地址线A0-A2作为片选信号，分别连3-8译码器的A、B、C端； 地址线A3-A14作为块内地址，分别与各芯片相连； 地址分配： RAM0：0000H、0008H、……、FFF8H； RAM1：0001H、0009H、……、FFF9H； RAM2：0002H、000AH、……、FFFAH； RAM3：0003H、000BH、……、FFFBH。 RAM4：0004H、000CH、……、FFFCH。 RAM5：0005H、000DH、……、FFFDH。 RAM6：0006H、000EH、……、FFFEH。 RAM7：0007H、000FH、……、FFFFH。 连接示意图：译码器使能端G1接5V电源，非使能端G2A、G2B接MREQ。

计算机组成原理术语

计算机组成原理术语大全(一) 概念题:（第一章） 1、主机：主机中包含了除输入输出设备以外的所有电路部件，是一个能够独立工作的系统。 2、CPU：中央处理器，是计算机的核心部件，同运算器和控制器构成。 3、运算器：计算机中完成运算功能的部件，由ALU和寄存器构成。 4、ALU：算术逻辑运算单元，执行所有的算术运算和逻辑运算。 5、外围设备：计算机的输入输出设备，包括输入设备，输出设备和外存储设备。 6、数据：编码形式的各种信息，在计算机中作为程序的操作对象。 7、指令：是一种经过编码的操作命令，它指定需要进行的操作，支配计算机中的信息传递以及主机与输入输出设备之间的信息传递，是构成计算机软件的基本元素。 8、透明：在计算机中，从某个角度看不到的特性称该特性是透明的。 9、位：计算机中的一个二进制数据代码，计算机中数据的最小表示单位。 10、字：数据运算和存储的单位，其位数取决于具体的计算机。 11、字节：衡量数据量以及存储容量的基本单位。1字节等于8位二进制信息。 12、字长：一个数据字中包含的位数，反应了计算机并行计算的能力。一般为8位、16位、32位或64位。 13、地址：给主存器中不同的存储位置指定的一个二进制编号。 14、存储器：计算机中存储程序和数据的部件，分为内存和外存。 15、总线：计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合，包括数据总线、地址总线和控制总线。 16、硬件：由物理元器件构成的系统，计算机硬件是一个能够执行指令的设备。 17、软件：由程序构成的系统，分为系统软件和应用软件。 18、兼容：计算机部件的通用性。 19、软件兼容：一个计算机系统上的软件能在另一个计算机系统上运行，并得到相同的结果，则称这两个计算机系统是软件兼容的。 20、程序：完成某种功能的指令序列。 21、寄存器：是运算器中若干个临时存放数据的部件，由触发器构成，用于存储最频繁使用的数据。 22、容量：是衡量容纳信息能力的指标。 23、主存：一般采用半导体存储器件实现，速度较高、成本高且当电源断开时存储器的内容会丢失。 24、辅存：一般通过输入输出部件连接到主存储器的外围设备，成本低，存储时间长。 25、操作系统：主要的系统软件，控制其它程序的运行，管理系统资源并且为用户提供操作界面。 26、汇编程序：将汇编语言程序翻译成机器语言程序的计算机软件。 27、汇编语言：采用文字方式（助记符）表示的程序设计语言，其中大部分指令和机器语言中的指令一一对应，但不能被计算机的硬件直接识别。 28、编译程序：将高级语言程序转换成机器语言程序的计算机软件。 29、解释程序：解释执行高级语言程序的计算机软件，解释并立即执行源程序的语句。 30、系统软件：计算机系统的一部分，进行命令解释、操作管理、系统维护、网络通信、软件开发和输入输出管理的软件，与具体的应用领域无关。

杭电计算机组成原理存储器设计实验5

杭州电子科技大学计算机学院 课程名称 实验项目 指导教师 实验位置 计算机组成原理 存储器设计实验 实验报告 ______ 姓 ______ 班 名 级 号 期 2015年5月15日

本实验的结果正确，根据自己写的coe 文件中存储的数据进行操作，和实验四 有很多的相似 处，只是进行简单的读写的操作 ，实验的结果正确?能够根据操 作,lED 灯显示具体的数据? 配置管脚： NET "C[0]" LOC = T10; NET "C[1]" LOC = T9; NET "Clk" LOC = C9; （ 接 上） 实验 内容 （ 算 法、 程 序、 步骤 NET "LED[0]" LOC = :U16; NET "LED[1]" LOC = :V16; NET "LED[2]" LOC = :U15; NET "LED[3]" LOC = :V15; NET "LED[4]" LOC = :M11; NET "LED[5]" LOC = :N11; NET "LED[6]" LOC = :R11; NET "LED[7]" LOC = :T11; NET "Mem_Addr[2]" LOC = :V9; NET "Mem_Addr[3]" LOC = :M8; NET "Mem_Addr[4]" LOC = :N8; NET "Mem_Addr[5]" LOC = :U8; NET "Mem_Addr[6]" LOC = :V8; NET "Mem_Addr[7]" LOC = :T5; NET "Mem_Write" L( OC = B8; 实验仿真结果 数据 记录 和计 Objqcti f

计算机组成原理课后答案

计算机组成原理课后答案

第一章计算机系统概论 1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？ 解：P3 计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。 计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。 计算机软件：计算机运行所需的程序及相关资料。 硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。 5. 冯?诺依曼计算机的特点是什么？ 解：冯?诺依曼计算机的特点是：P8 ●计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成； ●指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问； ●指令和数据均用二进制表示； ●指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示 操作数在存储器中的位置； ●指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行； ●机器以运算器为中心（原始冯?诺依曼机）。 7. 解释下列概念： 主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。 解：P9-10 主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。 CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE）。 主存：计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。 存储单元：可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。 存储元件：存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不能单独存取。 存储字：一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。 存储字长：一个存储单元所存二进制代码的位数。 存储容量：存储器中可存二进制代码的总量；（通常主、辅存容量分开描述）。 机器字长：指CPU一次能处理的二进制数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。

7存储器设计

实验三十六ROM 一、实验要求 设计一个256×8的ROM 二、实验内容 在设计ROM时，根据ROM的大小，我们可以采用不同的方法进行设计，比如4×8、8×8或16×8的ROM可以采用数组描述或WHEN-ELSE。然而数组描述ROM在面积上是最有效的，在用数组描述时，常把数组常量描述的ROM放在一个程序包中，这种方法可以提供ROM的重用，在程序包中应当用常量定义ROM的大小。而用WHEN-ELSE描述一个ROM，它却是最直观的，它是类似查表的方式来设计的，如下面的例程就是一个用WHEN-ELSE设计的16×8的ROM。但对于MAXPLUS II这个软件，对于用数组描述的ROM在编译过程中会出错，有可能MAXPLUS II在语法支持上不太全面，但可以用其他的VHDL语言仿真综合工具进行仿真或综合，如ACTIVE VHDL、MODELSIM、LEONARDO等。 对于大型的ROM应当采用例化的方法。对于256×8的ROM，我们就可以采用例化的方法来设计实现。 例程：16×8的ROM LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY ROM16_8 is PORT( DATAOUT : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); --Data Output ADDR : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); --ADDRESS CE : IN STD_LOGIC -- Chip Enable ); END ROM16_8; ARCHITECTURE a OF ROM16_8 IS BEGIN DATAOUT <= "00001001" WHEN ADDR = "0000" AND CE='0' ELSE "00011010" WHEN ADDR = "0001" AND CE='0' ELSE "00011011" WHEN ADDR = "0010" AND CE='0' ELSE "00101100" WHEN ADDR = "0011" AND CE='0' ELSE "11100000" WHEN ADDR = "0100" AND CE='0' ELSE "0101" = AND CE='0' ELSE WHEN ADDR "11110000" "00010000" WHEN ADDR = "1001" AND CE='0' ELSE "00010100" WHEN ADDR = "1010" AND CE='0' ELSE "00011000" WHEN ADDR = "1011" AND CE='0' ELSE "00100000" WHEN ADDR = "1100" AND CE='0' ELSE "00000000"; END a; 16×8ROM 波形仿真图如下图36-1。仿真图中输入的不同的地址对应的不同的输出数据可参见程

计算机组成原理相联存储器的设计

沈阳航空航天大学课程设计报告 目录 第1章总体设计方案 (2) 1.1设计原理 (2) 1.2设计思路 (3) 1.3设计环境 (4) 第2章详细设计方案 (5) 2.1顶层方案图的设计与实现 (5) 2.1.1创建顶层图形设计文件 (5) 2.1.2器件的选择与引脚锁定 (5) 2.1.3编译、综合、适配 (6) 2.2功能模块的设计与实现 (7) 2.2.1 输入寄存器的实现 (7) 2.2.2存储体的设计与实现 (8) 2.2.3 数字比较器的实现 (10) 2.2.4查找结果寄存器的实现 (12) 2.3仿真调试 (13) 第3章编程下载与硬件测试 (15) 3.1编程下载 (15) 3.2硬件测试及结果分析 (15) 参考文献 (17) 附录（电路原理图） (18)

第1章 总体设计方案 1.1 设计原理 相联存储器(C ontent Addressed Memory )，它是一种按内容访问的存储器，可以根据数据记录地一部分内容查找其它部分的内容。在相联存储器中，每个存储的数据记录都是固定长度的字，每个字由若干字段组成，每个字段描述了用一个对象的属性，也称一个内容。 相联存储器的结构框图如图1.1所示。 它主要实现将输入寄存器(CR)的信息与存储体的信息作比较，相匹配的置为“1”，不匹配的置为“0”， 将结果送入查找结果寄存器(SRR)中，并输出结果。 图1.1 相联存储器原理框图

1.2 设计思路 根据相联存储器的原理特点，即按照内容寻址，因此可以将相联存储器分为以下几个部分：输入寄存器，译码选择电路，存储体，数字比较器，查找结果寄存器。 输入寄存器(CR)：用来存放检索字，其位数和相联存储器的字长相等。 译码选择电路：用3－8译码器进行译码电路选择，如当置输入端B2B1B0为“000”，时钟脉冲信号为高电位时，可以向存储体第一个单元地址输入八位二进制的字信息，同时其他的存储单元的信息被屏蔽掉。当置输入端B2B1B0为“001”时，时钟信号为高电位时，可以向存储体第二个单元地址输入八位二进制的字信息，同时其他的存储信号单元被屏蔽掉。 存储体（AMU）：用于存放待检索的数据，由八个八位二进制存器构成，以便快速存取。 数字比较器：将检索的内容和从存储体中读出的所有单元内容的相应位进行比较，如果有某个存储单元的信息和检索项一致，就把符合寄存器的相应位置“1”，表示该字匹配；否则置“0”，表示不匹配。 查找结果寄存器（SRR）：用来存放待检索项与存储体的信息中相符合的单元的寄存器地址，其位数等于相联存储器的存储单元总数，每一位对应一个存储单 元，位的序列数即为相联存储器的单元地址。 设存储体由8个字构成，字长为8位的二进制数。CR为比较寄存器，字长也为8位，存放要比较的两个数。首先向输入寄存器输入一个八位二进制的字，然后通过3—8译码器选择电路依次将八个八位二进制数输入到存储体中。将输入到输入寄存器的字通过比较寄存器分别与存储体里的八个字检索比较，若匹配，则输出信号置1，否则置0。匹配信号通过查找结果寄存器（SRR）输出，我们就能找到匹配的那个字。 若存储体八个单元存储的数据分别为0000000、00000001、00000010、00000011、00000100、00000101、00000110， 00000111，输入寄存器中的存储数据是00000011，通过比较器CR进行比较之后，可以知道发现检索数据与存储体中的第四个单元的内容一致，所以结果查找寄存器SRR中的第四个单元置为“1”，