一、实验目的

本实验旨在通过实际操作，加深对计算机组成原理相关知识的理解。通过对计算机硬件结构的观察与分析，掌握基本的逻辑电路设计方法，理解运算器、控制器、存储器等核心部件的工作原理。同时，培养动手能力和问题分析能力，为后续学习计算机系统相关课程打下坚实基础。

二、实验内容

本次实验主要围绕计算机的基本组成模块展开，包括以下几个部分：

1. 运算器（ALU）功能验证

通过搭建简单的算术逻辑单元，完成加法、减法、逻辑与、逻辑或等基本运算，并记录不同输入下的输出结果，验证其功能是否符合预期。

2. 寄存器组设计与测试

设计并实现一个包含多个通用寄存器的寄存器组，用于临时存储数据和中间结果。通过编写控制信号，测试寄存器的数据读写功能，确保其稳定性和准确性。

3. 控制器逻辑分析

利用状态机模型模拟控制器的运行过程，分析指令执行流程，了解如何根据不同的操作码生成相应的控制信号，驱动其他部件协同工作。

4. 存储器访问实验

搭建一个简单的存储器模型，进行地址译码和数据读写操作，观察存储器在不同地址下的响应情况，验证其正确性。

三、实验设备与工具

- 实验平台：数字电路实验箱

- 芯片型号：74LS系列逻辑门芯片、74LS181 ALU芯片、74LS194移位寄存器等

- 工具：示波器、万用表、逻辑分析仪

- 软件辅助：Multisim仿真软件（用于电路设计与验证）

四、实验步骤

1. 根据实验要求，绘制运算器电路图，选择合适的逻辑芯片进行连接。

2. 搭建寄存器组电路，设置适当的控制信号以实现数据的读取与写入。

3. 使用状态机模型设计控制器逻辑，确定各阶段的操作顺序与控制信号。

4. 构建存储器模型，连接地址总线和数据总线，完成数据的读写测试。

5. 对各个模块进行独立测试，记录实验现象和结果。

6. 将各模块组合在一起，进行整体系统的调试与优化。

五、实验结果与分析

在实验过程中，各模块均能正常运行，达到了预期目标。运算器能够准确完成加减法及逻辑运算；寄存器组在控制信号的作用下实现了数据的正确存储与读取；控制器按照预定的状态转移顺序执行指令，有效协调了各部件之间的配合；存储器在不同地址下成功完成了数据的读写操作。

通过实验，进一步理解了计算机内部各部件的功能与相互关系，认识到理论知识在实际应用中的重要性。同时，在实验中也发现了一些问题，如信号延迟、时序不匹配等，这些问题需要在今后的学习中进一步研究和解决。

六、心得体会

本次实验不仅巩固了课堂所学的知识，还提高了自身的实践能力与团队协作意识。在实验过程中，遇到了不少困难，但通过查阅资料、请教老师和同学讨论，最终顺利解决了问题。这让我深刻体会到理论与实践相结合的重要性。

此外，实验过程中还学会了如何合理安排时间、细致分析问题、耐心调试电路，这些经验对未来的学习和工作都具有重要意义。

七、结论

综上所述，本次实验达到了预期的教学目标，使我们对计算机组成原理有了更加深入的理解。通过亲手搭建和调试电路，增强了动手能力和工程思维。希望在今后的学习中，能够继续加强对计算机系统结构的研究，不断提升自己的专业素养。

——《计算机组成原理实验报告》