本书为基于RISC-V代理内核的计算机操作系统实验教材，实验分为设计基础实验和挑战实验两个部分，主要内容包括RISC-V体系结构、PKE实验和实验环境配置、中断处理、内存管理、进程管理、文件系统。本书采用RISC-V代理内核在实现代码规模极简化的同时，也更好地保证可操作系统在概念和功能上的完整性，有助于学生将实验重点放在操作系统重要概念对应的实现。本书可作为计算机类、电子信息类相关专业操作系统课程
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内容简介
“计算机组成原理”是一门理论性、工程性和实践性都很强的专业核心基础课程，其实践教学对理论教学具有强支撑作用，是强化读者计算机系统能力、分析与解决复杂工程问题能力的重要途径。
作者本着“理论与实践一体化、实验目标系统化、实验平台虚拟化、课程实验在线化、实验过程游戏化”的原则，历经十年持续的实践教学改革，开发了一系列原创的硬件在线仿真实验，建立了立足计算机系统、逐层递进、以设计型实验为主导的实践教学体系。本书站在硬件工程师的视角，从逻辑门电路开始逐步设计运算器、存储器、数据通路和控制器、冲突冒险与中断异常处理机制，直至完整的RISC-V流水CPU，旨在帮助读者深入理解计算机软硬件系统。
本书可作为高等学校计算机相关专业“计算机组成原理”课程的配套实验指导用书和计算机系统能力培养的参考书，也可供相关专业工程技术人员参考。
章节目录
- 第1章数据表示实验
- 1.1 汉字编码实验
- 1.1.1 实验目的
- 1.1.2 实验原理
- 1.1.3 实验内容
- 1.1.4 实验思考
- 1.2 奇偶校验设计实验
- 1.2.1 实验目的
- 1.2.2 实验原理
- 1.2.3 实验内容
- 1.2.4 实验思考
- 1.3 磁盘阵列条带校验设计实验
- 1.3.1 实验目的
- 1.3.2 实验原理
- 1.3.3 实验内容
- 1.3.4 实验思考
- 1.4 海明校验码设计实验
- 1.4.1 实验目的
- 1.4.2 实验原理
- 1.4.3 实验内容
- 1.4.4 实验思考
- 1.5 CRC 校验码设计实验
- 1.5.1 实验目的
- 1.5.2 实验原理
- 1.5.3 实验内容
- 1.5.4 实验思考
- 1.6 编码流水传输设计实验
- 1.6.1 实验目的
- 1.6.2 实验原理
- 1.6.3 实验内容
- 1.6.4 实验思考
- 第2章运算器实验
- 2.1 可控加减法电路设计实验
- 2.1.1 实验目的
- 2.1.2 实验内容
- 2.1.3 实验思考
- 2.2 4 位快速加法器设计实验
- 2.2.1 实验目的
- 2.2.2 实验内容
- 2.2.3 实验思考
- 2.3 多位快速加法器设计实验
- 2.3.1 实验目的
- 2.3.2 实验内容
- 2.3.3 实验思考
- 2.4 32 位ALU 设计实验
- 2.4.1 实验目的
- 2.4.2 实验内容
- 2.4.3 实验思考
- 2.5 阵列乘法器设计实验
- 2.5.1 实验目的
- 2.5.2 实验内容
- 2.5.3 实验思考
- 2.6 原码一位乘法器设计实验
- 2.6.1 实验目的
- 2.6.2 实验内容
- 2.6.3 实验思考
- 2.7 补码一位乘法器设计实验
- 2.7.1 实验目的
- 2.7.2 实验内容
- 2.7.3 实验思考
- 2.8 乘法流水线设计实验
- 2.8.1 实验目的
- 2.8.2 实验内容
- 2.8.3 实验思考
- 第3章存储系统实验
- 3.1 RAM 组件实验
- 3.1.1 实验目的
- 3.1.2 实验原理
- 3.1.3 实验内容
- 3.1.4 实验思考
- 3.2 存储器扩展实验
- 3.2.1 实验目的
- 3.2.2 实验内容
- 3.2.3 实验思考
- 3.3 RISC-V 存储子系统设计实验
- 3.3.1 实验目的
- 3.3.2 实验原理
- 3.3.3 实验内容
- 3.3.4 实验思考
- 3.4 RISC-V 寄存器文件设计实验
- 3.4.1 实验目的
- 3.4.2 实验内容
- 3.4.3 实验思考
- 3.5 cache 硬件设计实验
- 3.5.1 实验目的
- 3.5.2 实验原理
- 3.5.3 实验内容
- 3.5.4 实验思考
- 3.6 cache 软件仿真实验
- 3.6.1 实验目的
- 3.6.2 实验原理
- 3.6.3 实验内容
- 3.7 cache 性能分析实验
- 3.7.1 实验目的
- 3.7.2 实验原理
- 3.7.3 实验内容
- 3.8 虚拟存储器仿真实验
- 3.8.1 实验目的
- 3.8.2 实验内容
- 第4章RISC-V 汇编程序设计实验
- 4.1 RISC-V 体系结构
- 4.1.1 RISC-V 通用寄存器
- 4.1.2 RISC-V 浮点寄存器
- 4.1.3 RISC-V 控制状态寄存器
- 4.2 RISC-V 指令集
- 4.2.1 功能描述符号
- 4.2.2 指令格式
- 4.2.3 R 型指令
- 4.2.4 I 型指令
- 4.2.5 S 型指令
- 4.2.6 B 型指令
- 4.2.7 U 型指令
- 4.2.8 J 型指令
- 4.2.9 RISC-V 寻址方式
- 4.2.10 RISC-V 数据类型
- 4.3 RISC-V 汇编入门
- 4.3.1 程序结构
- 4.3.2 数据声明
- 4.3.3 RISC-V 访存指令
- 4.3.4 汇编寻址方式
- 4.3.5 算术运算指令
- 4.3.6 程序控制指令
- 4.3.7 RISC-V 伪指令
- 4.3.8 系统调用与输入/输出
- 4.4 RISC-V 编程进阶
- 4.4.1 运算语句
- 4.4.2 数组访问
- 4.4.3 条件分支结构
- 4.4.4 do while 循环结构
- 4.4.5 while 循环结构
- 4.4.6 for 循环结构
- 4.4.7 过程调用
- 4.5 RISC-V 汇编程序设计实验
- 4.5.1 实验目的
- 4.5.2 实验内容
- 第5章RISC-V 处理器设计实验
- 5.1 单总线三级时序CPU 设计实验
- 5.1.1 实验目的
- 5.1.2 实验原理
- 5.1.3 实验内容
- 5.1.4 实验思考
- 5.2 单总线现代时序CPU 设计实验
- 5.2.1 实验目的
- 5.2.2 实验原理
- 5.2.3 实验内容
- 5.2.4 实验思考
- 5.3 单周期RISC-V 处理器设计实验
- 5.3.1 实验目的
- 5.3.2 实验原理
- 5.3.3 实验内容
- 5.3.4 注意事项
- 5.3.5 实验思考
- 第6章指令流水线设计实验
- 6.1 理想流水线CPU 设计实验
- 6.1.1 实验目的
- 6.1.2 实验原理
- 6.1.3 实验内容
- 6.1.4 注意事项
- 6.1.5 实验思考
- 6.2 气泡流水线CPU 设计实验
- 6.2.1 实验目的
- 6.2.2 实验原理
- 6.2.3 实验内容
- 6.2.4 实验测试
- 6.2.5 实验思考
- 6.3 重定向流水线CPU 设计实验
- 6.3.1 实验目的
- 6.3.2 实验原理
- 6.3.3 实验内容
- 6.3.4 实验思考
- 6.4 动态分支预测机制设计实验
- 6.4.1 实验目的
- 6.4.2 实验原理
- 6.4.3 实验内容
- 6.4.4 实验思考
- 第7章输入/输出系统实验
- 7.1 程序查询控制方式编程实验
- 7.1.1 实验目的
- 7.1.2 实验原理
- 7.1.3 实验内容
- 7.2 中断服务程序编程实验
- 7.2.1 实验目的
- 7.2.2 实验原理
- 7.2.3 实验内容
- 7.3 三级时序中断机制设计实验
- 7.3.1 实验目的
- 7.3.2 实验内容
- 7.3.3 实验思考
- 7.4 现代时序中断机制设计实验
- 7.4.1 实验目的
- 7.4.2 实验内容
- 7.4.3 实验思考
- 7.5 单周期RISC-V 单级中断机制设计实验
- 7.5.1 实验目的
- 7.5.2 实验内容
- 7.5.3 实验思考
- 7.6 单周期RISC-V 多重中断机制设计实验
- 7.6.1 实验目的
- 7.6.2 实验内容
- 7.6.3 实验思考
- 7.7 流水中断机制设计实验
- 7.7.1 实验目的
- 7.7.2 实验内容
- 7.7.3 实验思考
- 第8章实验平台与常见问题
- 8.1 Logisim 软件介绍
- 8.2 Logisim 常见问题
- 8.3 头歌平台介绍
- 8.4 头歌平台常见问题
- 8.5 RARS 仿真器介绍
- 8.5.1 RARS 集成开发环境
- 8.5.2 交互式调试功能
- 第9章Logisim 库参考手册
- 9.1 线路库
- 9.1.1 分线器
- 9.1.2 引脚
- 9.1.3 探针
- 9.1.4 隧道
- 9.1.5 上/下拉电阻
- 9.1.6 时钟
- 9.1.7 常量
- 9.1.8 电源/接地
- 9.1.9 位扩展器
- 9.2 逻辑门库
- 9.2.1 非门
- 9.2.2 缓冲器
- 9.2.3 与/或/与非/或非门
- 9.2.4 异或/异或非/奇校验/偶校验门
- 9.2.5 三态缓冲器/三态非门
- 9.3 复用器库
- 9.3.1 多路选择器
- 9.3.2 解复用器
- 9.3.3 译码器
- 9.3.4 优先编码器
- 9.3.5 位选择器
- 9.4 运算器库
- 9.4.1 加法器
- 9.4.2 减法器
- 9.4.3 乘法器
- 9.4.4 除法器
- 9.4.5 求补器
- 9.4.6 比较器
- 9.4.7 移位器
- 9.4.8 逐位加法器
- 9.4.9 位查找器
- 9.5 存储库
- 9.5.1 D/T/J-K/R-S 触发器
- 9.5.2 寄存器
- 9.5.3 计数器
- 9.5.4 移位寄存器
- 9.5.5 随机数生成器
- 9.5.6 随机存储器
- 9.5.7 只读存储器
- 9.6 输入/输出库
- 9.6.1 按钮
- 9.6.2 操纵杆
- 9.6.3 键盘
- 9.6.4 LED 指示灯
- 9.6.5 七段数码管
- 9.6.6 十六进制显示数码管
- 9.6.7 LED 矩阵
- 9.6.8 TTY
- 9.7 基础库
- 9.7.1 手形戳工具
- 9.7.2 选择编辑工具
- 9.7.3 连线工具
- 9.7.4 文本标签工具
- 9.7.5 菜单工具
- 参考文献
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计算机组成原理实验指导（基于RISC-V在线实训）是2024年由人民邮电出版社出版,作者组编。
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