(完整版)雷达组成及原理
雷达的组成及其原理
课程名称：现代阵列并行信号处理技术
姓名：杜凯洋
学号：2015010904025
教师：王文钦教授
一．简介
雷达（Radar，即radio detecting and ranging），意为无线电搜索和测距。它是运用各种无线电定位方法，探测、识别各种目标，测定目标坐标和其它情报的装置。在现代军事和生产中，雷达的作用越来越显示其重要性，特别是第二次世界大战，英国空军和纳粹德国空军的“不列颠”空战，使雷达的重要性显露的非常清楚。雷达由天线系统、发射装置、接收装置、防干扰设备、显示器、信号处理器、电源等组成。其中，天线是雷达实现大空域、多功能、多目标的技术关键之一；信号处理器是雷达具有多功能能力的核心组件之雷达种类很多，可按多种方法分类：
（1）按定位方法可分为：有源雷达、半有源雷达和无源雷达。
（2）按装设地点可分为；地面雷达、舰载雷达、航空雷达、卫星雷达等。
（3）按辐射种类可分为：脉冲雷达和连续波雷达。
（4）按工作被长波段可分：米波雷达、分米波雷达、厘米波雷达和其它波段雷达。
（5）按用途可分为：目标探测雷达、侦察雷达、武器控制雷达、飞行保障雷达、气象雷达、导航雷达等。
二. 雷达的组成
（一）概述
1、天线：辐射能量和接收回波（单基地脉冲雷达），（天线形状，波束形状，扫描方式）。
2、收发开关：收发隔离。
3、发射机：直接振荡式（如磁控管振荡器），功率放大式（如主振放大式），（稳定，产生复杂波形，可相参处理）。
4、接收机：超外差，高频放大，混频，中频放大，检波，视频放大等。（接收机部分也进行一些信号处理，如匹配滤波等），接收机中的检波器通常是包络检波，对于多普勒处理则采用相位检波器。
5、信号处理：消除不需要的信号及干扰而通过或加强由目标产生的回波信号，通常在检测判决之前完成（MTI，多普勒滤波器组，脉冲压缩），许多现代雷达也在检测判决之后完成。
6、显示器（终端）：原始视频，或经过处理的信息。
7、同步设备（视频综合器）：是雷达机的频率和时间标准（只有功率放大式（主振放大式）才有）。
（二）雷达发射机
1、单级振荡式：大功率电磁振荡产生与调制同时完成（一个器件）
图2-1 单级振荡式发射机
（1）定时器提供以r T 为间隔的脉冲触发信号
（2） 脉冲调制器：在触发脉冲信号激励下产生脉宽为τ的大功率视频脉冲信号。
（3）功率射频振荡器：产生大功率射频信号。
特点：简单，廉价，高效，难以产生复杂调制，频率稳定性差，451010---。
2、主振放大式（主控振荡器加上射频放大链）：先产生小功率的CW 振荡，再分多级进行调制和放大。
图2-2 主振放大式发射机
（1）定时器：给三个脉冲调制器提供不同时间，不同宽度的触发脉冲信号
（2）固体微波源：是高稳定度的 CW 振荡器，在脉冲调制下形成输出脉冲
（3）中间放大器：在微波源脉冲到达后很短时间处于放大状态，在微波脉冲结束后退出放大状态，受脉冲控制
（4）出功率放大器：产生大功率的脉冲射频信号
特点：调制准确，能够适应多种复杂调制，系统复杂，昂贵，效率低。
（三）雷达接收机
一、 超外差雷达接收机的组成
优点：灵敏度高、增益高、选择性好、适应性广。
图3-1 超外差式雷达接收机简化框图
1、高频部分：
（1）T/R 及保护器：发射机工作时，使接收机输入端短路，并对大信号限幅保护。
（2）低噪声高放：提高灵敏度，降低接收机噪声系数，热噪声增益。
（3）Mixer ，LD ，AFC ：保证本振频率与发射频率差频为中频，实现变频。
2、中频部分及 AGC ：
（1）匹配滤波：max (/)o S N
（2）AGC ：auto gain control.
3、视频部分：
（1）检波：包络检波，同步（频）检波（正交两路） ，相位检波。
（2）放大：线形放大，对数放大，动态范围。
雷达接收机的主要质量指标
1、灵敏度min i S ：用最小可检测信号功率 min i S 表示，检测灵敏度，给定虚警概率 fa P ，达到指定检测概率d P 时的输入端的信号功率：
min i S =i S |fa P =const ，d P =const
保证下面灵敏所需接收机gain=120-160 dB ，min i S ＝-120～-140dbw 主要由中频
完成。
2、工作频带宽度：指瞬时工作频率范围，频率捷变雷达要求的接收机工作频带宽度：10-20% 。
3、动态范围：表示接收机能够正常工作所允许的输入信号强度的变化范围，过载时的 i S |min i S ，80-120 dB 。
4、中频的选择与滤波特性：012
R f f ≥? ，中频选择通常选择 30M ～500M ，抑制镜频.实际与发射波形特性，接收机工作带宽有关。
5、工作稳定性和频率稳定度：指当环境变化时，接收机性能参数受到影响的程度，频率稳定度，信号处理，采取频率稳定度、相位稳定度提高的本振，“稳定本振” 。
6、抗干扰能力：杂波干扰（MTI ，MTD ） 、有源干扰、假目标干扰。
7、微电子化和模块化结构。MMIC 微波单片集成电路、IMIC 中频单片集成电路、ASIC 专用集成电路。
四、雷达的终端显示器和录取设备
1、距离显示器： 图 4.1 显示目标的斜距坐标，用光点在荧光屏上偏转的振幅来表示目标回波的大小，所以又称为偏转调制显示器。
A 显：直线扫掠，扫掠线长度和雷达的距离量程相对应，直线的起始点为雷达，回波距离点的长度表示距离，有距离刻度。
A/R 显：A 显同上，R 显上 A 的某一段进行放大。
J 显：圆周扫掠，顶端为雷达圆弧长表示距离，读数精度提高π 倍。
2、平面显示器： 图4.2，又称 PPI(Plan position indicator)显，显示斜距、方位，是二维显示器，用亮点来显示坐标，属亮度调制显示器。
P 显：圆心为雷达，径长表示距离，顶向方位为正北，圆周角表方位，顺时针方
向。
偏心式 P 显：移动原点，使放大给定方向。
以上两种均为极坐标。
B 式显示：直角坐标，常用微 B 式显示，距离和方位只显示一段。
3、高度显示器：
RHI 显示：水平距离和高度、仰角，雷达在左下方。
4.情况显示器：
一次信息：雷达
二次信息：表格数据、特征符号、地图等。
5.光栅扫描雷达显示器：
数字显示技术的应用。既能显示目标回波的二次信息，也能显示各种二次信息以及背景地图。
三．雷达原理
（一）基本雷达方程 1、距离R 处任一点处的雷达发射信号功率密度：21
222444t PG S S R R R
σσπππ==?,t P 雷达发射功率。 2、对于定向天线，考虑到天线增益G ，表示相对于各向同性天线，则'124t PG S R π=
3、以目标为圆心，雷达处散射的功率密度：21
222444t PG S S R R R σσπππ==?, σ 雷达散射截面积。
4、雷达天线接收面积e A ，收到功率224
(4)t e r e PGA P A S R σπ==. 5、最大测量距离：当雷达接收功率为接收机最小检测功率（即临界灵敏度）时min r P S =时，1/4
max 2min [](4)t e PGA R S σπ=
6.
收发不同天线时，
222444(4)t t t t r r r P G P G A P A R R R σσπππ????=??=?
14max 2min
[](4)t t r i P G A R S σπ???=? 7. 收发共天线时，
r t A A A ==
2224144t t r t r P G A G G A R R
πσλππ?==???? 2
4t r G A λπ
?= 1122244max 222min min
()()(4)(4)t t t r i i P G P A R S S σλσππλ?????==??? 雷达实际作用距离受目标后向散射截面积σ 、 min i S 、噪声和其他干扰的影响，具有不确定性，服从统计学规律。
（二）雷达距离的测量
磁波在均匀介质中以光速匀速直线传播；测量目标回波滞后于发射信号的延迟时间 的测量：脉冲雷达采用脉冲法；连续波雷达采用频率法和相位法
确定回波到达的位置：
前沿法：以目标回波脉冲的前沿测量到达时间。
特点：物理概念清楚（适用于人工测量）、前沿受回波大小及噪声影响
中心法：以回波脉冲的中心测量回波到达时间。
特点：到达时间的测量不受波形的影响、适用于自动跟踪系统，采用专用电路；
R t R t
提高距离分辨力：发射脉宽窄、管子聚焦性要好、降低显示器量程、提高电子束扫描速度 提高单值可测距离：降低重复频率、多重频率法、舍脉冲法
人工距离跟踪特点：
1、锯齿电压法：跟踪范围大，精度低
2、相位调制法：跟踪范围小，精度高
3、复合法：跟踪范围大，精度高
（三）角度测量
雷达角度坐标的确定
方位角α，高低角β
绝对坐标表示法：
方位角α——基准为正北，顺时针方向为正。
高低角β——基准为水平面，向上方向为正。
相对坐标表示法：测出目标相对于天线轴线的偏离角，再根据天线轴线的实际角度，计算出目标实际角度。
角度分辨力：雷达将相同距离上相互靠近的两个目标区分的最小角度。角度分辨力由天线半功率波束宽度决定。
振幅法：利用天线收到的回波信号幅度值进行角度测量。
最大信号法：天线作圆周扫描或扇形扫描时，找出回波脉冲串的最大值（中心值）对应的波束轴线指向角度，即为目标所在方向。
等信号法：采用两个相同且彼此部分重叠的波束，当两个波束收到的回波信号相等时，等信号轴所指方向即为目标方向。
最小信号法：采用两个在零点处相切的波束，转动天线使显示器上的回波消失或最小时， 天线零值轴所指方向即为目标的角度。
波束的扫描方法：
1、机械扫描：利用整个天线系统或其中一部分机械运动实现波束扫描。
（1）整个天线系统转动
（2）馈源不动，反射体摆动
（3）反射体不运动，馈源动
优点：简单
缺点：机械运动惯性大，扫描速度低，精度差
2、电扫描：天线系统不做任何机械运动，利用电子技术实现波束扫描。
实现方法：相位法、频率法、时间延迟法
特点：无惯性限制，波束控制迅速，方便灵活特别适用于要求波束快速扫描及巨型天线的雷达。
（四）运动目标检测及测速
多普勒效应：
1、连续波信号的多普勒效应
雷达发射信号可表示为：
在雷达发射站处接收到由目标反射的回波信号s ()r t 为：
式中,00222()2r R t f R c πωπλ
?==r t = 2R/c ，为回波滞后于发射信号的时间，其中R 为目])(cos[)()(0?ω+-=-=r r r t t kA t t ks t s
标和雷达站间的距离；c 为电磁波传播速度，在自由空间传播时它等于光速；k 为回波的衰减系数。
如果目标固定不动, 则距离R 为常数。回波与发射信号之间有固定相位差00222()2r R t f R c πωπλ?==，它是电磁波往返于雷达与目标之间所产生的相位滞后。 动目标显示雷达的基本类型
中频全相参(干)动目标显示：当雷达发射机采用主振放大器时, 每次发射脉冲的初相由连续振荡的主振源控制, 发射信号是全相参的, 即发射高频脉冲、本振电压、相参电压之间均有确定的相位关系。相位检波通常是在中频上进行的, 因为在超外差接收机中, 信号的放大主要依靠中频放大器。在中频进行相位检波, 仍能保持和高频相位检波相同的相位关系。 锁相相参动目标显示：当雷达发射机采用自激振荡器(如磁控管振荡器)时, 它的每一发射脉冲高频起始相位是随机的。因此，为了得到与发射脉冲起始相位保持严格关系的基准电压, 应该采用锁相的办法, 也就是使振荡电压的起始相位受外加电压相位的控制。原则上有两种锁相的办法: 一种是将发射机输出的高频电压加到相参振荡器去锁相; 另一种是将连续振荡的相参电压加到发射机振荡器去, 以控制发射脉冲的起始相位。后一种方法要求较大的控制功率, 因而在实际中用得较少。
四．并行计算机在现代雷达信号处理中的应用
1 大规模并行处理机的并行性
大规模并行处理机的并行性 设计大规模并行处理机取决于应用问题的算法、 程序设计语言和处理机结构,而基础在于并行性。算 法的并行性是该算法中可并行执行的操作次数。并行 处理机在图像处理、信号处理和神经网络中有巨大的 应用潜力。一幅图像的所有像素均可对应分配到阵列 各处理单元中,每个处理机对应一个像素。如一帧图 像很大,可以被分块,每块图像大小等于处理单元阵列的大小。信号处理机用向量或矩阵运算是利用大量处 理单元对向量或矩阵包含的各元素同时进行计算。用 SIMD 矢量指令取代单计算机程序的级内循环。数据 并行性就可使所有处理单元在阵列的各单元上并行执 行同样指令。在 ISAR 成像雷达中,数据并行性可按 纵向距离单元和横向距离单元进行运算。英国机载 MPRF 多普勒搜索雷达应用 DAP 时,搜索雷达的数据 并行性为 6 万点。瑞典机载多普勒( MPRF)雷达信号 处理应用的 SIMD 大规模并行处理机,其数据并行性 是 1 万个元素,这就意味着每个相干处理间隔( CPI) 内处理 100 个脉冲,而每个脉冲有 100 个距离门,100 ×100 =1 万个采样。MP -2 的结构并行性为 128 × 128=16K 。每个处理机单元都执行相同的所有信号 处理运算。 SIMD(单指令多数据流)结构中 FFT 并行算法, 对于一个 N 点数组,如果采用基 r FFT 算法,用顺序 处理机则每级迭代要进行 N/r 次蝶形运算。如果我 们并行 N/r 个基r 蝶形运算器,则每一级迭代只需一 个蝶形运算时间完成,是顺序处理机的 N/r 倍。此 N 点可取 16K 、1024、…等。N 数由雷达距离单元数 和多普勒带宽决定, N =PRF Δ f D ,其中 PRF 为脉冲重复 频率, Δ fD 为多普勒频率分辨率。现在流行的多处理 机结构实行的是 MIMD 方式,那就应用 MPMD(多程 序多数据)方式,多个进程可执行不同代码,功能并行, 用并行块构造。那就没有 SIMD 方式那么多的结构并 行性,则可把 FFT 变换的大 N 点数分成N1 N2
二．现代雷达应用的大规模并行处理机
（一）国外应用的大规模并行处理机
1.美国MP-2 大规模并行处理机1992 年美国成功研制出MP-2 并行处理机,其结构为SIMD,网络拓扑为X 网,交叉开关,网络传送速度为1. 4 ～23MB/s,其处理单元为专用芯片,处理单元数为1 024 ～16 384,处理单元峰值为0 . 15Mflops (每秒百万浮点运算) , MP-2 峰值处理速度为
2. 4Gflops(每秒千兆次浮点运算) ,主存容量4GB(千兆字节)。一台这种4 096 个处理机的机器安装在美国衣阿华州立大学的Ames 实验室中,有时运算速度超过1Gflops。该机1993 年标价为50 余万美元。MP-2 的处理机芯片采用的是1μm CMOS 处理技术,支持超过12MHz 的时钟频率。该机已成功用于THAAD 和NMD 系统中的地基雷达。
2.美国的PEPE 并行单元处理集合机美国Burroughs 公司于1977 年成功研制的PEPE 并行单元处理集合机现被用作反弹道导弹的雷达信号处理,属SIMD 结构,是管理阵列的处理机以实现雷达的实时跟踪。该机运算速度可达1 亿次浮点运算/秒, 共有288 个处理单元,每个处理单元负责观察一个目标,在其存储器内保存特定目标的一个数据文件。
3.美国反导雷达应用的阵列处理机美国于1989 年初已成功地对实弹发射的所有能力作了演习。此阵列处理机能以10s 的更新率提供多达 1 200 个目标的点迹数据。处理能力包括弹道导弹型号、发射点和弹道点的识别。
（二）神经网络应用的并行处理机
神经网络模型映射到并行结构所用的技术为启发性( heuristic)映射。处理机相互连接成网格,能执行所有计算(例如加权的输入求和、求激活函数、求矢量和矩阵输出函数)。在处理机的N ×N 网格上实现n 个神经元和 e 个突触连接(这里N2 ≥n +e 表示处理机数多于数据项数)。处理机阵列为N ×N , N 大到足够在阵列中存储所有神经元值和突触权值,每个处理机分配到一个项,此映射分两步: 神经元和权值加载入处理机,由内连路径传送。
（三）中国现状
( 1)北航星载SAR 数据成像用Origin2000并行机
据2002 年报道,对星载SAR RD 成像算法的并行化,采用阶段并行和流水线相结合的并行方法。SGI 公司的Origin 2000 是共享存储多处理机,在硬盘中按距离向逐点存储原始SAR 数据。在方位向上有8192 点、距离向上有3 900点的复数据。
( 2)科学院电子所的星载SAR 雷达用曙光1000 和曙光2000-Ⅱ并行机
曙光1000 采用并行的2DFFT 实现二维相关运算。整个处理时间约为350s,曙光
1000A 为150 ～160s。可完成星载SAR雷达CS( chirp scaling)线性调频定标算法的并行处理,并利用该并行机完成对CS 算
法的实时成像并行化结构的系统仿真。利用的是加拿大国家航天署提供的RAOARSAT 1 星载SAR 数据, 效果很好。
( 3)电子科技大学
成都电子科技大学在国产曙光3000-Ⅱ机群上实验了SAR 实时数字成像处理(作地面系统的实时处理)。结果证明,研究工作是有效的。曙光3000-Ⅱ并行机有16 个结点( 64 个CPU) ,AIX4. 3. 3 操作系统、C 语言。采用基于CS 算法作并行运算, 处理大小为16 384×16 384,回波数据的总时间(包括数据加载和图像存储的时间)为72. 12s。CS 算法只用FFT 运算和复乘,无需内插,因而消除了使用内插使图像质量变坏的现象。经过CS 相位相乘后,所有目标的距离变曲程度与参考距离的弯曲程度相同。FFT 变换采用曙光3000 提供的数学函数库。
( 4)西安微电子技术研究所
该所于1997 年成功研制出我国第一代用于航空航天图像处理的嵌入式大规模并行处理( MPP)元芯片,阵列规模为64×64( 4 096)的样机于2001 年 6 月通过鉴定。该MPP 并行机能及时准确地计算飞行器所处的位置,以使制导系统修正其航向
（四）结论
目前国内外大规模并行处理机的发展速度很快, 美国处于世界领先水平,我国与美国相比还相差较大距离,我们应借鉴国外经验,尤其是美国的研制并行机的经验,以促进我国并行机的发展。此外,并行机应用于雷达,以提高信号处理速度,将是必然的发展趋势。
雷达系统原理考纲及详解
雷达原理与系统（必修）知识要点整理 第一章： 1、雷达基本工作原理框图认知。 测距：利用发射信号回波时延 测速：动目标的多普勒效应 测角：电磁波的直线传播、天线波束具有方向性 2、雷达面临的四大威胁 电子侦察电子干扰、低空超低空飞行器、隐身飞行器、反辐射导弹3、距离和延时对应关系 4、速度与多普勒关系（径向速度与线速度） 5、距离分辨力，角分辨力 6、基本雷达方程（物理过程，各参数意义，相互关系，基本推导）
7、雷达的基本组成（几个主要部分），及各部分作用 第二章雷达发射机 1、单级振荡与主振放大式发射机区别 2、基本任务和组成框图
3、峰值功率、平均功率，工作比（占空比），脉宽、PRI（Tr），PRF（fr）的关系。 第三章接收机 1、超外差技术和超外差接收机基本结构（关键在混频）
2、灵敏度的定义，识别系数定义 3、接收机动态范围的定义 4、额定噪声功率N=KTB N、噪声系数计算及其物理意义
5、级联电路的噪声系数计算 6、习题 7、AGC，AFC，STC的含意和作用 AFC：自动频率控制，根据频率偏差产生误差电压调整本振的混频频率，保证中频稳定不变
AGC：自动增益控制，调整接收机动态范围 STC：近程增益控制，防止近程杂波干扰引起的中放过载 第四章显示器 1、雷达显示器类型及其坐标含义； 距离显示器、平面显示器、高度显示器 2、A型、B型、P型、J型 第五章作用距离 1、雷达作用距离方程，多种形式，各参数意义，PX=？Rmax=？（灵敏度表示的、检测因子表示的等） 2、增益G和雷达截面A的关系 2、雷达目标截面积定义 3、习题 4、最小可检测信噪比、检测因子表示的距离方程
计算机组成原理实验报告
福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：计算机科学与技术专业：计算机科学与技术年级： 09级 姓名：张文绮学号： 091150022 实验课程：计算机组成原理 实验室号：___田405 实验设备号： 43 实验时间：2010.12.19 指导教师签字：成绩： 实验一算术逻辑运算实验 1．实验目的和要求 1. 熟悉简单运算器的数据传送通路； 2. 验证4位运算功能发生器功能(74LS181)的组合功能。 2．实验原理 实验中所用到的运算器数据通路如图1-1所示。其中运算器由两片74181
以并/串形式构成8位字长的ALU。运算器的输出经过一个三态门(74245)和数据总线相连，运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器(74373)锁存，锁存器的输入连接至数据总线，数据开关INPUT DEVICE用来给出参与运算的数据，并经过一个三态门(74245)和数据总线相连，数据显示灯“BUS UNIT”已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。 图1-2中已将用户需要连接的控制信号用圆圈标明(其他实验相同，不再说明)，其中除T4为脉冲信号，其它均为电平信号。由于实验电路中的时序信号均已连至W/R UNIT的相应时序信号引出端，因此，在进行实验时，只需将W/R UNIT 的T4接至STATE UNIT的微动开关KK2的输出端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲，而S3，S2，S1，S0，Cn，LDDR1，LDDR2，ALU-B，SW-B各电平控制信号用SWITCH UNIT中的二进制数据开关来模拟，其中Cn，ALU-B，SW-B为低电平控制有效，LDDR1，LDDR2为高电平有效。 3．主要仪器设备（实验用的软硬件环境） ZYE1603B计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。 4．操作方法与实验步骤
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。
(完整版)雷达系统原理框图及编程思想
雷达系统原理框图及编程思想 图1 雷达系统原理图 1、回波信号 回波信号由目标回波（动目标），地物杂波（静目标），及系统高斯白噪声组成。 线性调频信号：x=rect(t/mk)exp(jπkt2) (k=B/mk) 目标回波：y＝rect(t/mk)*exp(j*2*pi*((f1+k*t/2).*t+fd*i*T)) 地物杂波（静目标）：y＝rect(t/mk)*exp(j*2*pi*((f1+k*t/2).*t)) 系统噪声（高斯白噪声）：z＝0.2*randn(1,N)。 参数： 载频f0＝30MHz，线性调频信号带宽B＝4MHz，脉宽mk＝5us，周期Tr＝30us；多普勒频移fd＝1000，选取回波数：n＝5 其波形如图：
图2 回波 2、高放 高放采用50阶FIR滤波器，中心频率为30MHz，通带为20MHz。 高放后的波形图：
图3 高放后时域频域图形 3、混频＋中放 混频的参考频率为20MHz 中放采用50阶FIR滤波器，中心频率为10MHz，通带为4MHz。 图4 混频＋中放后时域频域图形 4、相干检波 参考源的时钟频率f0=10MHz; I 路：I=0.5*X*cos(Φ(t))；Q路：Q=0.5*X*sin(Φ(t))； 原理图： 中放之后 的信号 sin2πf0t cos2πf0t LDF LDF I路 Q路 波形图：
图5 相位检波后I、Q两路时域图 5、A/D转换 采样频率为5MHz。 x0=(Vmax/2a)*int{xi*2a / Vmax };其中，a为AD位数
图6 AD采样后后I、Q两路时域图 6、脉冲压缩 采用发射信号作为匹配滤波。 匹配滤波的脉冲响应： H(k)=X*(k)exp(-j2πkN), k=0,1,2…N 线性调频信号： x(n)=rect(n/N)exp(jπkn2) (k=B/tao); 图7 脉冲压缩时域图8、MTI MTI采用一次对消： y(n)=x(n)-x(n-1); n=1,2,3…N
计算机组成原理实验报告
重庆理工大学 《计算机组成原理》 实验报告 学号 __11503080109____ 姓名 __张致远_________ 专业 __软件工程_______ 学院 _计算机科学与工程 二0一六年四月二十三实验一基本运算器实验报告
一、实验名称 基本运算器实验 二、完成学生：张致远班级115030801 学号11503080109 三、实验目的 1．了解运算器的组成结构。 2．掌握运算器的工作原理。 四、实验原理： 两片74LS181 芯片以并/串形式构成的8位字长的运算器。右方为低4位运算芯片，左方为高4位运算芯片。低位芯片的进位输出端Cn+4与高位芯片的进位输入端Cn相连，使低4位运算产生的进位送进高4位。低位芯片的进位输入端Cn可与外来进位相连，高位芯片的进位输出到外部。 两个芯片的控制端S0～S3 和M 各自相连，其控制电平按表2.6-1。为进行双操作数运算，运算器的两个数据输入端分别由两个数据暂存器DR1、DR2（用锁存器74LS273 实现）来锁存数据。要将内总线上的数据锁存到DR1 或DR2 中，则锁存器74LS273 的控制端LDDR1 或LDDR2 须为高电平。当T4 脉冲来到的时候，总线上的数据就被锁存进DR1 或DR2 中了。 为控制运算器向内总线上输出运算结果，在其输出端连接了一个三态门（用74LS245 实现）。若要将运算结果输出到总线上，则要将三态门74LS245 的控制端ALU-B 置低电平。否则输出高阻态。数据输入单元(实验板上印有INPUT DEVICE)用以给出参与运算的数据。其中，输入开关经过一个三态门（74LS245）和内总线相连，该三态门的控制信号为SW-B，取低电平时，开关上的数据则通过三态门而送入内总线中。 总线数据显示灯（在BUS UNIT 单元中）已与内总线相连，用来显示内总线上的数据。控制信号中除T4 为脉冲信号，其它均为电平信号。 由于实验电路中的时序信号均已连至“W/R UNIT”单元中的相应时序信号引出端，因此，需要将“W/R UNIT”单元中的T4 接至“STATE UNIT”单元中的微动开关KK2 的输出端。在进行实验时，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲。 S3、S2、 S1、S0 、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B 各电平控制信号则使用“SWITCHUNIT”单元中的二进制数据开关来模拟，其中Cn、ALU-B、SW-B 为低电平有效，LDDR1、LDDR2 为高电平有效。 对于单总线数据通路，作实验时就要分时控制总线，即当向DR1、DR2 工作暂存器打入数据时，数据开关三态门打开，这时应保证运算器输出三态门关闭；同样，当运算器输出结果至总线时也应保证数据输入三态门是在关闭状态。 运算结果表
计算机组成原理全部实验
计 算 机 组 成 原 理 讲 义 计算机科学技术系王玉芬 2012年11月3日
基础实验部分 该篇章共有五个基础实验组成，分别是：实验一运算器实验实验二存储器实验实验三数据通路组成与故障分析实验实验四微程序控制器实验实验五模型机CPI组成与指令周期实验
实验一运算器实验 运算器又称作算术逻辑运算单元（ALU ,是计算机的五大基本组成部件之一, 主要用来完成算术运算和逻辑运算。 运算器的核心部件是加法器, 加减乘除运算等都是通过加法器进行的, 因此, 加快运算器的速度实质上是要加快加法器的速度。机器字长n 位,意味着能完成两个n位数的各种运算。就应该由n个全加器构成n位并行加法器来实现。通过本实验可以让学生对运算器有一个比较深刻的了解。 、实验目的 1．掌握简单运算器的数据传输方式。 2．掌握算术逻辑运算部件的工作原理。 3. 熟悉简单运算器的数据传送通路。 4. 给定数据,完成各种算术运算和逻辑运算。 二、实验内容： 完成不带进位及带进位的算术运算、逻辑运算实验。 总结出不带进位及带进位运算的特点。 三、实验原理： 1. 实验电路图
DHP1 ICC 图4-1运算器实验电路图 UiT ■-? M 74LS2J5 b t h y \ g tj'gr 2 e 曲 s詔凶口占a 出乜 VTXX tLb 匕'7^7^ elr 3泊 为 ■乱::f l 4 3 S |ilm gi ￡ Ctdf BsuB&-Kritin Xd 74IK131 亠 -fl " a r? ￡严 ■_> \ )00' S o o o o rsp "PFP iH 3I I DJ n l/l /B \\W th V4 74HC1S1 八z、 —
计算机组成原理实验报告(运算器组成、存储器)
计算机组成原理实验报告 一、实验1 Quartus Ⅱ的使用 一．实验目的 掌握Quartus Ⅱ的基本使用方法。 了解74138（3：8）译码器、74244、74273的功能。 利用Quartus Ⅱ验证74138（3：8）译码器、74244、74273的功能。 二．实验任务 熟悉Quartus Ⅱ中的管理项目、输入原理图以及仿真的设计方法与流程。 新建项目，利用原理编辑方式输入74138、74244、74273的功能特性，依照其功能表分别进行仿真，验证这三种期间的功能。 三．74138、74244、74273的原理图与仿真图 1.74138的原理图与仿真图 74244的原理图与仿真图
1. 4.74273的原理图与仿真图、
实验2 运算器组成实验 一、实验目的 1.掌握算术逻辑运算单元（ALU）的工作原理。 2.熟悉简单运算器的数据传送通路。 3.验证4位运算器（74181）的组合功能。 4.按给定数据，完成几种指定的算术和逻辑运算。 二、实验电路 附录中的图示出了本实验所用的运算器数据通路图。8位字长的ALU由2片74181构成。2片74273构成两个操作数寄存器DR1和DR2，用来保存参与运算的数据。DR1接ALU的A数据输入端口，DR2接ALU的B数据输入端口，ALU的数据输出通过三态门74244发送到数据总线BUS7-BUS0上。参与运算的数据可通过一个三态门74244输入到数据总线上，并可送到DR1或DR2暂存。 图中尾巴上带粗短线标记的信号都是控制信号。除了T4是脉冲信号外，其他均为电位信号。nC0，nALU-BUS，nSW-BUS均为低电平有效。 三、实验任务 按所示实验电路，输入原理图，建立.bdf文件。 四.实验原理图及仿真图 给DR1存入01010101，给DR2存入10101010，然后利用ALU的直通功能，检查DR1、
计算机组成原理课后答案
… 第一章计算机系统概论 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 计算机系统：计算机硬件、软件和数据通信设备的物理或逻辑的综合体 计算机硬件：计算机的物理实体 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 如何理解计算机系统的层次结构 实际机器M1向上延伸构成了各级虚拟机器，机器M1内部也可向下延伸而形成下一级的微程序机器M0，硬件研究的主要对象归结为传统机器M1和微程序机器M0，软件研究对象主要是操作系统及以上的各级虚拟机 》 说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。 机器语言是可以直接在机器上执行的二进制语言 汇编语言用符号表示指令或数据所在存储单元的地址，使程序员可以不再使用繁杂而又易错的二进制代码来编写程序 高级语言对问题的描述十分接近人们的习惯，并且还具有较强的通用性 如何理解计算机组成和计算机体系结构 计算机体系结构是对程序员可见的计算机系统的属性 计算机组成对程序员透明，如何实现计算机体系结构所体现的属性 冯·诺依曼计算机的特点是什么 。 由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成 指令和数据以同一形式（二进制形式）存于存储器中 指令由操作码、地址码两大部分组成 指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行 以运算器为中心（原始冯氏机） 画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机硬件的主要技术指标。 计算机硬件各部件 运算器：ACC, MQ, ALU, X ' 控制器：CU, IR, PC 主存储器：M, MDR, MAR I/O设备：设备，接口 计算机技术指标： 机器字长：一次能处理数据的位数，与CPU的寄存器位数有关 存储容量：主存：存储单元个数×存储字长 运算速度：MIPS, CPI, FLOPS 解释概念 & 主机：计算机硬件的主体部分，由 CPU+MM（主存或内存）组成 CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器+控制器组成 主存：计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成
雷达原理复习总结
雷达原理复习要点第一章（重点） 1、雷达的基本概念 雷达概念(Radar)： radar的音译，Radio Detection and Ranging 的缩写。无线电探测和测距，无线电定位。 雷达的任务： 利用目标对电磁波的反射来发现目标并对目标进行定位，是一种电磁波的传感器、探测工具，能主动、实时、远距离、全天候、全天时获取目标信息。 从雷达回波中可以提取目标的哪些有用信息,通过什么方式获取这些信息？ 斜距R : 雷达到目标的直线距离OP 方位α: 目标斜距R在水平面上的投影OB与某一起始方向(正北、正南或其它参考方向)在水平面上的夹角。 仰角β：斜距R与它在水平面上的投影OB在铅垂面上的夹角，有时也称为倾角或高低角。 2、目标距离的测量 测量原理 式中，R为目标到雷达的单程距离，为电磁波往返于目标与雷达之间的时间间隔，c为电磁波的传播速率(=3×108米/秒) 距离测量分辨率 两个目标在距离方向上的最小可区分距离 最大不模糊距离 3、目标角度的测量 方位分辨率取决于哪些因素 4、雷达的基本组成 雷达由哪几个主要部分，各部分的功能是什么 同步设备：雷达整机工作的频率和时间标准。 发射机：产生大功率射频脉冲。 收发转换开关: 收发共用一副天线必需，完成天线与发射机和接收机连通之间的切换。 天线：将发射信号向空间定向辐射，并接收目标回波。接收机：把回波信号放大，检波后用于目标检测、显示或其它雷达信号处理。 显示器：显示目标回波，指示目标位置。 天线控制(伺服)装置：控制天线波束在空间扫描。 电源第二章 1、雷达发射机的任务 为雷达提供一个载波受到调制的大功率射频信号，经馈线和收发开关由天线辐射出去 2、雷达发射机的主要质量指标 工作频率或波段、输出功率、总效率、信号形式、信号稳定度 3、雷达发射机的分类 单级振荡式、主振放大式 4、单级振荡式和主振放大式发射机产生信号的原理，以及各自的优缺点 单级振荡式： 脉冲调制器：在触发脉冲信号激励下产生脉宽为τ的脉冲信号。 优点：简单、廉价、高效； 缺点：难以产生复杂调制，频率稳定性差，脉冲间不相干；主振放大式： 固体微波源：是高稳定度的连续波振荡器。 优点：复杂波形，稳定度高，相干处理 缺点：系统复杂、昂贵 第三章（重点） 1、接收机的基本概念 接收机的任务 通过适当的滤波将天线接收到的微弱高频信号从伴随的噪声和干扰中选择出来，并经过放大和检波后，送至显示器、信号处理器或由计算机控制的雷达终端设备中。 超外差接收机概念 将接收信号与本机振荡电路的振荡频率，经混频后得到一个中频信号，这称为外差式接收。得到的中频信号再经中频放大器放大的，称为超外差式。中频信号经检波后得到视频信号。 接收机主要组成部分 接收机主要质量指标 灵敏度S i min、接收机的工作频带宽度、动态范围、中频的选择和滤波特性、工作稳定度和频率稳定度、抗干扰能力、微电子化和模块化结构 2、接收机的噪声系数（重点） 噪声系数、噪声温度的定义 噪声系数：接收机输入端信号噪声比和输出端信号噪声比的比值。实际接收机输出的额定噪声功率与“理想接收机”输出的额定噪声功率之比。 噪声温度：温度Te称为“等效噪声温度”或简称“噪声温度”, 此时接收机就变成没有内部噪声的“理想接收机”级联电路的噪声系数
组成原理课后答案
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计算机组成原理实验报告
计算机组成原理实验报告 ——微程序控制器实验 一.实验目的: 1.能瞧懂教学计算机(TH-union)已经设计好并正常运行的数条基本指令的功能、格式及执 行流程。并可以自己设计几条指令,并理解其功能,格式及执行流程,在教学计算机上实现。 2.深入理解计算机微程序控制器的功能与组成原理 3.深入学习计算机各类典型指令的执行流程 4.对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立具体的总体概念 5.学习微程序控制器的设计过程与相关技术 二.实验原理: 微程序控制器主要由控制存储器、微指令寄存器与地址转移逻辑三大部分组成。 其工作原理分为: 1、将程序与数据通过输入设备送入存储器; 2、启动运行后从存储器中取出程序指令送到控制器去识别,分析该指令要求什么事; 3、控制器根据指令的含义发出相应的命令(如加法、减法),将存储单元中存放的操作数据取出送往运算器进行运算,再把运算结果送回存储器指定的单元中; 4、运算任务完成后,就可以根据指令将结果通过输出设备输出 三.微指令格式: 其中高八位为下地址字段、其余各位为控制字段、 1)微地址形成逻辑 TH—UNION 教学机利用器件形成下一条微指令在控制器存储器的地址、 下地址的形成由下地址字段及控制字段中的CI3—SCC控制、当为顺序执行时,下地址字段不起作用、下地址为当前微指令地址加1;当为转移指令(CI3—0=0011)时,由控制信号SCC 提供转移条件,由下地址字段提供转移地址、 2)控制字段 控制字段用以向各部件发送控制信号,使各部件能协调工作。 控制字段中各控制信号有如下几类: ①对运算器部件为了完成数据运算与传送功能,微指令向其提供了24位的控制信号,包括:4位的A、B口地址,用于选择读写的通用积存器３组３位的控制码I８－I６、 I５－I３、I２－I６,用于选择结果处置方案、运算功能、数据来源。 ３组共７位控制信号控制配合的两片GAL20V8 3位SST,用于控制记忆的状态标志位 2位SCI,用于控制产生运算器低位的进位输入信号 2位SSH,用于控制产生运算器最高,最地位(与积存器)移位输入信号 ②对内存储器I/O与接口部件,控制器主要向它们提供读写操作用到的全部控制信号,共3位,即MRW
组成原理课后答案分析
第1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。 2. 如何理解计算机的层次结构？ 答：计算机硬件、系统软件和应用软件构成了计算机系统的三个层次结构。 （1）硬件系统是最内层的，它是整个计算机系统的基础和核心。 （2）系统软件在硬件之外，为用户提供一个基本操作界面。 （3）应用软件在最外层，为用户提供解决具体问题的应用系统界面。 通常将硬件系统之外的其余层称为虚拟机。各层次之间关系密切，上层是下层的扩展，下层是上层的基础，各层次的划分不是绝对的。 3. 说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。 答：机器语言是计算机硬件能够直接识别的语言，汇编语言是机器语言的符号表示，高级语言是面向算法的语言。高级语言编写的程序（源程序）处于最高层，必须翻译成汇编语言，再由汇编程序汇编成机器语言（目标程序）之后才能被执行。
4. 如何理解计算机组成和计算机体系结构？ 答：计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，如指令系统、数据类型、寻址技术组成及I/O机理等。计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，包含对程序员透明的硬件细节，如组成计算机系统的各个功能部件的结构和功能，及相互连接方法等。 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）。 6. 画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机系统的主要技术指标。答：计算机硬件组成框图如下：
计算机组成原理实验报告册
实验一监控程序与汇编实验 实验时间：第周星期年月日节实验室：实验台： （以上部分由学生填写，如有遗漏，后果由学生本人自负） 1、实验目的 1）了解教学计算机的指令格式、指令编码、选择的寻址方式和具体功能。 2）了解汇编语言的语句与机器语言的指令之间的对应关系，学习用汇编语言设计程序的过程和方法。 3）学习教学机监控程序的功能、监控命令的使用方法，体会软件系统在计算机组成中的地位和作用。 2、实验平台 硬件平台：清华大学TEC-XP实验箱的MACH部分 软件平台：监控程序、PC端指令集仿真软件 3、实验要求 1）学习联机使用TEC-XP 教学实验系统和仿真终端软件； 2）使用监控程序的R 命令显示/修改寄存器内容、D 命令显示存储器内容、E 命令修改存储器内容； 3）使用A 命令写一小段汇编程序，使用U命令观察汇编码与机器码之间的关系，用G 命令连续运行该程序，用T命令单步运行并观察程序单步执行情况。 **代码不得写到0000——1FFF的地址单元中，如有违反将被取消当堂成绩 4、操作步骤及实验内容 1）实验箱功能开关设置及联机操作： 1. 将实验箱COM1口与PC机相连； 2. 设置功能状态开关为00110； 3. 于PC端运行； 4. 按RESET，START键，若PC端出现如下输出（如图所示），则操作成功； 图 2）仿真软件相关操作： 1. 在项目文件夹找到并启动； 图
2. 点击文件-启动监控程序； 图 4.若PC端出现如下输出（如图所示），则操作成功； 图 3）理解下列监控命令功能： A、U、G、R、E、D、T 1. A命令：完成指令汇编操作，把产生的指令代码放入对应的内存单元中，可连 续输入。不输入指令直接回车，则结束A命令（如图所示）； 图 2. U命令：从相应的地址反汇编15条指令，并将结果显示在终端屏幕上（如图所 示）； 图 注：连续使用不带参数的U命令时，将从上一次反汇编的最后一条语句之后接着继续反汇编。 3. G命令：从指定（或默认）的地址运行一个用户程序（如图所示）； 图 4. R命令：显示、修改寄存器内容，当R命令不带参数时，显示全部寄存器和状 态寄存器的值（如图所示）； 图 5. E命令：从指定（或默认）地址逐字显示每个内存字的内容，并等待用户打入 一个新的数值存回原内存单元（如图所示）； 图 6. D命令：从指定（或默认）地址开始显示内存120个存储字的内容（如图所示）；
计算机组成原理实验
计算机组成原理上机实验指导
一、实验准备和实验注意事项 1．本课程实验使用专门的TDN-CM++计算机组成原理教学实验设备，使用前后均应仔细检查主机板，防止导线、元件等物品落入装置导致线路短路、元件损坏。 2．完成本实验的方法是先找到实验板上相应的丝印字及其对应的引出排针，将排针用电缆线连接起来，连接时要注意电缆线的方向，不能反向连接；如果实验装置中引出排针上已表明两针相连，表明两根引出线部已经连接起来，此时可以只使用一根线连接。 3．为了弄清计算机各部件的工作原理，前面几个实验的控制信号由开关单元“SWITCH UNIT”模拟输入；只有在模型机实验中才真正由控制器对指令译码产生控制信号。在每个实验开始时需将所有的开关置为初始状态“1”。 4．本实验装置的发光二极管的指示灯亮时表示信号为“0”，灯灭时表示信号为“1”。 5．实验接线图中带有圆圈的连线为实验中要接的线。 6．电源关闭后，不能立即重新开启，关闭与重启之间至少应有30秒间隔。 7．电源线应放置在机专用线盒中。 8．保证设备的整洁。
二、实验设备的数据通路结构 利用本实验装置构造的模型机的数据通路结构框图如下图。其中各单元部已经连接好，单元之间可能已经连接好，其它一些单元之间的连线需要根据实验目的用排线连接。 图0-2 模型机数据通路结构框图
实验一运算器实验：算术逻辑运算实验 一．实验目的 1．了解运算器的组成结构； 2．掌握运算器的工作原理； 3．掌握简单运算器的数据传送通路。 4．验证运算功能发生器(74LSl81)的组合功能。 二．实验设备 TDN-CM++计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。 三．实验原理 实验中所用的运算器数据通路如图1-l所示。其中两片74LSl81以串行方式构成8位字长的ALU，ALU的输出经过一个三态门(74LS245)和数据总线相连。三态门由ALU-B控制，控制运算器运算的结果能否送往总线，低电平有效。 为实现双操作数的运算，ALU的两个数据输入端分别由二个锁存器DR1、DR2(由74LS273实现)锁存数据。要将数据总线上的数据锁存到DR1、DR2中，锁存器的控制端LDDR1和LDDR2必须为高电平，同时由T4脉冲到来。 数据开关(“INPUT DEVICE”)用来给出参与运算的数据，经过三态门(74LS245)后送入数据总线，三态门由SW-B控制，低电平有效。数据显示灯(“BUS UNIT”)已和数据总线相连，用来显示数据总线上的容。 图中已将用户需要连接的控制信号用圆圈标明(其他实验相同，不再说明)，其中除T4为脉冲信号外，其它均为电平信号。由于实验电路中的时序信号均已连至“W／R UNIT”的相应时序信号引出端，因此，在进行实验时，只需将“W／R UNIT”的T4接至“STATE UNIT”的微动开关KK2的输出端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲。 ALU运算所需的电平控制信号S3、S2、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B均由“SWITCH UNIT”中的二进制数据开关来模拟，其中Cn、ALU-B、SW-B为低电平有效，LDDRl、LDDR2为高电平有效。 对单总线数据通路，需要分时共享总线，每一时刻只能由一组数据送往总线。
计算机组成原理课后答案
计算机组成原理 一、选择题（共20分，每题1分） 1．CPU响应中断的时间是______。 A．中断源提出请求；B．取指周期结束； C．执行周期结束；D．间址周期结束。 2．下列说法中______是正确的。 A．加法指令的执行周期一定要访存；B．加法指令的执行周期一定不访存； C．指令的地址码给出存储器地址的加法指令，在执行周期一定访存； D．指令的地址码给出存储器地址的加法指令，在执行周期不一定访存。 3．垂直型微指令的特点是______。 A．微指令格式垂直表示；B．控制信号经过编码产生； C．采用微操作码；D．采用微指令码。 二、4．基址寻址方式中，操作数的有效地址是______。 A．基址寄存器内容加上形式地址（位移量）；B．程序计数器内容加上形式地址； C．变址寄存器内容加上形式地址；D．寄存器内容加上形式地址。 5．常用的虚拟存储器寻址系统由______两级存储器组成。 A．主存－辅存；B．Cache－主存； C．Cache－辅存；D．主存—硬盘。 6．DMA访问主存时，让CPU处于等待状态，等DMA的一批数据访问结束后，CPU再恢复工作，这种情况称作______。 A．停止CPU访问主存；B．周期挪用； C．DMA与CPU交替访问；D．DMA。 7．在运算器中不包含______。 A．状态寄存器；B．数据总线； C．ALU；D．地址寄存器。 8．计算机操作的最小单位时间是______。 A．时钟周期；B．指令周期； C．CPU周期；D．中断周期。 9．用以指定待执行指令所在地址的是______。 A．指令寄存器；B．数据计数器； C．程序计数器；D．累加器。 10．下列描述中______是正确的。 A．控制器能理解、解释并执行所有的指令及存储结果； B．一台计算机包括输入、输出、控制、存储及算逻运算五个单元； C．所有的数据运算都在CPU的控制器中完成； D．以上答案都正确。 11．总线通信中的同步控制是______。 A．只适合于CPU控制的方式；B．由统一时序控制的方式； C．只适合于外围设备控制的方式；D．只适合于主存。 12．一个16K×32位的存储器，其地址线和数据线的总和是______。 A．48；B．46； C．36；D．32。 13．某计算机字长是16位，它的存储容量是1MB，按字编址，它的寻址范围是______。（存储器5）
计算机组成原理实验
实验一基础汇编语言程序设计 一、实验目的： 1、学习和了解TEC-XP16教学实验系统监控命令的用法。 2、学习和了解TEC-XP16教学实验系统的指令系统。 3、学习简单的TEC-XP16教学实验系统汇编程序设计。 二、预习要求： 1、学习TEC-XP16机监控命令的用法。 2、学习TEC-XP16机的指令系统、汇编程序设计及监控程序中子程序调用。 3、学习TEC-XP16机的使用，包括开关、指示灯、按键等。 4、了解实验内容、实验步骤和要求。 三、实验步骤： 在教学计算机硬件系统上建立与调试汇编程序有几种操作办法。 第一种办法，是使用监控程序的A命令，逐行输入并直接汇编单条的汇编语句，之后使用G命令运行这个程序。缺点是不支持汇编伪指令，修改已有程序源代码相对麻烦一些，适用于建立与运行短小的汇编程序。 第二种办法，是使用增强型的监控程序中的W命令建立完整的汇编程序，然后用M命令对建立起来的汇编程序执行汇编操作，接下来用G命令运行这个程序。适用于比较短小的程序。此时可以支持汇编伪指令，修改已经在内存中的汇编程序源代码的操作更方便一些。 第三种办法，是使用交叉汇编程序ASEC，首先在PC机上，用PC机的编辑程序建立完整的汇编程序，然后用ASEC对建立起来的汇编程序执行汇编操作，接下来把汇编操作产生的二进制的机器指令代码文件内容传送到教学机的内存中，就可以运行这个程序了。适用于规模任意大小的程序。
在这里我们只采用第一种方法。 在TEC-XP16机终端上调试汇编程序要经过以下几步： 1、使教学计算机处于正常运行状态（具体步骤见附录联机通讯指南）。 2、使用监控命令输入程序并调试。 ⑴用监控命令A输入汇编程序 >A 或>A 主存地址 如：在命令行提示符状态下输入： A 2000↙；表示该程序从2000H（内存RAM区的起始地址）地址开始 屏幕将显示： 2000： 输入如下形式的程序： 2000: MVRD R0，AAAA ；MVRD 与R0 之间有且只有一个空格，其他指令相同 2002: MVRD R1，5555 2004: ADD R0，R1 2005: AND R0，R1 2006: RET ；程序的最后一个语句，必须为RET 指令 2007:（直接敲回车键，结束A 命令输入程序的操作过程） 若输入有误，系统会给出提示并显示出错地址，用户只需在该地址重新输入正确的指令即可。 ⑵用监控命令U调出输入过的程序并显示在屏幕上 >U 或>U 主存地址
计算机组成原理实验报告
实验一8位程序计数器PC[7:0]的设计 实验要求： 1.分别用图形方式和V erilog HDL语言设计8位程序计数器，计数器带有复位，计数，转移功能。 2.具体要求参见1_部件实验内容.doc说明文件。 实验实现： 1.用图形方式设计实现8位程序计数器，用到了两个74LS161四位十六进制计数器，主要步骤是两个四位十六进制计数器的串联，低四位计数器的进位端RCO连到高四位计数器的进位使能端ENT，然后连上reset、clk、ir[7:0]、t[1:0]、pc[7:0]、rco等输入输出信号，最后加上转移控制逻辑即可。注意两个十六进制计数器是同步的，具体参见PC_8bit.gdf文件。 2.编译通过，建立波形仿真文件，设置输入信号参数。注意在一张图中同时实现复位（reset低位有效）、计数、转移功能，最后加上一些文字注释即可，具体参见PC_8bit.scf文件。 3.用V erilog HDL语言设计实现8位程序计数器。在已经实现.gdf文件的基础上使用库函数形式是很容易编写出.v文件的，不过学生选择了行为描述方式实现，因为后者更具有通用性，依次实现8位程序计数器的复位、计数、转移功能即可，具体参见PC_8bit.v文件。 4.编译仿真类似上述步骤2。 实验小结： 1.这是计算机组成原理的第一个实验，比较简单，按照实验要求即可完成实验。通果这次实验，我对Max+Plus软件的使用方法和V erilog HDL语言编程复习了一遍，为后面的实验打好基础。 实验二CPU运行时序逻辑的设计 实验要求： 1.用V erilog HDL 语言设计三周期时序逻辑电路，要求带复位功能，t[2:0]在非法错误状态下能自动恢复。（比如说110恢复到001）。 2.具体要求参见1_部件实验内容.doc说明文件。 实验实现： 1.用V erilog HDL 语言设计实现带复位和纠错功能的三周期时序逻辑电路。输入clk外部时钟信号和reset复位信号（低位有效），输出ck内部时钟信号和三周期信号t[2:0]。利用两级3位移位式分频逻辑实现，具体参见cycle_3.v文件。 2.编译通过，建立波形仿真文件，设置clk外部时钟信号和reset复位信号，Simulate 即可输出实验要求中显示的波形。 实验小结： 1.刚做这个实验的时候不知道CPU运行时序逻辑设计的真实用途，在进一步学习了计算机组成原理的理论知识，做cpu4实验后才知道是用来由外部时钟信号clk产生内部时钟信号ck以及三周期信号t[2:0]的。刚完成本次实验的时候未添加三周期信号t[2:0]的自动功能，后来完成cpu4后补上了。 实验三静态存储器的设计与读写验证 实验要求： 1.设计一个SRAM存储器，地址和数据都是8位，存储容量是256个字节。 2.采用异步的时序逻辑设计方式，数据是双向的，输入输出不寄存，存储器的地址也不寄存。 3.具体要求参见1_部件实验内容.doc说明文件。 实验实现：
计算机组成原理课后答案
计算机系统：计算机硬件、软件和数据通信设备的物理或逻辑的综合体 计算机硬件：计算机的物理实体 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 如何理解计算机系统的层次结构？ 实际机器M1向上延伸构成了各级虚拟机器，机器M1内部也可向下延伸而形成下一级的微程序机器M0，硬件研究的主要对象归结为传统机器M1和微程序机器M0，软件研究对象主要是操作系统及以上的各级虚拟机 说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。 机器语言是可以直接在机器上执行的二进制语言 汇编语言用符号表示指令或数据所在存储单元的地址，使程序员可以不再使用繁杂而又易错的二进制代码来编写程序 高级语言对问题的描述十分接近人们的习惯，并且还具有较强的通用性 如何理解计算机组成和计算机体系结构？ 计算机体系结构是对程序员可见的计算机系统的属性 计算机组成对程序员透明，如何实现计算机体系结构所体现的属性 冯·诺依曼计算机的特点是什么？ 由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成 指令和数据以同一形式（二进制形式）存于存储器中 指令由操作码、地址码两大部分组成 指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行 以运算器为中心（原始冯氏机） 画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机硬件的主要技术指标。 计算机硬件各部件 运算器：ACC, MQ, ALU, X 控制器：CU, IR, PC 主存储器：M, MDR, MAR
I/O设备：设备，接口 计算机技术指标： 机器字长：一次能处理数据的位数，与CPU的寄存器位数有关 存储容量：主存：存储单元个数×存储字长 运算速度：MIPS, CPI, FLOPS 解释概念 主机：计算机硬件的主体部分，由CPU+MM（主存或内存）组成 CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器+控制器组成 主存：计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，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/存储基元/存储元：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，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 机器字长：CPU 能同时处理的数据位数 指令字长：一条指令的二进制代码位数 解释英文代号 CPU: Central Processing Unit PC: Program Counter IR: Instruction Register CU: Control Unit ALU: Arithmetic Logic Unit ACC: Accumulator MQ: Multiplier-Quotient Register