本实验内容属于大学信息技术基础实验中的计算机硬件技术实验中的存储程序控制原理部分。这一原理就决定了人们使用计算机的主要方式：编写程序和运行程序，它仍然是我们理解计算机系统功能与特征的基础。一、 实验原理和相关知识点1. 存储程序控制原理由美籍匈牙利科学家冯·诺依曼提出，所以又称为冯·诺依曼结构。2. 计算机由五大部件组成：控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备。控制器和运算器合成中央处理器（CPU）。3. 计算机由程序控制，程序由指令序列构成，指令以二进制形式存储在主存储当中。数据也以二进制形式存储在主存储器当中。4. 主存储是一个连续的存储单元，每个存储单元存储一个字节，每个存储单元都有一个编号，这个编号就是地址，CPU通过地址寻找到相应的存储单元。5. 地址的宽度由地址线的宽度决定。地址线的宽度决定了CPU寻址空间的大小，地址线中的地址码决定了主存储器中那个单元的指令和数据被读取或者写入。6. 指令由操作码和操作数构成，它们都是二进制的，操作码决定执行何种操作，操作数决定什么数据或者哪里的数据参与操作。计算机能够执行的所有指令称为指令系统。7. CPU中的控制器中有指令计数器和指令寄存器。指令计数器存放着CPU即将执行的指令的地址，CPU将该地址中的指令读入指令寄存器，通过指令寄存器中译码器的翻译变成电信号，通过控制微电路（CU）控制运算器和寄存器组进行运算。8. 运算器负责算术运算和逻辑运算，通用寄存器组辅助暂存中间结果，状态寄存器存储控制状态，地址缓冲寄存器、数据缓冲寄存器、累加器、数据暂存器负责相应数据的缓存。9. 指令被CPU逐条执行。每隔一个时间周期，指令计数器自动加一，CPU根据更新的地址找到下一条指令所在的单元，即下一个地址指向的存储单元。10. 地址使用自然码，算术运算使用补码，算术运算和逻辑运算的拥有各自的规则。11. 面向过程的结构化思想，模块化、标准化的思想，向下兼容的思想。以上部分理论知识的逻辑关系如图4所示：图 4 逻辑概念关联图核心要素：芯片结构、功能单元。图5 Scott CPU结构如图5所示，这个就是架空物理硬件的开源项目Scott CPU结构，左边是八种运算的运算器模块和可选的协处理器模块，中间是控制器微电路模块，散落在附件的是寄存器、译码器和使能器，右边是主存储器模块，点击各个运算单元、寄存器和逻辑单元可以进入下一级组合逻辑模块。在主存储器模块单击形成指令系统设计模块，整个CPU各个线路连接包含了指令执行的动画。