计算机组成原理 课程设计一：计算机数据表示

一、课程设计目的

（一）第 1 关：汉字国标码转区位码实验

本实验旨在帮助学习者理解汉字机内码与区位码的核心概念及关联，掌握用工具批量获取文字GB2312机内码的方法，能在Logisim中设计电路实现GB2312编码与区位码的转换；同时固字形码显示原理的应用，能在指定电路ROM中存入指定句子的GB2312编码，并验证其存储与显示的正确性。

（二）第 2 关：汉字机内码获取实验

本实验旨在深化对汉字机内码、区位码的理解，使其熟练掌握汉字与 GB2312 机内码的批量转换方法和原理，摒弃逐字查码表的低效方式，同时巩固汉字字形码显示原理的应用，能够在指定电路的 ROM 存储器中存入指定句子的 GB2312 编码，并通过实验验证编码存储与显示的正确性。

（三）第 3 关：偶校验编码设计

帮助掌握奇偶校验的基本原理和核心特性，能在 Logisim 中独立设计并实现偶校验编码电路与检错电路，理解校验码在数据传输中的冗余设计与检错逻辑。

（四）第 4 关：偶校验解码电路设计

进一步强化对奇偶校验原理的掌握，能在 Logisim 中设计并实现偶校验解码电路，实现从 17 位偶校验码中提取 16 位原始数据，并准确输出 1 位检错位，深入理解校验码传输的完整流程（编码 – 传输 – 解码 – 检错）。

（五）第 5 关：16 位海明编码电路设计

帮助掌握海明码的设计原理与检错纠错性能，能独立设计实现汉字 GB2312 编码（16 位原始数据）的海明校验编码体系，在 Logisim 中构建电路，输出 22 位校验码（16 位数据位 + 5 位校验位 + 1 位总校验位），理解海明码冗余位的分配与编码逻辑。

（六）第 6 关：16 位海明解码电路设计

熟练掌握海明码的检错与纠错机制，能在 Logisim 中设计并实现 16 位海明解码电路，通过 22 位输入校验码，输出 16 位纠错后的数据，并准确标识 3 种错误状态（无错误、1 位错、2 位错），完成海明码编解码的完整闭环实现。

（七）第 7 关：海明编码流水传输实验

熟悉流水数据传输机制与流水暂停原理，为后续流水 CPU 设计奠定技术储备。能对实验提供的五段流水编码传输电路（取数、编码、传输、解码、显示）进行简单修改，实现数据编码在不可靠网络中的可靠传输，解决两位错场景下的自动重传问题。

（八）第 8 关：16 位 CRC 并行编解码电路设计

帮助掌握 CRC（循环冗余校验码）的基本原理，能看懂串行 CRC 编解码电路的工作逻辑，并利用数字逻辑知识，在 Logisim 中设计实现 GB2312 编码（16 位数据）的并行 CRC 编解码电路，完成从原始数据到 22 位校验码的编码，以及从校验码到原始数据的解码、错检与纠错。

（九）第 9 关：CRC 编码流水传输实验

巩固对流水数据传输机制与流水暂停原理的应用，能对 CRC 编码的五段流水传输电路进行修改，实现解码阶段检测到两位错时的自动重传功能，确保数据在不可靠网络中的可靠传输，深化流水线控制与错误处理的逻辑设计能力。

二、课程设计内容

（一）第 1 关：汉字国标码转区位码实验

1.实验环境：采用 Logisim 软件，打开实验资料包内的data.circ文件开展实验。

2.电路设计：在指定的子电路中完成国标码转区位码的逻辑设计，需严格遵循预设的引脚定义，不得擅自增加、删减引脚，也不允许修改子电路的封装形式。

3.电路引脚：

4.核心要求：运用 Logisim 提供的组件搭建转换逻辑电路，确保电路输出的区号和位号，完全符合 GB2312 编码规则中机内码到区位码的转换标准。

（二）第 2 关：汉字机内码获取实验

1. 实验基础：基于第1关已完成的国标码到区位码转换电路，开展本次汉字显示测试实验，无需重新设计转换电路核心逻辑。

2. 核心任务：在电路的ROM存储器中存入指定句子的GB2312编码，需重点掌握编码的批量转换方法，禁止通过逐字查询码表的方式获取编码。本次实验指定句子如下：

“请思考数字，英文字符怎么输入和显示的。１２３４５ＡＢＣＤＥＦＧａｂｃｄｅｆｇ轻轻的我走了，正如我轻轻的来；我轻轻的招手，作别西天的云彩。那河畔的金柳，是夕阳中的新娘；波光里的艳影，在我的心头荡漾。”

3.电路引脚：

4. 功能说明：电路中的计数器会自动生成ROM地址序列，启用时钟自动仿真功能（快