一台模型计算机的设计

题目如下：

一、教学目的、任务与实验设备

1．教学目的

（1）融会贯通本课程各章节的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各功能部件的工作原理及相互联系的认识，加深计算机工作中"时间-空间"概念的理解，从而清晰地建立计算机的整机概念。

（2）学习设计和调试计算机的基本步骤和方法，提高使用软件仿真工具和集成电路的基本技能。

（3）培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计与组装调试的实践和经验。

2．设计与调试任务

（1）按给定的数据格式和指令系统，在所提供的器件范围内，设计一台微程序控制的8位二进制模型计算机。

（2）根据设计图纸，在MAX+PLUS平台上进行仿真，并下载到EL教学实验箱上进行调试成功。

（3）在调试成功的基础上，整理出设计图纸和其他文件。包括：①总框图(数据通路图)；

②微程序控制器逻辑图；②微程序流程图；④微程序代码表；⑤元件排列图（或VHDL程序清单）；⑥设计说明书；⑦调试小结。

3．实验设备

（1）PC机一台

（2）EL教学实验箱

（3）MAX+PLUS Ⅱ配套软件

二、数据格式和指令系统

本模型机是一个8位定点二进制计算机，具有四个通用寄存器：R0～R3，能执行7条指令，主存容量为256字节。

1．数据格式

数据按规定采用定点补码表示法，字长为8位，其中最高位（第7位）为符号位，小数点位置定在符号位后面，其格式如下：

数值相对于十进制数的表示范围为：

－1≤X≤1―2―7

2．指令格式及功能

由于本模型机机器字长只有8位二进制长度，故使用单字长指令和双字长指令。要求该模型机能执行7条指令，各指令格式及功能如下

（1）LDR Ri，D

格式

功能：Ri←M（D）

（2）STR Ri，D

格式

功能：M（D）←（Ri）

（3）ADD Ri，Rj

格式

功能：Ri ←（Ri）＋（Rj）

（4）SUB Ri，Rj

格式

功能：Ri ←（Ri）－（Rj）

（5）AND Ri，Rj

格式

功能：Ri ←（Ri）∧（Rj）

（6）OUT Ri，Mj

格式

当M j=10时，选中实验箱的显示灯。

功能：（M j）← Ri

（7）JMP D

格式

功能：无条件转移PC ← D

应当指出，用以上7条指令来编写程序是远远不够的，好在我们的目的不是程序设计，而主要是为了教学目的，通过CPU执行一个最简单的程序来掌握微程序控制器的工作原理。

三、总体设计

总体设计的主要任务是：

(1) 选定CPU中所使用的主要器件；

(2) 根据指令系统、选用的器件和设计指标，设计指令流的数据通路；

(3) 根据指令系统、选用的器件和设计指标，设计数据流的数据通路。

计算机的工作过程，实质上是不同的数据流在控制信号作用下在限定的数据通路中进行传送。数据通路不同，指令所经过的操作过程也不同，机器的结构也就不-样，因此数据

通路的设计是至关重要的。所谓数据通路的设计，也就是确定机器各逻辑部件相对位置的总框图。

数据通路的设计，目前还没有非常标准的方法。主要是依据设计者的经验，并参考现有机器的三种典型形式（单总线、双总线或三总线结构），根据指令系统的要求，可采用试探方法来完成。其主要步骤如下：

(1) 对指令系统中的各条指令进行分析，得出所需要的指令周期与操作序列，以便决定各器件的类型和数量。

(2) 构成一个总框图草图，进行各逻辑部件之间的互相连接，即初步确定数据通路，使得由指令系统所包涵的数据通路都能实现，并满足技术指标的要求。

(3)检验全部指令周期的操作序列，确定所需要的控制点和控制信号。

(4)检查所设计的数据通路，尽可能降低成本，简化线路。

以上过程可以反复进行，以便得到一个较好的方案。

图1给出了一个总框图的参考方案，注意，在此方案确定之后，应该检查所选用的各个器件是否满足数据通路的要求，此外，还应有一个PSW寄存器。实际上，数据通路的设计与器件的选择应同时进行而不能分离地工作。其次，接入总线的器件都要有三态输出，以便与总线连接。另外，在信息传送过程中应当注意器件原码和反码输出的配合关系。

图1所示的方案采用单总线结构，使用的许多器件都是三态输出，这种方案便于总线的连接和扩展，但缺点是指令和数据的传送都要经过总线，因此对总线的使用权就要分配得当。另外，执行算术逻辑指令时，先将第一个操作数由通用寄存器Ri送至缓冲寄存器DR1，然后再由通用寄存器Rj取第二个操作数送至缓冲寄存器DR2，之后送往ALU进行运算。显然，执行-条算术逻辑。

四、微程序控制器

数据通路框图-旦确定，指令流与数据流的通路也就随之最后确定，因而运算器和控制器的大部分结构也就确定下来了。

图1中各功能器件上还标注了控制点及其控制信号，这些控制信号就是微程序控制器进行设计的依据。

1．微指令格式

根据给定的7条机器指令功能和数据通路总体图的控制信号，采用的微指令格式如图2所示，微指令字长共24位，其中顺序控制部分6位：后继微地址5位，判别字段1位；操作控制字段18位：其中既有直接控制，又有字段译码控制（6、7两位字段译码控制）。

2．微程序控制器

对应微指令格式，微程序控制器的组成如图3所示。其中控制存储器容量可为32×24，采用ROM实现，其内容为七条指令的微程序。微命令寄存器20位，用两片8D触发器（273）和一片4D触发器（175）组成。微地址寄存器5位，用三片正沿触发的双D触发器（7474）组成，它们带有清"0 "端和预置端，在不判别测试情况下，T2时刻打入的微地址寄存器内容即为下条微指令地址。当T4时刻进行P（1）测试判别时，转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过预置端将某一触发器从原来的"0 "状态改变为"1 "状态，完成地址修改。然后按修改的微地址读出下一条微指令，并在下一个CPU周期的T2时刻打入到微地址寄存器和微命令寄存器。

图3 微程序控制器电路图

3．微程序设计

上述7条指令的微程序流程图如图4所示，7条指令对应7个微程序。每条微指令可按前述的微指令格式转换成二进制代码，然后写入到ROM中。

为了向RAM中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，还设计了以下三个控制台操作微程序(见图4下部)。

存储器写操作（KWE）：按下总清按钮CLK后，微指令寄存器全部清"0 "，因而微地址寄存器状态为00000。此时用SWE开关强置uA4为"1 "（见图3），微地址寄存器变为l0000（八进制为20），从而可对RAM连续进行手动写入。存储器读操作（KRD）：按下总清按钮CLK后，微地址寄存器变为00000，此时用SRD开关强置uA3为"1 "，微地址寄作品变为01000（八进制为10），从而可对RAM连续进行读操作。

启动程序（RP）：按下总清按钮，给出微程序入口地址为00（八进制）。用数据开关SW设置内存中程序的首地址，然后执行第00号微指今，即可转入到第01号"取指"微指令。

五、输入输出

输入输出是人机联系的重要手段，输入可采用开关、键盘等方式，输出可采用字符显示或打印输出等方式。考虑到成本与设备因素，本模型机采用最简单的二进制开关输入和发光二极管显示的方法，换句话说，本模型机中只使用两种"外部设备"：一种是二进制代码开关，它作为输入设备；另一种是发光二极管，它作为输出设备。

本设计为了节省器件，输入输出时可以不设置专门的数据缓冲寄存器。例如输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到总线上，只要开关状态不变，输入的信息也就不变。输出时，将输出数据送到数据总线BUS上，驱动发光二极管进行显示。

如果采用正规的输入输出方法，可采用相应的器件构成接口电路。

六、组装与调试

1．元器件的布局与连接

由图1看出，数据通路一旦确定之后，在调试过程中将会很少有变化。因此从组装和调试的角度来看，模型机总框图可划分为如下三个相对独立的功能模块：

(1) 运算器、存储器和系统总线

(2) 时序产生器

(3) 微程序控制器

本模型机所使用的器件较多，若采用图形编辑法，则布线的工作量相当大，希望同学们认真、细致地工作。元器件布局的一般原则是尽可能地按功能电路相对集中，这样做的好处是各器件之间的连线较短，同时也便于组装和调试。规整的布线不仅对调试维修带来方便，也可以保证线路可靠地工作，任何马马虎虎的接线将会给调试带来难以想象的后果，因此在布线前必须对布线质量给予高度重视。

若采用文本编辑法，则也应按功能一个模块一个模块的编程和调试。

2．分调试

按功能模块进行分调是实现总调的前提和基础，因为只有各功能模块工作正常后，才能保证全机的正确运行。为此必须-步一个脚印、精心做好分调试，切不可赶急图快，以免在未做好分调的情况下进入总调，而最后又不得不返回头来重新分调。分调的重点放在时序产生器和微程序控制器上。

3．总调

当各模块分调正常后，可将控制器发出的控制信号线接到相应的功能部件中去，转入全机总调试。

总调的第一步，事实上是检查全部微程序流程图。方法是用单步方式读出并执行微指令。进行的顺序是：先执行控制台指令的微程序流程图，然后执行机器指令的微程序流程图。当全部微程序流程图检查完毕后，如果存储器和运算器功能执行正确，就算总调第一步完成。

第二步是在内存中装入包括有全部指令系统的一段程序和有关数据，进一步可采用单指令方式或连续方式执行，以验证机器执行指令的正确性。

第三步是编写一段表演程序，令机器运行。

第四步是运行指导教师给出的验收程序。如果通过，就算大功告成。

计算机硬件课程设计--简单模型机设计

计算机硬件综合课程设计报告

简单模型机设计一、设计要求硬件：TDN-CM+计算机组成原理实验系统一台，PC机一台，排线若干，串口线一根。软件：CMP软件二、设计目的 1.通过对一个简单计算机的设计，对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解，加深对理论课程的理解。 2.通过这次课程设计，建立整机的概念，对程序进行编辑，校验，锻炼理论联系实际的能力。 3.通过本次课程设计熟悉和训练设计思路与实现方法。 4.通过本次课程设计锻炼团队合作的能力和团队问题的解决。

三、设计电路及连线设计电路及连线实验图如下图1-1所示。图1-1 简单模型机连线图四、设计说明本次课程设计将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器

来完成，CPU 从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。本次课程设计采用五条机器指令：IN （输入）、ADD （二进制加法）、STA （存数）、OUT （输出）、JMP （无条件转移），其指令格式如下（前4位为操作码）：助记符机器指令码说明微程序入口地址 IN 0000 0000 “INPUT DEVICE ”中 10 的开关状态→R0 0001 0000 ×××× ×××× R0+[addr]→R0 11 0010 0000 ×××× ×××× R0→[addr] 12 0011 0000 ×××× ×××× [addr]→BUS 13 0100 0000 ×××× ×××× addr →PC 14 ADD addr STA

计算机组成原理模型计算机设计实验报告

洛阳理工学院实验报告系别计算机与信息工程学院班级学号姓名课程名称计算机组成与系统结构实验日期实验名称实验八模型计算机设计成绩实验条件: 1、 DJ-CPTH 超强型组成原理实验箱 2、 PC 机一台实验要求：设计模型计算机，并利用CPTH 实验仪的上位机软件控制该模型计算机，实现模型机的数据传送功能。实验目的： 1、掌握微程序控制模型计算机的基本工作原理和设计方法。 2、掌握微程序存储器uM 的控制方法和上位机软件的使用方法。实验步骤： (1)运行CPTH ，新建文件。 (2)录入下表中第3列，保存为EX1.ASM 。 (3)单击菜单“汇编”的“汇编下载”。 (4)按“单步”运行，观察A /R0/ R1的变化，记录变化情况。 (5)按“复位”。 (6)按“单步”运行，打开“跟踪”标签，观察微程序和微地址变化，按下表记录变化情况，并填写每一步的功能。程序地址机器码机器指令功能 00 01 7C 12 mov a,#12h 传送12H 到A 02 80 mov r0,a 传送12到R0 03 81 mov r1,a 传送12到R1 04 05 7C 1E mov a,#30 传送30到A End

状态PC EM IR 微程序功能 T0 01 7C 7C CBFFFF 取出00号单元指令，打入IR T1 01 7C 7C C7FFF7 传送12H到A T0 03 80 80 CBFFFF 取出02号单元指令，打入IR T1 03 80 80 FFFB9F 传送12H到R0 T0 04 81 81 CBFFFF 取出03号单元指令，打入IR T1 04 81 81 FFFB9F 传送12H到R1 T0 05 7C 7C CBFFFF 取出04号单元指令，打入IR T1 05 7C 7C C7FFF7 传送30到A T0 07 00 00 CBFFFF 取出结束指令，同时结束运行实验过程如图所示：

模型计算机系统的设计与实现

题目：模型计算机系统的设计与实现学生姓名：学院：班级：指导教师： 2010年1 月8 日

内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：计算机组成与结构课程设计学院：信息工程学院班级：计07-_3班__ 学生姓名：武宝全 _ 学号： 200710210023 指导教师：董志学王晓荣邢红梅

摘要本次课程设计要求设计实现一个简单8位模型计算机系统，包括用可编程器件实现的运算器，微程序控制器，存储器,简单输入／输出接口和设备,时序和启停控制等电路。通过自己定义的一套指令系统，主要实现算术A加B,A+/B运算,逻辑A·B,置B运算，输入指令，输出指令和存储器存数指令。由微程序控制器按照微指令格式给出下地址，并将结果存入存储器。用Protel电路设计软件画出所设计的模型机系统的电路原理图，包括运算器，微程序控制器，存储器、简单输入／输出设备、时序和启停等电路。用可编程器件EPM7123实现运算器，并借助MAXPLUSII软件实现其功能。在QDKJ－CMH－CPLD试验平台上调试并进行验证。关键字：微程序、控制器、存储器、

引言通过俩周的组成与结构设计，设计一个8位模型计算机系统，包括用可编程器件实现的运算器，微程序控制器，存储器,简单输入／输出接口和设备,时序和启停控制等电路。设计工作是在之前的验证实验基础之上完成的，通过自己的思维，实现微程序机的一些基本的逻辑运算。根据现有的二进制指令系统，条件为模型计算机系统为8位模型机，运算器为8位运算器，数据总线和地址总线都为8位，输入设备为8位开关，输出设备为8位发光二级管指示灯。在现有的芯片内烧制自行设计的微指令，达到在输入一个数据后自加，减一，实现自行跳转。在设计完成后，再输入数据04后得出07的结果，并实现跳转。

8位模型机课程设计

xxxxx 课程设计报告学院机电信息学院课程课程设计专业计算机科学与技术班级xxxxx 姓名xxxxxxx x 学号xxxxxxxxxx 指导教师xxxxxx 日期201x年x月x日

目录 1.概述 0 2.总体设计 0 3.详细设计 (2) 3.1 运算器 (2) 3.2 存储器 (3) 3.3 微控制器 (5) 3.4 基本模型机设计与实现 (8) 4. 总结 (10) 参考文献 (11)

8位模型机的设计与仿真 1.概述在掌握部件单元电路设计与仿真的基础上，进一步将其组成系统构造一台8位模型机。字长是8位纯整型，包含基本的五大件：运算器、存储器、控制器、I/O设备。它的结构框图如下图1-1所示. 这基本的五大件通过数据总线连接，实现数据的处理和控制。部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而综合实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。 2.总体设计模型机主要由运算器、控制器、存储器、数据总线、输入输出和时序产生器组成，模型机的结构图如图2-1所示。图2-1 模型机结构图在图2-1中T1、T2、T3和T4等控制信号都是由时序产生器生产，时序产生器由时序电路实现如图2-2所示，时序产生器一个周期中产生四个脉冲信号T1~T4，这四个脉冲信号用于控制组件的执行顺序，组件在这些信号的控制下有序的执行，一个周期中完成一条微指令的执行。图2-2 时序产生器

组成原理课程设计-设计一台模型计算机

计算机组成原理课程设计一、基本要求：设计一台模型计算机具体内容： 1. 数据格式和指令系统 2. 数据通路 3. 时序系统 4. 微指令格式 5. 微程序控制器 6. 微程序流程图 7. 微程序代码表二、模型机设计 1. 数据格式和指令系统的约定 1) 数据格式模型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为8位，其格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 其中: 第7位为符号位，数值表示范围是：-1≤X＜1。 2) 指令系统模型机设计四大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令（9条）、I／O指令（4条）、访内及转移指令（2条）和停机指令（1条）。因为指令系统共16条指令，所以操作码是4位。由于模型机机器字长为8位，故设计单字长指令和双字长指令供使用。 (1) 算术逻辑指令设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 其中，OP-CODE为操作码，Rs为源寄存器，Rd为目的寄存器，并规定：9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式。

(2) 访内指令及转移指令模型机设计2条访问指令，即存数(STA)、取数(LDA)，2条转移指令，即无条件转移(JMP)、结果为零或有进位转移指令(BZC)，指令格式为： 7 6 5 4 3 2 1 0 其中，OP-CODE为操作码，Rd为目的寄存器，D为位移量(正负均可)，X为寻址方式，其定义如下： (3) 输入输出指令格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 其中，addr=01 时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为入设备，addr=10时，选中“OUTPUT DEVICE”中的数码快作为输出设备。 (4) 停机指令格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 这类指令只有一条，即停机指令HALT (5) 模型机指令系统

计算机组成原理课程设计基本模型机设计与实现

课程设计（大作业）报告课程名称：计算机组成原理设计题目：基本模型机设计与实现院系:信息技术学院班级:计算机科学与技术3班设计者：学号：指导教师：________________________________ 设计时间：昆明学院信息技术学院课程设计（大作业）任务书姓名：院（系）：信息技术学院专业：计算机科学与技术学号：课程设计题目：基本模型机设计与设计课程设计要求：本课程设计以ZYE1603E计算机组成原理及系统结构教学实验系统为平台，设计完成。 1. 按给定的数据格式和指令系统，设计一个微程序控制器。 2. 设计给定机器指令系统以及微程序流程图，按微指令格式写出微程序的为指令代码。 3. 连接逻辑电路完成启动、测试、编程、测试、效验和运行，并观测运行过程及结果。 4. 将微程序控制器模块与运算器模块，存储器模块联机，组成一台模型计算机。 5. 用微程序控制器控制模型机的数据通路。 6. 通过在模型机上运行由机器指令组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，建立计算机整机的概念，掌握计算机的控制机制。 7. 按指定的应用项目进行汇编指令格式及功能设计，并设计相应的机器指令代码，按照模型机数据通路设计实现机器指令功能的微程序。在PC机上编辑机器指令和微程序, 装载代码到ZYE1603B实验系统并运行，实现应用要求。工作计划及安排：

2017年6月19日上午：集中进行课程设计题目的讲解和分解，提出学生需要掌握的硬件和软件方面的知识和要求；以及在课程设计期间的安全和纪律要求，熟悉开发环境（ZYE1603B （4401 机房）。 2017年6月19日下午：查阅资料、确定题目，了解各人（小组）设计安排，就设计过程进行集中讲解，解决设计过程存在的问题。 2017年6月20日~6月22日：在机房进行系统的设计。 2017年6月23日上午：分组讨论，进行交流，了解学生的掌握情况，对本周的学习情况进行总结，对后续的设计提出要求；对存在的问题进行分析和解决。（机房）。 2017年6月23日下午：答辩，成绩评定。指导教师签字_________________ 2017年6月19日

模型计算机的设计论文讲解

目录 1模型机设计方案及步骤 (2) 1.1设计方案 (2) 2指令格式 (4) 2.1指令格式 (4) 2.2指令集 (5) 3数据通路 (6) 4指令操作流程 (6) 5微操作控制信号的逻辑表达式 (14) 6微信号简化 (18) 7微信号电路图 (18) 8模型机微控制信号连线图 (19) 9总结与体会 (20) 10附录 (21)

模型计算机的设计 1模型机设计方案及步骤 1.1设计方案本次课程设计主要任务是设计一模型计算机并利用组合逻辑控制器或微程序进行设计，且至少实现4条CPU指令（从ADD，SUB，XOR，AND，OR中选择）。在此我选择使用组合逻辑控制器（硬连线）方式设计，并实现ADD，SUB，AND，OR四条指令。四条指令意义如下： ADD数学计算两个数的和 SUB数学计算两个数的差 AND逻辑运算两个数的并 OR逻辑运算两个数的或对于以上设计的理由如下： 1.对于方式的选取我们选取硬连线实现，因为此次我们设计的模

型机较为简单，而且采用元件较少，我们采用硬连线可以使用最少的元件从而取得较高的操作速度。 2.对于字长的选取，多方面考虑后，基于资源和设计的需要可以采用八位字长。由于共有四条指令，为了满足选取所以选取其中2位作为OP操作，由于在对数的操作中不仅涉及到对数据的存储还会牵连到指令的操作，在此指令的操作有四条指令所以必须有四个储存单元，加上存储数据的一个单元，一共需要五个单元，再由于计算机存储字长值的限制，选不出5个存储单元的字长。所以至少为3位，其中给出的是8个存储单元，对于寄存器，只有一个数据需要存储，所以1位就行了，但是考虑到计算机存储的限制，所以我们可以把后3位扩展给它。所以共有8位。其中3位表示内存单元地址，用3位表示寄存器编号。加上两个必须的寄存器，其中寄存器有R0、R1、PC、IR。 3.对于内存的选取我们在实际过程中买不到这么小的内存，所以实际操作中可以将前几位置零（接地），用后几位表示即可。最终根据以上理由我们规定它有8位的数据线D[7：0]，执行4条指令，每条指令的长度为1byte，因而它有6位的地址线A[5：0] 。它可以存取的存储器为64byte（1byte=8bits）我们为该CPU定义以下寄存器：

8位CISC计算机设计

８位CIＳＣ计算机设计班级：0９电子信息工程C班学号：０91524*＊** 姓名:＊＊* 日期:2012年4月２6日

一．实验目的 1．深入理解基本模型计算机的功能、组成知识； 2．深入学习计算机各类典型指令的执行流程; 3．学习微程序控制器的设计过程和相关技术,掌握LPM_RO Ｍ的配置方法。 4.在掌握部件单元电路实验的基础上,进一步将单元电路组成系统，构造一台基本模型计算机。 5.定义五条机器指令，并编写相应的微程序，上机调试，掌握计算机整机概念。掌握微程序的设计方法,学会编写二进制微指令代码表。 6.通过熟悉较完整的计算机的设计，全面了解并掌握微程序控制方式计算机的设计方法。二．实验原理 1．在部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本实验将能在微过程控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定的功能。实验中，计算机数据通路的控制将由微过程控制器来完成,C ＰU 从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期,全部由微指令组成的序列来完成,即一条机器指令对应一个微程序。２.指令格式（１)指令格式采用寄存器直接寻址方式，其格式如下：其中，OP-CODE 为操作码，r ｓ为源寄存器，rd 为目的寄存器，并规定：其中IN 为单字长（８位二进制），其余为双字长指令,XX Ｈ为addr 对应的十六进制地址码。为了向R ＡM 中装入程序和数据,检查写入是否正确,并能启动程序执行，还必须设计三个控制台操作微程序。

8位CISC 计算机设计１,存储器读操作（KRD):下载实验程序后按总清除按键（CLR)后，控制台S ＷA 、SWB 为“0 ０”时，可对RAM 连续手动读入操作。 2,存储器写操作(KWE)：下载实验程序后按总清除按键（ＣLR ）后,控制台SW A 、SWB 为“0 1”时，可对R ＡM 连续手动写操作。 3、启动程序（RP):下载实验程序后按总清除按键(C ＬR)后,控制台SWA 、S ＷB 为“1 1”时，即可转入到微地址“01”号“取指令”微指令，启动程序运行。根据以上要求设计数据通路框图,如图5-1所示。表6-1 24位微代码定义: 24 23 2２ 2１２１4 １3 12 11 10 9８7 6 5 4 3 ２ 1 S3 S2 Ｓ 1 Ｓ０ M Cn ＷＥ A9 A8 A B C ｕA5 u Ａ４ｕA ３ｕA2 uA １ uA ０表6－２ A 、B 、Ｃ各字段功能说明:A 字段 B 字段Ｃ字段 1５ 14 13 选择１2 1１ 1０选择 9 8 7 选择 0 ００ 0 0 0 0 0 ０ 0 0 1 LDRi 0 ０ 1 RS-B 0 0 1 Ｐ（1） 0 1 0 L ＤDR1 0 １ 0 0 1 ０ 0 １ 1 LDD Ｒ 2 ０ 1 １ 0 １ 1 1 0 0 L ＤIR 1 0 0 １００Ｐ(4） 1 0 1 LOA Ｄ 1 ０ 1 ALU-B 1 0 1 LD ＡR 1 1 0 LDAR 1 １ 0 P Ｃ-Ｂ 1 1 0 LDPC 24位微代码中各信号的功能 (1） uA5—ｕA0:微程序控制器的微地址输出信号，是下一条要执行的微指令的微地址。（２) S ３、Ｓ2、Ｓｌ、S0:由微程序控制器输出的ALU 操作选择信号，以控制执行16种算术操作或16种逻辑操作中的某一种操作。 (3) M ：微程序控制输出的ＡLU 操作方式选择信号端。Ｍ=0执行算术操作；M=l 执行逻辑操作。 (４） Cn ：微程序控制器输出的进位标志信号,C ｎ=0表示A ＬU 运算时最低位有进位，Cn=1则表示无进位。 (5）WE ：微程序控制器输出的RAM 控制信号。当/C Ｅ＝0时,如WE=０为存储器读;如WE ＝1为存储器写。 (6) A9、A8——译码后产生CS0、ＣS1、CS2信号，分别作为ＳW_B 、RAM 、LE Ｄ的选通控制信号。（7) A 字段（15、1４、13）——译码后产生与总线相连接的各单元的输入选通信号(见表6-1）。 (8) Ｂ字段（12、１1、１0）——译码后产生与总线相连接的各单元的输出选通信号。 (9) C 字段（9、8、7） ——译码后产生分支判断测试信号P （1)~Ｐ(4）和ＬD ＰＣ信号。系统涉及到的微程序流程见图６-2。当执行“取指令”微指令时，该微指令的判断测试字段为P （１)测试。由于“取指令”微指令是所有微程序都使用的公用微指令,因此P(1)的测试结果出现多路分支(见图６－2左图)。用指令寄存器的高4位(IR7-IR4)作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定地址单元。控制台操作为P(4)测试（见图6-2右图），它以控制台信号ＳW Ｂ、S ＷA 作为测试条件，出现了3路分支，占用3个固定微地址单元。当分支微地址单元固定后，剩下的其它地方就可以一条微指令占用控制存储器的一个微地址单元,随意填 SWB SWA 控制台指令 0 ０ 1 ０ 1 １读内存（KRD) 写内存(K ＷE ）启动程序（ＲP ）图6-1 数据通路框图

模型计算机设计方案的制定

一、设计任务与要求：任务： 1．设计一个8位模型计算机系统，包括运算器，微程序控制器，存储器、简单输入／输出设备、时序和启停等电路； 2．画出系统组成框图，指出各个部分的功能和实现途径； 3．针对所设计的模型机系统，每组学生自己定义一套简单的指令系统，给出助记符指令格式，分配指令的机器代码，指出指令的功能； 4．写出设计方案。要求： 1．所设计的模型计算机系统为8位模型机，运算器为8位运算器，数据总线和地址总线都为8位，输入设备为8位开关，输出设备为8位发光二级管指示灯； 2．每组定义的指令系统为4至8条指令，必须包含本组运算器特有运算功能的指令，每组必须有两条以上指令与其他组不同，经老师审核后确定； 3．每组制定一份设计方案。二、系统组成框图及各部分的功能和实现途径：（一）、系统的总体结构框图：图1 总体结构框图（二）各个部分的功能和实现途径： 1、收发器74LS245 8一位无反相输出三态输入

2.、D型触发器74LS273 8一位清零输入 Q0＝在时钟脉冲上升沿之前QT的输出3、算数逻辑单元功能发生器74LS181 4一位 16一功能逐位进位输出

4.、2K CMOS静态随机存贮器RAM（2048×8）6116 5、D型触发器74LS374 8一位透明的无反相 3一态输出 6、累加器74LS163 4一位二器异步清零输入上计数器可计数输入置位输入行波进位输出异步计数

三、简单指令系统：（1）IN A，DATA。指令码10，A指R0，DATA指SW7－SW0上的数据输入到R0寄存器。是输入指令。（2）ADD A，B。指令码20 ，A指R0，B指R1，将R0寄存器的内容与R1寄存器的内容相加，结果送R0，是加法指令。（3）SUB A，B。指令码30，A指R0，B指R1，将R0寄存器的内容与R1寄存器的内容相减，结果送R0，是减法指令。 (4) OPP A，(OPP)。指令码40 OPP，A指R0，OPP为贮存器地址。将R0寄存器的内容与内存中以OPP为地址单元内的数相乘，其中这个数为-1，目的是求相反数，是求相反数指令。（5）MUL A，B。指令码50，A指R0，B指R1，将R0寄存器的内容与R1寄存器的内容相乘，结果送R0，是乘法指令。（6）STA（STA），A。指令码60 STA，A指R0，STA为存贮器地址。将R0寄存器的内容存到以STA 为地址的内存单元中。（7）OUT BUS，（STA）。指令码70（STA），BUS为数据总线，STA为存贮器地址。将内存中以STA 为地址的数据读到总线上。（8）JMP OPP。指令码80 。OPP指存贮器地址。程序无条件地转移到OPP（可以是存贮器中不同的地址）所指定的内存单元地址。其中实现求相反数指令后，可以根据求出的相反数实现减法运算；将求相反数指令中的（OPP）换做寄存器R1加以修改可以实现乘法运算。本次实验的主要目的是实现两个数的相加以及实现求一个数的相反数。（注：文件素材和资料部分来自网络，供参考。请预览后才下载，期待你的好评与关注。）

8位模型计算机的设计

石家庄经济学院华信学院计算机组成原理课程设计报告题目 8位模型计算机的设计姓名学号班号 4064170801 指导老师关文革尹立洁赵洋成绩 2009年1月目录 1. 课程设计目的 52 2. 开发工具选择 52 3. 方案选择 52 4．指令系统设计 52 5. 模型机框图设计 52 6. 指令流程图 52 7. 指令操作时间表（组合逻辑控制器）或者微指令格式（微程序控制器）设计 52 8. 微操作信号综合与优化（组合逻辑控制器）或者微程序（微程序控制器）设计 52 9. VHDL实现 52 10. 调试仿真 52 11. 课程设计回顾总结 52 参考文献 52 附录 52 一、课程设计目的 1、计算机组成原理课程设计的主要任务是让学生通过动脑和动手解决计算机设计中的实际问题。综合运用所学计算机组成原理知识，在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统构造一台基本的模型计算机，掌握整机概念，并设计机器指令系统，编写程序，在所设计的模型计算机上调试运行。

2、通过一台模型机的设计过程，明确计算机的控制原理与控制过程，巩固和灵活应用所学的理论知识，掌握计算机组成的一般设计方法，提高学生设计能力和实践操作技能，为从事计算机研制与设计打下基础。二、开发工具选择以TEC-CA教学实验系统为平台，采用硬件描述语言 VHDL为设计工具，应用QUARTUSⅡ5.1环境进行大规模集成电路的功能设计仿真。三、方案选择应用微程序控制器来实现8位模型计算机的设计。四、指令系统设计所要设计的微程序控制器是由七条指令来完成的，即：load，sta，add，sub，and1，nop，jmp。实现功能分别如下：load指令是公操作，实现取数据的功能；sta指令实现存操作；add指令实现加法操作；sub指令实现减法操作；and指令实现与操作； nop指令实现空操作；jmp指令实现无条件跳转操作。其中add，sub，and1，属于双操作数指令，其指令格式如下图：目的源其中jmp属于转移指令，其指令格式如下图：转移条件转移地址五、模型机框图设计 I/O 六、指令流程图 Addr_bus load_MAR CS R_NW 3 OP

基本模型机设计及实现

基本模型机设计及实现文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]

课程设计任务书课程名称：计算机组成原理设计题目：（共3个课题，最多3人一组，每组任选一题） 1.基本模型机设计与实现； 2.带移位运算的模型机的设计与实现； 3.复杂模型机的设计与实现。已知技术参数和设计要求：内容和技术参数：利用所学过的理论知识，特别是微程序设计的思想，写出要设计的指令系统的微程序。设计环境为TDN－CM＋计算机组成原理教学实验系统，微机，虚拟软件。将所设计的微程序在此环境中进行调试，并给出测试思路和具体程序段。最后撰写出符合要求的课程设计说明书、完成答辩。 1.基本模型机设计与实现指令系统至少要包括六条不同类型指令：如一条输入指令，一条减法指令,一条加法指令，一条存数指令，一条输出指令和一条无条件转移指令。 2. 带移位运算的模型机的设计与实现在基本模型机的基础上增加左、右循环和左、右带进位循环四条指令 3. 设计不少于10条指令的指令系统。其中，包含算术逻辑指令，访问内存指令，程序控制指令，输入输出指令，停机指令。重点是要包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。以上数据字长为8位，采用定点补码表示。指令字长为8的整数倍。微指令字长为24位。

具体要求： 1、确定设计目标确定所设计计算机的功能和用途。 2、确定指令系统确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式。确定相对应指令所包含的微操作。 3、总体结构与数据通路总体结构设计包括确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构。在此基础上，就可以拟出各种信息传输路径，以及实现这些传输所需要的微命令。综合考虑计算机的速率、性能价格比、可靠性等要求，设计合理的数据通路结构，确定采用何种方案的内总线及外总线。数据通路不同，执行指令所需要的操作就不同，计算机的结构也就不一样。 4、设计指令执行流程数据通路确定后，就可以设计指令系统中每条指令所需要的机器周期数。对于微程序控制的计算机，根据总线结构，需考虑哪些微操作可以安排在同一条微指令中，哪些微操作不能安排在同一条微指令中。 5、确定微程序地址根据后续微地址的形成方法，确定每个微程序地址及分支转移地址。 6、微指令代码化根据微指令格式，将微程序流程中的所有微指令代码化，转化成相应的二进制代码写入到控制存储器中的相应单元中。

计算机基本模型机设计与实现

计算机基本模型机设计与实现万红明，李明威 ——湖北省孝感学院计算机科学系摘要：本科研项目主要在传统模型机的基础上进一步设计且实现模型机的主要组成部件（运算器，存储器，控制器，基本输入输出设备）的基本功能，结合基本硬件资源，充分利用微程序，时序，组合逻辑等控制模型机完成一些基本的指令功能。关键词：计算机组成原理模型机微指令微程序。一、模型机的硬件组成计算机是由运算器、存储器、控制器以及输入输出四大主要单元组成。它们之间通过一条公共的通道进行数据的传递和控制，即总线。其中运算器主要是负责数据的逻辑和算术运算，存储器的任务就是存放我们编写的机器指令（程序）和一般的数据存储，控制器是根据读取内存中的机器指令从而对相应的指令作出分析，继而对我们的计算机发不同的控制信号。输入输出单元则是将我们需要运行的程序写入内存，再由机器运行计算得出结果，予以显示输出。下图为模型机的基本框架：图(1) 下面我们就对模型机的硬件设计思路作一些简要的介绍(设计的重点是在微程序的设计上，在后面我们将作祥细的说明。（1）算术逻辑运算单元我们用的运算器是将两个74LS181进行级联做成一个八位的运算器，并且带有进位功能。当有进位产生时，在高四位的74LS181上的CN+4端输出一个高电平，经D触发器锁存输出并送致LED显示。74LS181有多种组合状态，因此会有多种不同的结果。我们在此只设计实现两个数据相加的功能。它的输入端直接连着两个锁存器（74LS273），它能够将输入端的数据送进锁存器内锁存，进而将数据送进运算器进行算术或逻辑运算。运算器运算后的结果将通过一个三态门（74LS245）后才能送到总线与其它的部件交换数据，设计中三态门的作用是使各部件正常工作而互不影响。（2）存储单元存储器芯片选用的是6116（2K x 8），其数据端接至数据总线，地址由地址锁存器（74LS273）给出。数据开关经一三态门（74LS245）连至数据总线，分时给出地址和数据。

一台模型计算机的设计与调试

课程设计题目：一台模型计算机的设计与调试一．设计目的： 1、融会贯通教材各章的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识，加深计算机工作中“时间-空间”概念的理解，从而清晰地建立计算机的整机概念。 2、学习设计和调试计算机的基本步骤和方法，培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计和调试的实践和经验。二．设计任务： 1、根据给定的数据格式和指令系统，设计一台微程序控制的模型计算机。 2、根据设计图，在QUARTUS II环境下仿真调试成功。 3、在调试成功的基础上，整理出设计图纸和相关文件，包括：（1）总框图（数据通路）；（2）微程序控制器逻辑图；（3）微程序流程图；（4）微程序代码表；（5）设计说明书；（6）工作小结。三．设计的数据格式和指令系统： 1、数据格式数据字规定采用定点整数补码表示法，字长8位，其中最高位为符号位，其格式如下： 2、指令格式本实验设计使用5条机器指令，其格式与功能说明如下： IN ADD STA OUT JMP 说明：IN指令功能是将数据开关的8位数据输入到R0寄存器。 ADD指令功能是将R0寄存器的内容与内存中地址为A的数相加，结果存放在R0寄存器中。STA指令功能是将R0寄存器中的内容存储到以第二个字为地址的内存单元中。 OUT指令功能是将内存中以第二个字为地址的内存单元中的数据读出到数据总线，并显示。JMP指令功能是程序无条件转移到第二个字指定的内存单元地址。四、总体设计： 1、总体设计的主要任务是选定所用器件，设计指令流和数据流的数据通路，根据指令系统的要求，总体设计的主要步骤如下：（1）对指令系统中的各条指令进行分析，得出所需要的占领周期与操作序列，以便确定各器件的类型和数量；

计算机组成原理课程设计——模型计算机的设计与实现

---------计算机组成原理课程设计报告书课题名模型计算机的设计与实现班级姓名学号指导教师日期 2012.6.18～ 2012.6.21

一、设计目的 1、融会贯通教材各章的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识，经阿什计算机工作中“时间-空间”概念的理解，从而清晰地建立计算机的整机概念。 2、学习设计和调试计算机的基本步骤和方法，培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计和调试的实践和经验。二、设计内容 1、根据给定的数据格式和指令系统，设计一台微程序控制的模型计算机。 2、根据设计图，在QUARTUS II环境下仿真调试成功。 3、在调试成功的基础上，整理出设计图纸和相关文件，包括：（1）总框图（数据通路图）；（2）微程序控制器逻辑图；（3）微程序流程图；（4）微程序代码表；（5）设计说明书；（6）工作小结。三、数据格式与指令系统 1、数据格式数据字规定采用定点整数补码表示法，字长8位，其中最高位为符号位，其格式如下：7 6 5 4 3 2 1 符号位尾数

2、指令格式本实验设计使用5条机器指令，其格式与功能说明如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 IN 00 1 0 0 0 0 0 ADD 0 1 0 0 0 0 0 0 A STA 0 1 1 0 0 0 0 0 A OUT 1 0 0 0 0 0 0 0 A JMP 1 0 1 0 0 0 0 0 A IN指令为单字长（字长为8bits）指令，其功能是将数据开关的8位数据输入到R0寄存器。 ADD指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其功能是将R0寄存器的内容与内存中地址为A的数相加，结果存放在R0寄存器中。 STA指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其功能是将R0寄存器中的内容存储到以第二个字为地址的内存单元中。 OUT指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其功能是将内存中以第二个字为地址的内存单元中的数据读出到数据总线，显示之。 JMP指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其功能是程序无条件转移到第二个字指定的内存单元地址。

八位模型机设计

八位模型机设计 | | 实验名称八位模型机设计课程名称计算机组成原理程序设计 | | 专业班级：计算计科学与技术学生姓名：实验日期：2015年5月验证性、综合性实验报告应含的主要内容：一、实验目的及要求二、所用仪器、设备

三、实验原理四、实验方法与步骤五、实验结果与数据处理六、讨论与结论（对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问题等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见）七、所附实验输出的结果或数据设计性实验报告应含的主要内容：一、设计要求二、选择的方案三、所用仪器、设备四、实验方法与步骤五、实验结果与数据处理六、结论（依据“设计要求”）七、所附实验输出的结果或数据

目录一、摘要....................................................................................................... 错误！未定义书签。二、前言....................................................................................................... 错误！未定义书签。三、设计目的、任务与内容....................................................................... 错误！未定义书签。 3.1设计目的.......................................................................................... 错误！未定义书签。根据计算机组成原理课程所学知识，设计一个8位的模型计算机。 .. 错误！未定义书签。 3.2设计任务.......................................................................................... 错误！未定义书签。 3.3设计内容.......................................................................................... 错误！未定义书签。四、八位模型机整体设计........................................................................... 错误！未定义书签。 4.1总体结构.......................................................................................... 错误！未定义书签。 4.2指令系统 (9) 4.3运算器 (10) 4.4存储器 (11) 4.5控制器 (12) 4.6指令流程图和操作时间表 (15) 4.7微指令码 (15) 五、实验感想与讨论 (21) 六、参考文献 (22)

计算机组成原理一台模型计算机的设计

计算机组成原理课程设计……一台模型计算机的设计一、教学目的、任务与实验设备 1．教学目的 (1)融会贯通本课程各章节的内容,通过知识的综合运用,加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识,加深计算机工作中“时间—空间”概念的理解,从而清晰地建立计算机的整机概念。 (2)学习设计与调试计算机的基本步骤与方法,提高使用软件仿真工具与集成电路的基本技能。 (3)培养科学研究的独立工作能力,取得工程设计与组装调试的实践与经验。 2.设计与调试任务 (1)按给定的数据格式与指令系统,在所提供的器件范围内,设计一台微程序控制的模型计算机。 (2)根据设计图纸,在MAX+PLUS 平台上进行仿真,并下载到EL 教学实验箱上进行调试成功。 (3)在调试成功的基础上,整理出设计图纸与其她文件。包括:①总框图(数据通路图);②微程序控制器逻辑图;②微程序流程图;④微程序代码表;⑤元件排列图(或VHD 程序清单);⑥设计说明书;⑦调试小结。 2．实验设备（1） PC 机一台（2） EL 教学实验箱（3） MAX+PLUS Ⅱ配套软件二、数据格式与指令系统本模型机就是一个8位定点二进制计算机,具有四个通用寄存器:R 0～R 3,能执行11条指令,主存容量为256KB 。 1．数据格式数据按规定采用定点补码表示法,字长为8位,其中最高位(第7位)为符号位,小数点位置定在符号位后面,其格式如下: 2．指令格式及功能由于本模型机机器字只有8位二进制长度,故使用单字长指令与双字长指令。 ⑴ LDR Ri,D 格式功能: Ri ←M(D) （2） STR Ri,D 格式功能:

计算机组成原理生产实习内容(一)一台模型计算机的设计

附件1 计算机组成原理生产实习内容（一）一台模型计算机的设计一、教学目的、任务与实验设备 1．教学目的（1）融会贯通本课程各章节的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识，加深计算机工作中“时间—空间”概念的理解，从而清晰地建立计算机的整机概念。（2）学习设计和调试计算机的基本步骤和方法，提高使用软件仿真工具和集成电路的基本技能。（3）培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计与组装调试的实践和经验。 2．设计与调试任务（1）按给定的数据格式和指令系统，在所提供的器件范围内，设计一台微程序控制的模型计算机。（2）根据设计图纸，在MAX+PLUS 平台上进行仿真，并下载到EL教学实验箱上进行调试成功。（3）在调试成功的基础上，整理出设计图纸和其他文件。包括：①总框图(数据通路图)；②微程序控制器逻辑图；②微程序流程图；④微程序代码表；⑤元件排列图（或VHD 程序清单）；⑥设计说明书；⑦调试小结。 2．实验设备（1）PC机一台（2）EL教学实验箱（3）MAX+PLUS Ⅱ配套软件二、数据格式和指令系统本模型机是一个8位定点二进制计算机，具有四个通用寄存器：R0～R3，能执行11条指令，主存容量为256KB。 1．数据格式数据按规定采用定点补码表示法，字长为8位，其中最高位（第7位）为符号位，小数点位置定在符号位后面，其格式如下：数值相对于十进制数的表示范围为：－1≤X≤1―2―7 2．指令格式及功能由于本模型机机器字只有8位二进制长度，故使用单字长指令和双字长指令。 ⑴ LDR Ri，D 格式 7 4 3 2 1 0 功能：

简单模型计算机的设计

前言该设计是根据计算机组成原理课程所学的知识，设计、开发的一套简单模型机。是在DVCC试验机上实现的，此系列实验系统作为较高层次、专用于计算机原理课程教学实验的实验计算机系统具有良好的实验性能和系统的完整性以及可扩展性。良好的实验性体现在DVCC系列机能很好地完成计算机硬件系统各功能部件的教学实验，它包括运算器部件、控制器部件、主存储器部件、总线和几种最重要的外设接口实验，包括中断、定时计数器、输入/输出接口等；计算机的CPU自行设计与实现，配有小的监控程序，有自己的汇编语言的支持。在相应软件的配合下，将各功能部件有机的结合起来，完成计算机整机的实验。系统的完整性体现在DVCC系列机与学生常见到的简单计算机大体相同，其主要组成与运行方式和PC机差不多，该系列机是一台硬软件相对完整、配置巧妙合理的完整的计算机系统，通过它能体现出重要教学内容、能完成主要教学实验项目。可扩展性体现在（1）支持高级与初级两个层次上两种方式的实验，高层次的实验方式是指DVCC系列机与PC微机连起来运行，可以动态显示整个实验过程中数据流的流向和当前的各种参数；初级实验方式是指不接任何计算机外围设备，只用DVCC 系列机上的开关、按键及指示灯、数码管显示器等操作，控制实验机的运行，同时显示运行的结果。（2）在基本系统上支持多项扩展功能，它包括一个在系统大规模可编程器件，一个并行接口电路，一个定时/计数器电路，一个用万能接线板组成的通用扩展实验板。

摘要本设计完成一个简单模型计算机的设计，设计中使用的运算器是74LS181，存储器是6264，与相应的译码电路、锁存电路以及输入输出电路组成了模型机的硬件基础。当然光有硬件电路不是一个完整的计算机，本设计还设计了相应的微指令和微程序组成具有一定功能的指令系统，包括IN,OUT,STA,LDA,JMP,BZC,CLR,MOV,ADD,AND 等指令。最终通过模型机的设计和调试，连贯运用计算机组成原理课程学到的知识，建立计算机整机概念，加深对计算机时间和空间概念的理解。关键词：简单模型计算机机运算器存储器微指令微程序