组成原理--(课程设计)一台模型计算机的设计与调试
计算机组成原理课程设计报告完整版
计算机组成原理课程设计报告班级：06计算机 6 班姓名：李凯学号：20063007完成时间：2009年1月3日一、课程设计目的1．在实验机上设计实现机器指令及对应的微指令（微程序）并验证，从而进一步掌握微程序设计控制器的基本方法并了解指令系统与硬件结构的对应关系；2．通过控制器的微程序设计，综合理解计算机组成原理课程的核心知识并进一步建立整机系统的概念；3．培养综合实践及独立分析、解决问题的能力。
二、课程设计的任务针对COP2000实验仪，从详细了解该模型机的指令/微指令系统入手，以实现乘法和除法运算功能为应用目标，在COP2000的集成开发环境下，设计全新的指令系统并编写对应的微程序；之后编写实现乘法和除法的程序进行设计的验证。
三、课程设计使用的设备（环境）1．硬件●COP2000实验仪●PC机2．软件●COP2000仿真软件四、课程设计的具体内容（步骤）1．详细了解并掌握COP 2000模型机的微程序控制器原理，通过综合实验来实现该模型机指令系统的特点：COP2000模型机包括了一个标准CPU所具备所有部件，这些部件包括：运算器ALU、累加器A、工作寄存器W、左移门L、直通门D、右移门R、寄存器组R0-R3、程序计数器PC、地址寄存器MAR、堆栈寄存器ST、中断向量寄存器IA、输入端口IN、输出端口寄存器OUT、程序存储器EM、指令寄存器IR、微程序计数器uPC、微程序存储器uM，以及中断控制电路、跳转控制电路。
其中运算器和中断控制电路以及跳转控制电路用CPLD来实现，其它电路都是用离散的数字电路组成。
微程序控制部分也可以用组合逻辑控制来代替。
模型机为8位机，数据总线、地址总线都为8位，但其工作原理与16位机相同。
相比而言8位机实验减少了烦琐的连线，但其原理却更容易被学生理解、吸收。
模型机的指令码为8位，根据指令类型的不同，可以有0到2个操作数。
指令码的最低两位用来选择R0-R3寄存器，在微程序控制方式中，用指令码做为微地址来寻址微程序存储器，找到执行该指令的微程序。
《计算机组成原理》课程标准
《计算机组成原理》课程教学标准课程名称：计算机组成原理_________所属院部：工学院____________制定教师： _____________主讲教师： ______________制定时间：年___________课程整体教学标准一、课程基本信息二、课程定位本课程是计算机科学与技术专业的一门学科基础必修课，是计算机硬件系列课程的重要先修基础。
通过学习本课程，掌握计算机系统各部件的组成以及内部运行原理，为学习其它计算机专业课程打下一个良好的基础。
三、课程目标（一）总体目标本课程的理论教学主要从计算机系统概论、总线系统、存储系统、输入输出系统、运算方法、指令系统、中央处理器、控制系统等几个方面讲解计算机的基本组成、基本原理和基本的设计方法，培养学生在硬件系统的分析、开发、使用和维护方面的能力，使学生建立比较清晰的整机概念。
（二）能力目标通过本课程的学习，使学生能够根据模型机的原理进行分析各部件的组成，掌握工作原理；培养学生硬件开发能力，使用和维护计算机相关硬件。
（三）知识目标本课程要求学生掌握数字化信息编码及运算方法，运算器的逻辑构成；熟悉半导体存储器、磁表面存储器基本原理，掌握存储体系构成；掌握寻址和指令系统；熟悉中央处理器组成、时序控制方法；熟悉系统总线和I/O系统。
（四）素质目标1、通过对计算机各部件的组成以及内部运行原理的学习，提高学生的逻辑思维能力。
2、通过对硬件系统原理的学习，提高学生实际动手能力。
四、课程的知识理论五、能力训练项目六、项目情境设计七、首次课及结课设计首次课设计：1、介绍本门课在专业课程中的地位和作用。
2、以微机启动过程为例，简要介绍微机各组成部分。
3、介绍本课程的主要内容以及学习方法。
结课设计：1、梳理本课程的主要知识点。
2、总结教学过程中存在的不足。
八、考核方案本门课程的考核方式可以采取形成性考核和终结性考核相结合，理论考核和实践考核相结合的方式。
形成性考核考核学生在平时学习过程中的态度，项目完成的程度等，成绩占总成绩的40%。
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 ADDaddr STAaddr OUTaddr JM P addr其中，IN 为单字长（8位），其余为双字长，×××× ××××为addr 对应的二进制地址码。
山东大学计算机组成原理课程设计实验报告
运算器结构如下图所示。R0、R1、R2 均为 D 触发器组成的八位寄存器，在打入 脉冲 CPRi 的作用下，接收数据输入端提供的信息送入 Ri 中。
μIR23-16 为微指令寄存器的高八位，可定义为操作数。进位信号 C0、打入脉冲 CPR0、CPR1、CPR2、M、S0、S1、S2、S3 均由微指令寄存器的 μIR8 和 μIR7--μIR0 产生。
算术逻辑运算单元 ALU 的设计
该部分中算术逻辑运算单元用两片 74LS181 芯片按如下图所示结构实现八位 组间串行进位运算器。
74LS181 功能表如下图所示。
5
计算机一班 鸿武 QQ:2420430689(2 号)
ALU 的实现电路图如下。
实验调试
将设计完成的电路图下载到 FPGA 中。按照前面所给的 74LS181 功能表编写 微指令，并写入到 ROM 中，微指令从 0 地址单元开始存放。
微程序控制的存储器读写系统设计............................................... 7 设计目的................................................................. 7 设计要求................................................................. 7 结构与信号索引........................................................... 8 微指令格式及微指令编制................................................... 8
微程序控制的运算器设计详细电路图 ........................................ 22 微程序控制的存储器读写系统设计详细电路图 ................................ 24 微程序设计模型机详细电路图.............................................. 25 硬布线控制的模型机详细电路图............................................ 34
计算机组成原理课程设计的实验报告范文
长治学院课程设计报告课程名称：计算机组成原理课程设计设计题目：设计一台性能简单的计算机系别：计算机系专业：计科1101班组别：第三组学生姓名: 学号:起止日期: 2013年7月4日~ 2013年7月10日****:***目录一、课程设计的目的 ----------------------------------1二、设计要求 ----------------------------------------1三、设计的方法及过程---------------------------------23.1整机设计 --------------------------------------23.1.1 根据设计要求正确设置正确设置多路开关-------23.1.2操作控制信号及其实现方式-------------------23.1.3根据接线表画出整机的线路图-----------------2 3.2．设计指令系统----------------------------------3 3.3．设计微指令及指令的微程序----------------------43.3.1设计微地址 --------------------------------4 3.3.2写出指令的执行流程-------------------------3 3.3.3编写指令的微程序---------------------------53.4．编写并执行应用程序----------------------------8四、心得体会-----------------------------------------7 一课程设计的目的通过课程设计更清楚地理解下列基本概念：（1）计算机的硬件基本组成；（2）计算机中机器指令的设计；（3）计算机中机器指令的执行过程；（4）微程序控制器的工作原理；（5）微指令的格式设计原理；二设计要求题一研制以台性能如下的实验计算机。
计算机组成原理-简单模型机设计课设
目录摘要 (2)前言 (3)正文 (4)一、设计目的和设计原理 (4)1.1设计目的 (4)1.2设计原理 (4)二、总体设计 (7)三、详细设计 (8)3.1运算器的物理结构 (8)3.2存储器系统的组成与说明 (11)3.3指令系统的设计与指令分析 (12)3.4微程序控制器的逻辑结构及功能 (14)3.5微程序的设计与实现 (18)四、系统调试 (27)总结 (29)参考文献 (30)致谢 (31)摘要根据设计任务书要求，本设计要实现完成一个简单计算机的设计，主要设计部分有运算器，存储器，控制器以及微指令的设计。
其中运算器由运算芯片和寄存器来完成,存储器由总线和寄存器构成，使用硬布线的方式实现控制器，从而完成设计要求。
:关键词：基本模型机的设计；运算器；存储器；控制器；前言计算机组成原理是计算机科学技术学科的一门核心专业基础课程。
从课程的地位来说，它在先导课程和后续课程之间起着承上启下的作用。
计算机组成原理讲授单处理机系统的组成和工作原理，课程教学具有知识面广，内容多，难度大，更新快等特点。
此次课程设计目的就是为了加深对计算机的时间和空间概念的理解, 增强对计算机硬件和计算机指令系统的更进一步了解。
计算机组成原理课程设计目的是为加深对计算机工作原理的理解以及计算机软硬件之间的交互关系。
不仅能加深对计算机的时间和空间的关系的理解，更能增加如何实现计算机软件对硬件操作，让计算机有条不紊的工作。
正文一、设计目的和设计原理1.1设计目的融会贯通计算机组成原理课程中各章的内容，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，特别是对硬连线控制器的认识，建立清晰的整机概念。
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。
在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统地构造一台基本模型计算机。
计算机组成原理课程设计---复杂模型机的设计与实现
计算机组成原理课程设计一~复杂模型机的设计与实现课程设计2011 年 12 月设计题目 学生姓名学 号 专业班级 指导教师复杂模型机的设计与实现范加林20092697计算机科学与技术09-2郭骏一、课程设计目的与要求设计目的：本课程设计是《计算机组成原理》课程之后开设的实践环节课程。
通过本课程设计，使学生进一步加深对计算机原理系列课程相关内容的理解，掌握CPU设计的基本方法和计算机系统的组成原理，进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；锻炼计算机硬件的设计能力、调试能力；培养严谨的科学实验作风、良好的工程素质及团队协作精神，为今后的工作打下基础。
设计要求：基于计算机组成原理教学实验系统设计并实现一个具有16条机器指令、采用微程序控制器的8位计算机。
并根据设计课题要求，给出模型机的设计方案(包括指令系统和硬件结构)。
画岀所设计计算机的硬件连接图，针对所设计的指令系统编写出相应的微程序。
对所设计的计算机进行安装与调试。
编写测试程序, 对系统进行验证。
编写课程设计报告。
二、指令格式和指令系统(-)指令格式K数据格式模型机规定采用定点补码表示数据，且字长为8位，其格式如下:7 6 5 4 3 2 1 0符号尾数其中第7位为符号位, 数值表7K范是：W X<lo2、指令格式模型机设计四大类指令共16条,其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访问及转移指令和停机指令。
(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 0OP-CODE Rs Rd其中，OPCODE为操作码，Rs为源寄存器,Rd为目的寄存器，并规定:Rs 或Rd选定的寄存器00R001R110R211R39条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见7-12-1o⑵访问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:其中“00 M”为源码段，2OP-CODE为目的码段（LDA、STA指令使用）。
计算机的基本组成及工作原理教案
计算机的基本组成及工作原理教案
一、计算机的基本组成
1. 中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）
中央处理器是计算机的核心，负责控制和管理整个计算机系统的运行，是计算机系统最重要的部件，把计算机硬件组件组合在一起，使之能够运
行系统软件。
主要由ALU、控制器、缓存、总线和晶体管等组成。
ALU（Arithmetic Logic Unit，算术逻辑部件）是由运算器和逻辑单
元组成，主要完成数据的运算和逻辑判断功能；控制器负责处理指令序列，它的作用是控制各个部件的工作；缓存负责临时存储数据，其功能是更快
的地将数据移动到CPU；总线（Bus）是连接CPU、外部存储器和外部设备
的通讯介质，是以二进制码进行消息传递；晶体管（Transistor）通过控
制电路流出的电流，使之变成0或1，用于存储和传输信息。
2.存储器
存储器是计算机内部的一种存储装置，主要用来存储程序指令和数据
信息。
它主要由电容、存储器单元和控制器等组成，可以分为内存和外存
两大类。
内存是指主存储器，它是计算机最快的一种存储器，一般用来存储正
在运行的程序指令和运算数据；外存是指辅助存储器，它用来存放长期保
存的数据和程序，外存存储速度比内存慢得多，但它可以存储的数据量比
内存大得多。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
计算机组成原理课程设计
一、课程设计题目：一台模型计算机的设计与调试
二、课程设计的目的：
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。
三、课程设计要求：
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：
A、总框图（数据通路图）；
B、微程序控制器逻辑图；
C、微程序流程图；
D、微程序代码表；
E、设计说明书；
F、工作小结。
四、课程设计报告内容：
1、系统主要功能
A、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：
B、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
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。
2、总体设计
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：
A、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；
B、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，使得由指令系统所要求的数据通路都能实现，并满足技术指标的要求；
C、检查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；
D、检查所设计的数据通路，尽可能降低成本，简化线路，优化性能。
以上过程可以反复进行，以便得到一个较好的方案。
下图给出了一个没有考虑乘法和除法指令操作的总框图参考方案，在此方案确定后，应检查所选用的各个器件是否满足数据通路的要求。
数据通路的设计和器件的选择应同时进行，接入总线的器件都要有三态输出，以便与总线连接。
图中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。
总框图（数据通路图）
微程序控制器基本原理图：
数据通路图一旦确定，指令流与数据流的通路也就确定了，因而运算器和控制器的大部分结构也就确定下来了。
图1中各功能器件上标住的控制点及控制信号，就是微程序控制器设计的依据。
A、微指令格式
微指令格式建议采用水平型微指令格式，微命令编码采用直接表示法和字段直接译码法相结合的混合表示法，以缩短微指令长度，后继微地址采用断定方式。
微指令格式如下：
s 3 s
2
s
1
s
0 m c
n
l
o
a
d
c
e w
e
L
D
R
L
D
D
R
1
L
D
D
R
2
L
D
I
R
L
D
P
C
L
D
A
R
n
A
L
U
-
B
U
S
7 6
P(
1) u
A
4
u
A
3
u
A
2
u
A
1
u
A
↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑
微指令长度为24位，据此可以确定控制存储器的字长也应为24位。
微指令格式确定后，微程序的横向设计在于正确选择数据通路，纵向设计在于确定后继微指令地址。
纵向设计的通常做法是先确定微程序分支处的微地址，因为微程序分支处需要进行判别测试，这些微地址确定后，就可以在“微地址表”中把相应的微地址单元填进去，以免后面的设计中重复使用，以致造成设计错误。
当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段应指明P(1)测试。
“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，P(1)测试的结果导致微程序出现多路分支。
在本模型机中，只拟设计5条机器指令，故用指令寄存器的前3位（IR7-IR5）作为测试条件，微程序可以实现8路转移，但我们只用到前5路。
分支后的微地址分别定为01001B-01101B。
微程序流程图
A、微程序控制器设计图：
封装后的微程序控制器：
B、时序产生器的设计图：
封装后的时序产生器：
C、数据通路设计图：
5、系统测试：
6、存在问题及解决问题注意事项
首先对机器指令及微指令的的编码方法不了解，对计算机的组成和工作原理也不是很理解通过老师的讲解和大家对实验指导书上研究学习再结合课本相互探讨，逐渐理解了计算机的组成和工作原理，基本掌握的机器指令和微指令编码方法。
其次在连接数据通路的图时连好后编译出现了很多错误，经过小组共同努力终于成功编译好了。
7、设计总结及体会
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，将结论用于实践，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
通过本次的课程设计我深深的感觉到充分利用网络资源的重要性和相互团结合作精神的重要性。
在此对于较复杂的系统，我了解到常采用的方法就是将其分成各个模块来实现，这样可以很大程度上简化整个系统的设计以及实现上的难度，充分发挥了化繁为简的作用。
同时进一步让我熟悉了Quartus II的环境，可以察觉充分发挥了设计上的优势，简单易用，便于整合，方便修改。
8、参考文献
[1] 王世敏. 纳米材料制备技术[M]. 北京：化学工业出版社，2002:22-2
[2] 徐瑛，杨增新，李志华等. 二氧化钛复合微粉的抗菌性能研究[J].功能材料，2002，33（6）：682-683.
[3] Hoffman M R , Martin S T , et al. Environmental Applications of Semiconductor Photocatalysis [J].Chem Rev, 1995,95(1):69-96.
[4] Heinig Jr. Method of treating water [P]. US:USP5352369,1997-09-27.
[5] 白中英计算机组成原理科学出版社2002.5 第三版网络版。