计算机组成原理课程设计
计算机组成原理课程设计
计算机组成原理课程设计1. 引言计算机组成原理是计算机科学与技术专业中一门重要的基础课程。
通过学习计算机组成原理，可以了解计算机的基本组成结构、工作原理和性能提升方法。
为了更好地掌握和应用所学知识，本文将介绍一项针对计算机组成原理课程的设计任务。
2. 任务描述本次课程设计任务要求设计一个简单的单周期CPU，实现基本的指令执行功能。
具体要求如下：•CPU的指令集包括加载（Load）、存储（Store）和算术逻辑运算（ALU）指令，需要支持整数加法、减法、乘法和除法运算。
•CPU需要具备基本的流水线功能，包括取指（Instruction Fetch）、译码（Decode）、执行（Execute）和写回（Write Back）。
•CPU需要支持基本的寄存器操作，包括寄存器读取（Register Read）和寄存器写入（Register Write）。
•CPU的指令和数据存储器使用单端口RAM，指令和数据的访问都需要经过存储器。
3. 设计思路针对上述需求，我们可以采用以下设计思路：3.1 CPU总体设计•CPU采用单周期结构，即每个指令都在一个时钟周期内完成。
•CPU主要分为指令存储器、数据存储器、寄存器文件和控制逻辑四个部分。
3.2 指令存储器设计•指令存储器采用单端口RAM，每个指令的长度为固定的32位。
•指令存储器需要实现读取指令的功能，每次从内存中读取一个指令。
3.3 数据存储器设计•数据存储器也采用单端口RAM，每个数据的长度为固定的32位。
•数据存储器需要实现读取数据和写入数据的功能，执行指令时需要从存储器中读取数据，计算结果需要写回存储器。
3.4 寄存器文件设计•寄存器文件包含若干个通用寄存器，用于存储指令执行过程中的临时数据。
•寄存器文件需要实现读取寄存器和写入寄存器的功能，执行指令时需要读取和写入寄存器。
3.5 控制逻辑设计•控制逻辑负责根据当前指令的操作码和操作数生成控制信号，控制CPU的工作流程。
计算机组成原理教案
计算机组成原理教案一、概述计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门基础课程，主要介绍计算机硬件系统的原理和结构。
本节课程将系统讲解计算机组成原理的相关知识，包括计算机系统的层次结构、指令系统、数据表示、计算机运算、控制单元、存储器等内容。
二、计算机系统的层次结构1. 计算机系统的五大组成部分计算机系统由五大组成部分构成，包括输入设备、输出设备、运算器、控制器和存储器。
其中，输入设备用于接收外部信息，输出设备用于显示处理结果，运算器执行程序运算，控制器控制程序执行，存储器存储数据和程序。
2. 计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构分为硬件层和软件层，硬件层包括处理器、存储器、输入输出设备等；软件层包括系统软件和应用软件。
硬件层和软件层相互配合，共同完成计算机系统的功能。
三、指令系统1. 指令系统的基本概念指令系统是计算机执行程序的基本单位，包括指令集合、地址寻址方式、指令格式等。
指令集合是计算机可以执行的指令的集合，地址寻址方式是指令中操作数的寻址方式，指令格式定义了指令的组成形式。
2. 指令执行过程指令的执行过程包括取指、分析指令、执行指令和结果存储等步骤。
取指是从存储器中读取指令，分析指令是对指令进行解码，执行指令是根据指令操作码执行相应操作，结果存储是将执行结果存储到指定位置。
四、数据表示1. 数字系统数字系统是计算机数据的表示方式，常用的数字系统包括二进制、八进制、十进制和十六进制等。
在计算机系统中，二进制是最基本的数据表示方式。
2. 数据表示格式数据在计算机中以位、字节、字等单位来表示，位是最小的数据单元，字节由8位组成，字由若干字节构成。
在计算机中，数据的表示格式包括无符号数表示和有符号数表示。
五、计算机运算1. 计算机的算术逻辑单元计算机的算术逻辑单元(ALU)是计算机执行算术和逻辑运算的核心组件，包括加法、减法、与、或、非等运算。
ALU通过控制单元的指令执行相应的运算操作。
2. 运算指令的执行运算指令包括算术运算指令和逻辑运算指令，算术运算指令用于执行加减乘除等算术运算，逻辑运算指令用于执行与或非等逻辑运算。
组成原理课程设计任务书--余三码十进制加法器
四、时间安排
12月31日：Quartus II的安装及使用
1月4日：具体电路设计
1月5日：利用Quartus II进行电路设计和仿真
1月6日：调试，撰写课程设计说明书，答辩
系（教研室）主任签字：2012年1月9日
《计算机组成原理》课程设计任务书
器单元电路的设计与实现
指导教师
答疑教师
设计时间
设计要求
一、设计目的
1．对已学过的组成原理知识知识进行综合运用；
2．能按要求设计出具有一定功能的逻辑电路。
二、设计任务
1、已知余三编码由四位二进制组成，2十进制一位数的余三码进行相加要对最后的运算结果进行调整，若结果无进位，则从和数中减去3，若结果有进位，则在和数中加上3，设计具有此功能的加法逻辑电路。
2、利用Quartus II完成电路图的绘制，选择合适的逻辑电路和芯片。
3、对所设计的电路分析其性能优劣，并与所熟悉的其他电路做比较，总结各自优缺点。
4、利用软件进行仿真。
三、知识点掌握
掌握基本二进制加法器的逻辑电路；
利用已知的二进制加法器设计具有其他功能的逻辑电路。
掌握基本进位链的使用；
巩固计算机中减法是由加负数补码来实现的规则；
《计算机组成原理》教案
《计算机组成原理》教案一、教学目标1. 了解计算机硬件系统的组成及功能2. 掌握数据的表示和运算方法3. 理解存储器的层次结构和工作原理4. 掌握中央处理器（CPU）的工作原理和性能指标5. 了解计算机的输入输出系统及其接口技术二、教学内容1. 计算机硬件系统计算机的组成输入输出设备存储器中央处理器（CPU）2. 数据的表示和运算数制转换计算机中的数据类型算术运算逻辑运算3. 存储器层次结构随机存储器（RAM）只读存储器（ROM）硬盘存储器虚拟存储器4. 中央处理器（CPU）CPU的组成和结构指令集和指令系统指令执行过程CPU性能指标5. 输入输出系统输入输出设备I/O接口技术中断和直接内存访问（DMA）总线和接口三、教学方法1. 采用讲授法，讲解基本概念、原理和方法。
2. 结合实例分析，让学生更好地理解计算机组成原理。
3. 使用实验和实训，培养学生的实际操作能力。
4. 开展课堂讨论和小组合作，提高学生的分析和解决问题的能力。
四、教学资源1. 教材：《计算机组成原理》2. 课件：PowerPoint或其他教学软件3. 实验设备：计算机、内存条、硬盘等4. 网络资源：相关在线教程、视频、论文等五、教学评价1. 平时成绩：课堂表现、作业、实验报告等（30%）2. 期中考试：测试计算机组成原理的基本概念、原理和方法（30%）3. 期末考试：综合测试计算机组成原理的知识点和实际应用（40%）六、教学安排1. 课时：共计48课时，每课时45分钟。
第一章：8课时第二章：6课时第三章：10课时第四章：10课时第五章：4课时第六章：6课时第七章：6课时第八章：4课时第九章：4课时第十章：4课时2. 教学方式：讲授、实验、课堂讨论、小组合作等。
七、教学重点与难点1. 教学重点：计算机硬件系统的组成及功能数据的表示和运算方法存储器的层次结构和工作原理中央处理器（CPU）的工作原理和性能指标输入输出系统及其接口技术2. 教学难点：存储器的工作原理中央处理器（CPU）的指令执行过程输入输出系统的接口技术八、教学进度计划1. 第一周：计算机硬件系统概述2. 第二周：数据的表示和运算3. 第三周：存储器层次结构4. 第四周：中央处理器（CPU）5. 第五周：输入输出系统6. 第六周：综合练习与实验九、教学实践活动1. 实验：实验一：计算机硬件组成认识实验二：数据表示与运算实验三：存储器测试实验四：CPU性能测试实验五：输入输出系统实验2. 课堂讨论：讨论话题：计算机硬件技术的未来发展讨论形式：小组合作、课堂分享1. 课程结束后，对教学效果进行自我评估和反思。
《计算机组成原理》教案
《计算机组成原理》教案一、课程简介1.1 课程背景计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门核心课程，旨在帮助学生了解和掌握计算机的基本组成、工作原理和性能优化方法。
通过本课程的学习，学生将能够理解计算机硬件系统的整体结构，掌握各种计算机组件的功能和工作原理，为后续学习操作系统、计算机网络等课程打下基础。
1.2 课程目标（1）了解计算机系统的基本组成和各部分功能；（2）掌握计算机指令系统、中央处理器（CPU）的工作原理；（3）熟悉存储器层次结构、输入输出系统及总线系统；（4）学会分析计算机系统的性能和优化方法。
二、教学内容2.1 计算机系统概述（1）计算机的发展历程；（2）计算机系统的层次结构；（3）计算机系统的硬件和软件组成。
2.2 计算机指令系统（1）指令的分类和格式；（2）寻址方式；（3）指令的执行过程。
2.3 中央处理器（CPU）（1）CPU的结构和功能；（2）流水线技术；（3）多核处理器。
2.4 存储器层次结构（1）存储器概述；（2）随机存取存储器（RAM）；（3）只读存储器（ROM）；（4）缓存（Cache）和虚拟存储器。
2.5 输入输出系统（1）输入输出设备；（2）中断和DMA方式；（3）总线系统。
三、教学方法3.1 讲授法通过讲解、举例、分析等方式，使学生掌握计算机组成原理的基本概念、原理和应用。
3.2 实验法安排实验课程，使学生在实践中了解和验证计算机组成原理的相关知识。
3.3 案例分析法分析实际案例，使学生了解计算机组成原理在实际应用中的作用和意义。
四、教学评价4.1 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况、实验报告等。
4.2 期末考试采用闭卷考试方式，测试学生对计算机组成原理知识的掌握程度。
五、教学资源5.1 教材《计算机组成原理》（唐朔飞著，高等教育出版社）。
5.2 辅助资料包括课件、实验指导书、案例分析资料等。
5.3 网络资源推荐学生访问相关学术网站、论坛，了解计算机组成原理的最新研究动态和应用成果。
计算机组成原理实验及课程设计课程设计
计算机组成原理实验及课程设计前言计算机组成原理课程是计算机科学与技术专业的核心课程，是培养学生计算机系统硬件方面的基础理论和实践技能的重要课程。
其中，计算机组成原理实验及课程设计是该课程的重要组成部分。
本文将围绕该课程设计展开，介绍该课程的实验及课程设计的内容、目的和实施方法。
实验内容计算机组成原理实验是学生对于课堂理论学习的巩固与实践，其内容包括以下主要实验：1. 数据通路实验数据通路实验是将计算机内部各功能部件（如寄存器、ALU、控制器等）之间的数据流动情况进行分析、了解与掌握。
实验采用VHDL硬件描述语言，通过Quartus II软件进行电路设计和仿真，最终通过FPGA验证实验结果。
2. 单周期CPU实验单周期CPU实验是针对数据通路实验的基础进行拓展，实现完整的计算机CPU 功能。
实验使用Verilog HDL描述单周期MIPS指令集CPU，掌握计算机指令的执行过程，了解指令执行的时间和机器周期、时序控制以及数据传输问题。
3. 多周期CPU实验多周期CPU实验是在单周期CPU实验的基础上进行深入拓展，实现更加高效、复杂的CPU功能。
实验使用Verilog HDL描述多周期MIPS指令集CPU，掌握多周期CPU的时序控制、流水线操作、数据冲突处理等相关问题，深入研究CPU性能优化技术。
4. 总线实验总线实验是针对计算机内部各个部件之间数据传输的技术问题进行研究，实验设计并实现一个通用总线结构。
实验中将涉及到总线的基础知识、总线协议的分析、总线结构的设计及实现，熟悉总线设计原理、总线的基本特性和数据交换的逻辑流程。
课程设计计算机组成原理课程设计是对于理论与实践知识的融合，其内容主要包括以下几部分：1. 计算机硬件设计通过计算机硬件设计，学生将在实践中巩固计算机硬件方面的知识，加深对计算机硬件工作原理的理解和掌握。
学生需要根据自己的设计目标和要求，按照计算机硬件设计的流程进行设计，最终完成指定任务。
计算机组成原理课程设计总结报告[优秀范文5篇]
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计算机组成原理课程设计总结报告[优秀范文5篇]第一篇：计算机组成原理课程设计总结报告大庆师范学院计算机组成原理课程设计总结报告设计题目：基本模型机的模拟设计与实现子题目：外部中断控制流水灯、蜂鸣器学生姓名：院别：专业：班级：学号：指导教师:2011 年 7 月 5日大庆师范学院课程设计任务书题目基本模型机的模拟设计与实现主要内容：对基本模型机的设计与实现，能够自己设计机器指令并且能够翻译为微程序，并能将机器指令和微程序分别打入模拟机的内存和控制存储其中，并通过程序调试能将所编写的程序正确运行。
参考资料：《计算机组成原理》唐朔飞著《计算机组成原理》白中英著《计算机组成原理实验指导》完成期限：一周指导教师签名：2011年 7 月5日大庆师范学院本科毕业论文（设计）大庆师范学院本科毕业论文（设计）目录一、设计目标 (1)二、采用设备 (1)三、设计的原理 (1)3.1 单片机..............................................................................1 3.2中断方式...........................................................................2 3.3实现控制LED 和蜂鸣器的原理 (3)四、逻辑电路图 (3)4.1LED小灯原理图..................................................................... 3 4.2扬声器原理图..................................................................... 3 4.3单片机的独立按键原理图 (4)五、程序代码...........................................................................4 5.1C语言的特点及选择...............................................................4 5.2 程序代 (5)六、调试情况 (5)6.1在keil环境下，编写外部中断的程序…………………………………6 6.2软件调试的步骤 (6)七、心得体会 (6)八、参考文献 (7)大庆师范学院本科毕业论文（设计）摘要：本文介绍了在89c51单片机系统中设计外部中断流水灯、蜂鸣器的一种方法。
《计算机组成原理》教案
《计算机组成原理》教案一、教学目标1. 了解计算机硬件的基本组成和功能，理解计算机的工作原理。
2. 掌握计算机的各个组成部分的作用和相互关系，包括CPU、内存、输入输出设备等。
3. 理解计算机的指令系统，包括指令的格式、寻址方式和指令的执行过程。
4. 掌握计算机的存储系统，包括主存、缓存和外存等。
二、教学内容1. 计算机硬件的基本组成和功能2. 计算机的各个组成部分的作用和相互关系3. 计算机的指令系统4. 计算机的存储系统三、教学方法1. 采用讲授法，讲解计算机硬件的基本组成和功能，以及各个组成部分的作用和相互关系。
2. 通过案例分析，让学生理解计算机的指令系统，以及指令的执行过程。
3. 通过实验操作，让学生掌握计算机的存储系统，包括主存、缓存和外存等。
四、教学准备1. 教学PPT2. 计算机组成原理相关教材3. 实验设备五、教学过程1. 引入：通过讲解计算机的基本组成和功能，引起学生对计算机组成原理的兴趣。
2. 讲解：讲解计算机的各个组成部分的作用和相互关系，以及计算机的指令系统和存储系统。
3. 案例分析：通过案例分析，让学生理解计算机的指令系统，以及指令的执行过程。
4. 实验操作：让学生通过实验操作，掌握计算机的存储系统，包括主存、缓存和外存等。
5. 总结：对本节课的内容进行总结，强调重点和难点。
6. 作业布置：布置相关作业，巩固所学知识。
六、教学评估1. 课堂参与度评估：观察学生在课堂上的参与程度，包括提问、回答问题、讨论等。
2. 作业完成情况评估：检查学生完成作业的质量，包括理解程度、解答准确性等。
3. 实验报告评估：对学生的实验报告进行评估，包括实验操作的正确性、实验结果的分析和总结等。
七、教学反思在教学过程中，教师应不断反思自己的教学方法和效果，根据学生的反馈和实际情况进行调整。
教师也应鼓励学生提出问题和意见，促进教学相长。
八、教学拓展1. 计算机网络原理：介绍计算机网络的基本原理，包括网络结构、通信协议等。
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东莞理工学院
本科课程设计
课程设计题目：具有存储器变址寻址及逻辑运算功能的复杂模型机的设计学生姓名：
学号：
系别：计算机学院
专业班级：
指导教师：
目录
主要容：
1. 课程设计目的
2. 所用的设备及软件：
EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干……。
3. 课程设计的基本工作原理
4. 课程设计的详细设计
5. 课程设计的调试、运行步骤
6. 课程设计的运行结果
7. 课程设计的心得体会
8. 回答问题。
课程设计题目：
⏹题目5：具有存储器变址寻址及逻辑运算功能的复杂模型机的设计
⏹运行SUC R0,R1 时，讨论有进位和无进位两种情况。
1.课程设计目的
《计算机组织与体系结构》课程设计是计算机科学与技术专业本科学生在学习完《计算机组织与体系结构》课程之后的一个重要的实践环节。
要求学生在教师的指导下，综合运用已学过的《计算机组织与体系结构》中的各种知识和技能，独立完成一项较为完整、并具有一定难度的课程设计任务。
使学生初步掌握用微程序控制器控制模型机的数据通路，进一步学习模型机系统设计与实现。
2. 所用的设备及软件：
EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干……。
3. 课程设计的基本工作原理
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：
其中第7位为符号位，数值表示围是：-27≤X≤27-1
2．指令格式
模型机设计四大类指令共十六条，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：
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、功能和具体格式见表8-1。
表8-1 算术逻辑指令的助记符、功能和具体格式
(2) 访问指令及转移指令
模型机设计2条访指令，即存数（STA）、取数（LDA），2条转移指令，即无条件转移（
其中，OP-CODE为操作码，rd为目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）。
D为位移量（正负均可），M为寻址模式，其定义如下：
寻址模式有效地址E 说明
00 E=D 直接寻址
01 E=(D) 间接寻址
10 E=(RI)+D RI变址寻址
11 E=(PC)+D 相对寻址
本模型机规定变址寄存器RI指定为寄存器R2。
(3) I/O 指令
7 6 5 4 3 2 1 0
OP-CODE addr RD
其中，addr=01时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为输入设备，addr=10 时，选中“OUTPUT DEVICE”中的数码块作为输出设备。
(4) 停机指令
7 6 5 4 3 2 1 0
OP-CODE 00 00
HALT 指令，用于实现停机操作。
4. 课程设计的详细设计
1.复杂模型的数据通路图如图8-1所示，首先根据指令要求设计微程序流程图并确定微地址，我们第五组的复杂模型机的微程序流程图如图8-2所示
图8-1 复杂模型的数据通路图
00(直接)
8-2微指令流程图
控制台
首先根据指令要求编写机器指令代码，根据表8-1及数据通路图8-1，编写程序。
1．根据表8-1编写机器指令代码如下所示：
题目5：具有存储器变址寻址及运算功能的复杂模型机的设计
机器指令程序如下：
$P0046 $P0145 $P02D5 $P0320 $P0420 $P0558 $P06A1 $P0759 $P0870 $P090C $P0A0C
$P0B60
$P0C58
$P0D60
$P3240
2.根据微指令格式表6-1，并参照微指令流程图8-2，编写微指令（将该微程序存于一个12.txt文本中）。
微程序如下：
微程序
$M00018108 $M0101ED82 $M0200C050
$M230180E4 $M2205DB81 $M24018001
$M0695AAA0 $M0300A004 $M0401B605
$M0595EA06 $M1201ED83 $M14001001
$M15030401 $M16018016 $M173D9A01
$M1C01A20A $M1D01A207 $M20009001
$M21028401 $M3405DB81 $M070D9A01
$M2C01A42D $M2D65AB6E $M2E0D9A01
$M1A01B22C $M3405DB81 $M1001ED88
$M0800A009 $M0900E0A0 $M1301EDA6
5. 课程设计的调试步骤
（1）按图8-4连接实验线路，检查无误后接通电源。
（2）联机读／写程序
用联机软件的“【转储】—【装载】”功能将该实验对应的文件12.txt载入实验系统。
（3）联机运行
使编程开关处于“RUN”状态，STEP 为“STEP”状态，STOP 为“RUN”
状态。
拨动总清开关CLR（1→0→1），微地址清零，程序计数器清零，程序首址为00H。
联机运行程序时，进入软件界面，装载机器指令及微指令后，选择“【运行】－【通路图】－【复杂模型机】”功能菜单打开相应
动态数据通路图，按相应功能键即可联机测试、运行、监控、调试程序。
①单步运行程序。
●单步运行一条微指令，对照微程序流程图，观察微地址显示灯是否和流程一致。
②连续运行程序
●使“STATE UNIT”中的STEP 开关置为“ECEX”状态。
STOP 开关置为“RUN”
状态。
●拨动CLR 开关，清微地址及程序计数器，然后按动START，系统连续运行程序，稍后将STOP 拨至“STOP”时，系统停机。
图8-4 实验连线图
6. 课程设计的运行结果及回答问题。
⏹IN 01,R2 ；（R2）=12H 设计时同学们不可以送入其它数值
⏹IN 01,R1 ；（R1）=F6H 设计时同学们可以给R1送入其它数值
⏹COM R1 R1取反R1=09H
⏹LAD 10,20H,R0 ；将R2作为变址寄存器，[32H]存储单元的数据40H ⏹OUT 10,R0 输出R0=40
⏹SUC R0,R1 R0和R1相减
⏹OUT 10,R1 输出R1=37
⏹CLR R0 将R0清零
⏹BZC 00,SHUC
⏹HALT 结束运行
⏹SHUC: OUT 10,R0 输出R0=00
⏹HALT 结束运行
微指令的控制信号：
7. 课程设计的心得体会
通过这次的《计算机组成原理与系统结构》的课程设计我学到了很多东西，虽然之前做实验的时候也连过复杂模型机，并且也装载过微指令，但是课程设计对我来讲却是不一样的，因为之前的实验装载的微程序都是老师编写好的，而这
次我们得自己摸索，对照着题目写出微指令。
这次的课程设计是把各个部件通过理论和实践相结合设计出一个复杂模型机。
虽然之前做实验的时候就连过复杂模型机，这次课程设计在连接路线时并没有花费我很长的时间跟精力，但是连好线后测试并不是一次性通过的，经过较长的时间才完成了，不过较做实验的时候显然是更加熟悉仪器的操作了。
最让我头疼的就是编写微程序，我们第五组的同学都编写了各自的机器指令和微程序，可是装载的时候出现了各种各样的错误，我跟其他人做了讨论，另外我还选择了把测试的程序从头到尾一步一步地运行，过程中仔细观察通路图的控制信号及微指令的写法，通过一个上午慢慢对控制信号的观察有了更进一步的熟悉和了解，也找到了我的微程序哪里写错了，漏了哪些。
通过这次的课程设计，我对复杂模型机的了解有了大幅度的提升，至少现在我可以根据自己所希望实现的运算来编写微程序来让复杂模型机为我工作了，这个使我很开心；并且通过这段时间的学习，我对计算机硬件有了更进一步的了解，平常使用的计算机都局限于软件方面的应用，很少接触硬件，故对硬件的了解几乎是一片空白。
我和同组的同学做出了一个带有简单功能的复杂模型机令我有一种很大的成功感，我会把我所学到的知识应用到日后的学习中，为日后的学习打下坚实的基础。