模型机设计
哈工程模型机课程设计
哈工程模型机课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解哈工程模型机的硬件结构及其工作原理，掌握模型机的指令集和编程方法。
2. 使学生掌握模型机的操作流程，了解计算机系统从硬件到软件的层次结构。
3. 引导学生了解计算机发展史，认识哈工程模型机在我国计算机事业中的地位和作用。
技能目标：1. 培养学生运用模型机进行基本程序设计的能力，提高编程技巧和问题解决能力。
2. 培养学生动手实践和团队协作能力，通过模型机的组装、调试和运行，锻炼实际操作能力。
3. 培养学生独立思考和创新能力，学会在现有模型机基础上进行功能拓展和优化。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对计算机硬件和软件的兴趣，培养学习计算机科学的热情和积极性。
2. 增强学生的国家荣誉感和使命感，认识到学习计算机技术对我国科技发展的重要性。
3. 引导学生树立正确的价值观，明白科技进步应服务于社会、造福于人类。
课程性质分析：本课程为实践性较强的学科，要求学生在理论学习的基础上，通过动手实践，达到学以致用的目的。
学生特点分析：针对高年级学生，具备一定的计算机基础知识和编程能力，求知欲强，善于思考，具备一定的自主学习能力。
教学要求：结合课程性质和学生特点，注重理论与实践相结合，以学生为主体，教师为主导，培养学生的实际操作能力和创新精神。
通过具体的学习成果分解，为后续的教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 理论部分：（1）哈工程模型机硬件结构及原理：包括CPU结构、内存管理、I/O设备接口等。
（2）模型机指令集与汇编语言：介绍指令的种类、格式，汇编语言的基本语法和使用方法。
（3）计算机系统层次结构：从硬件到软件，分析计算机系统的各个层次及其相互关系。
2. 实践部分：（1）模型机编程与调试：运用汇编语言进行程序设计，学习编程技巧，进行程序调试。
（2）模型机操作与运行：掌握模型机的操作流程，进行实际操作，观察运行结果。
（3）功能拓展与优化：在现有模型机基础上，进行功能拓展和优化，提高模型机的性能。
计算机硬件课程设计--简单模型机设计
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 110010 0000 ×××× ×××× R0→[addr] 120011 0000 ×××× ×××× [addr]→BUS 130100 0000 ×××× ×××× addr →PC 14ADDaddrSTA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。
基本模型机设计与实现
15首劝学诗1.《劝学》唐·颜真卿三更灯火五更鸡，正是男儿读书时。
黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。
2.《白鹿洞二首·其一》唐·王贞白读书不觉已春深，一寸光阴一寸金。
不是道人来引笑，周情孔思正追寻。
3.《金缕衣》唐·杜秋娘劝君莫惜金缕衣，劝君惜取少年时。
有花堪折直须折，莫待无花空折枝。
4.《劝学诗》唐·韩愈读书患不多，思义患不明。
患足己不学，既学患不行。
5.《闲居书事》唐·杜荀鹤窗竹影摇书案上，野泉声入砚池中。
少年辛苦终事成，莫向光阴惰寸功。
6.《励学篇》宋真宗赵恒富家不用买良田，书中自有千钟粟。
安房不用架高梁，书中自有黄金屋。
娶妻莫恨无良媒，书中自有颜如玉。
出门莫愁无人随，书中车马多如簇。
男儿欲遂平生志，六经勤向窗前读。
7.《劝学诗》宋·朱熹少年易老学难成，一寸光阴不可轻。
未觉池塘春草梦，阶前梧叶已秋声。
8.《书院》宋·刘过力学如力耕，勤惰尔自知。
但使书种多，会有岁稔时。
9.《读书》宋·陆九渊读书切戒在慌忙，涵泳工夫兴味长。
未晓不妨权放过，切身须要急思量。
10.《四时读书乐·冬》元·翁森木落水尽千崖枯，迥然吾亦见真吾。
坐对韦编灯动壁，高歌夜半雪压庐。
地炉茶鼎烹活火，一清足称读书者。
读书之乐何处寻?数点梅花天地心。
11.《言志诗》明·杨继盛读律看书四十年，乌纱头上有青天。
男儿欲画凌烟阁，第一功名不爱钱。
12.《今日歌》明·文嘉今日复今日，今日何其少!今日又不为，此事何时了?人生百年几今日，今日不为真可惜!若言姑待明朝至，明朝又有明朝事。
为君聊赋今日诗，努力请从今日始。
13.《明日歌》清·钱泳明日复明日，明日何其多。
我生待明日，万事成蹉跎。
世人若被明日累，春去秋来老将至。
朝看东流水，暮看日西坠。
百年明日能几何?请君听我明日歌。
14.《四季读书歌·春》民国·熊伯伊春读书，兴味长，磨其砚，笔花香。
第3讲—简单模型机设计(微程序实现)
4、微程序编写
编写程序
MOV1
MOV2 ADD
MOV3
HALT
05#，R0 01#，R1 R0， R1 R1，（FA#）
（2）操作码二进制代码
MOV1：0001
MOV2：0010 ADD ： 0011
MOV3：0100
HALT： 0101
基本字长 8位 7 4 3 2 1 0 指令格式 操作码OP 寻址方式 寄存器号 寻址方式 寄存器号 源操作数
30↓ R0 +R1 →R1 ↓ PC → MAR ↓ JP
40↓ ↓ PC→ MAR G=1 ↓ PC+1→ PC ↓ RAM → MAR ↓ R1→ RAM ↓ PC → MAR ↓ JP
（5）编制微程序
根据指令流程和微指令格式就可以开始编制
微程序。 指令流程中每一个流程对应一条微指令，结 合总体结构框图图1，写出这个流程所对应的 数据通路的控制命令。 例RAM→IR所需的控制命令是MA， ， CPIR并在表3-1中的相应位置填写上“1”， 不需要的命令填写“0”。 另外每一条微指令都要确定下条微指令地址 的生成方式。
图9中的 后继地址形成电路
功能：多路选择器 当JP=1，QJP=0时，Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0 = μIR15 μIR14 μIR13 μIR12 μIR11 μIR10 μIR9 μIR8 当JP=0，QJP=1时，Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0 = IR7 IR6 IR5 IR4 0000 链接时， Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0连接µPC的D7~D0, µPC的RE接高电 平vcc。
操作码OP共4位，最多可定义16条指令。
基本模型机的设计与实现实验报告
基本模型机的设计与实现实验报告本文将围绕“基本模型机的设计与实现实验报告”进行分析和阐述。
基本模型机的设计与实现是计算机系统课程中的重点内容，是学生理解计算机系统的核心；设计和实现基本模型机需要学生掌握计算机组成原理的基本知识，能够编写汇编语言程序和理解存储器层次结构等相关概念。
一、实验目的本次计算机系统实验的目的是掌握CPU的设计与实现，以及理解汇编语言的底层执行过程。
通过本次实验，学生可以深入了解计算机系统的基本组成部分，从而提高对计算机实现原理的认识和理解。
二、实验中设计与实现模型机的步骤1、确定模型机性能要求根据实验要求，我们需要设计出一个能够运行汇编语言程序的模型机。
此时，我们需要确定模型机的性能需求，如运行速度、存储容量和输入输出设备等方面。
2、设计和实现CPU在模型机中，CPU是核心部件，所以首先需要设计和实现CPU。
CPU需要包括寄存器、算术逻辑单元、控制器和取指令等组成部分。
由于我们使用的是逻辑电路实现，所以需要进行逻辑门设计，采用Verilog语言来实现。
3、设计和实现存储器存储器是CPU所需的重要组成部分之一，我们需要为CPU设计实现一套存储器，包括RAM和ROM两部分，其中RAM用于存储数据，ROM用于存储指令。
4、设计和实现输入输出设备在模型机中，输入输出设备也是必不可少的部分。
我们需要设计并实现一套输入输出设备，用于用户输入指令和数据，以及模型机输出结果。
5、编写汇编程序在完成模型机的设计和实现后，我们需要编写汇编程序来测试模型机的功能是否正常。
我们可以编写一些简单的汇编程序来测试模型机的运行速度和结果准确性。
三、实验结果与分析经过实验，我们成功地设计并实现了一套基本模型机，并编写了一些简单的汇编程序进行测试。
模型机具有较高的运行速度和存储容量，并且可以实现输入输出设备的基本功能。
同时，我们也发现了一些问题，如指令与数据存储的冲突等，需要进一步改进。
在完成实验过程中，我们深刻理解了计算机系统的结构和运作原理，提高了对计算机系统的认识和理解能力。
基本模型机的设计与实现
基本模型机的设计与实现1. 基本模型机的概述基本模型机是一种机器人，它可以通过程序控制来完成一些简单的任务。
它由机械结构、电子控制器、程序控制系统等组成。
这种机器人不仅可以用于教育和娱乐，还可以用于一些工业领域。
2. 机械结构设计机械结构是基本模型机的基础，它决定了机器人的外形和动作能力。
机械设计需要满足一些基本要求：稳定、精确、耐用。
机械结构应该采用轻质材料，以便机器人能够轻松移动。
3. 电子控制器电子控制器是机器人的大脑，它可以将程序控制系统发送的指令转换成电信号，控制机械结构运动。
电子控制器需要具备以下性能：稳定、精确、可靠、易于控制。
电子控制器一般由单片机、电机控制模块、光电检测模块等组成。
4. 程序控制系统程序控制系统是机器人的“智能”，它可以对机器人进行编程并实时监控机器人的状态。
程序控制系统需要具备以下属性：易于编程、直观易懂、功能强大。
常用的程序控制系统有Arduino、Raspberry Pi 等。
5. 实现基本模型机的实现需要结合机械结构、电子控制器和程序控制系统的设计，使其能够完成一些简单的任务，例如移动、拍照、抓取等。
为了提高机器人的功能，应该加入一些传感器，如超声波传感器、红外线传感器等。
6. 应用基本模型机可以广泛应用于教育、娱乐、工业等领域。
在教育领域，它可以帮助学生了解机器人控制原理和程序设计；在娱乐领域，它可以作为玩具为人们带来乐趣；在工业领域，它可以用于一些简单的装配任务或探测任务。
总之，基本模型机不仅有着广泛的应用场景，同时也是一个有趣的DIY项目。
通过自己动手制作机器人，不仅可以提高创造力和动手能力，还可以增加对机器人控制原理的了解，为未来的学习和工作打下基础。
简单模型机的设计
摘要基本模型机的设计要实现计算机的基本组成、部件的功能与设计、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试，并且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，加深计算机时间和空间概念的理解。
本次课程设计借助DVCC系列实验计算机系统，完成了对设计的基本模型机指令的装入，并通过设计监控程序，验证所设计的微程序代码的正确性。
关键字：基本模型机 DVCC实验机存储器系统目录前言 ........................................................................................................ 错误!未定义书签。
摘要 . (1)正文 (3)第一章设计目的及设计原理 (3)第二章总体设计 (6)第三章详细设计 (8)1 运算器的物理结构 (8)2 存储器系统的组成与说明 (11)3 指令格式的设计与指令格式分析 (13)4 微程序控制器的逻辑机构及功能 (16)5 微程序的设计与实现 (19)第四章系统调试 (27)第五章总结 (29)参考文献 (30)致谢 (31)正文第一章设计目的及设计原理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。
（1）运算器设计中所用的运算器数据通路，其中运算器由两片74LS181以并/串形成8位字长的ALU构成。
运算器的输出经过一个三态门74LS245(U33)到ALUO1插座，实验时用8芯排线和内部数据总线BUSD0～D7插座BUS1～6中的任一个相连，内部数据总线通过LZD0～LZD7显示灯显示；运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器74LS273（U29、U30）锁存，两个锁存器的输入并联后连至插座ALUBUS，测试时通过8芯排线连至外部数据总线EXD0～D7插座EXJ1～EXJ3中的任一个；参与运算的数据来自于8位数据开并KD0～KD7，并经过一三态门74LS245（U51）直接连至外部数据总线EXD0～EXD7，通过数据开关输入的数据由LD0～LD7显示。
基本模型机的设计与实现
基本模型机的设计与实现1.设计目的1、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模型计算机。
2、为其定义五条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试，掌握整机软硬件组成概念。
2.设计内容2.1设计原理部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次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。
2.1.1有关微控制器部分的介绍微程序控制电路：微程序控制器的组成见图10，其中控制存储器采用3片2816的E2PROM，具有掉电保护功能，微命令寄存器18位，用两片8D触发器(74273)和一片4D(74175)触发器组成。
微地址寄存器6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。
在不判别测试的情况下，T2时刻打入微地址寄存器的内容即为下一条微指令地址。
当T4时刻进行测试判别时，转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过强置端将某一触发器置为“1”状态，完成地址修改。
在该实验电路中设有一个编程开关(位于实验板右上方)，它具有三种状态：PROM (编程)、READ(校验)、RUN(运行)。
当处于“编程状态”时，实验者可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器2816中。
当处于“校验状态”时，可以对写入控制存储器中的二进制代码进行验证，从而可以判断写入的二进制代码是否正确。
当处于“运行状态”时，只要给出微程序的入口微地址，则可根据微程序流程图自动执行微程序。
图中微地址寄存器输出端增加了一组三态门，目的是隔离触发器的输出，增加抗干扰能力，并用来驱动微地址显示灯。
微指令格式：上图为地址转移逻辑电其中UA5--UA0为6位的后续微地址，A，B，C为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多个微命令。