8位模型计算机的设计计算机组成原理课程设计报告
《计算机组成原理》学生实验报告
《计算机组成原理》学生实验报告（2011~2012学年第二学期）专业：信息管理与信息系统班级： A0922学号：10914030230姓名：李斌目录实验准备------------------------------------------------------------------------3 实验一运算器实验-----------------------------------------------------------7 实验二数据通路实验-------------------------------------------------------13 实验三微控制器实验--------------------------------------------------------18 实验四基本模型机的设计与实现------------------------------------------22实验准备一、DVCC实验机系统硬件设备1、运算器模块运算器由两片74LS181构成8位字长的ALU。
它是运算器的核心。
可以实现两个8位的二进制数进行多种算术或逻辑运算，具体由74181的功能控制条件M、CN、S3、S2、S1、S0来决定，见下表。
两个参与运算的数分别来自于暂存器U29和U30（采用8位锁存器），运算结果直接输出到输出缓冲器U33（采用74LS245，由ALUB信号控制，ALUB=0，表示U33开通，ALUB=1，表示U33不通，其输出呈高阻），由输出缓冲器发送到系统的数据总线上，以便进行移位操作或参加下一次运算。
进位输入信号来自于两个方面：其一对运算器74LS181的进位输出/CN+4进位倒相所得CN4；其二由移位寄存器74LS299的选择参数S0、S1、AQ0、AQ7决定所得。
触发器的输出QCY就是ALU结果的进位标志位。
QCY为“0”，表示ALU结果没有进位，相应的指示灯CY灭；QCY为“1”，表示ALU结果有进位，相应的指示灯CY点亮。
计算机组成原理 实验二 八位寄存器 实验报告
实验报告成绩课程名称计算机组成原理指导教师实验日期院(系) 计算机科学与技术学院专业班级实验地点学生姓名学号同组人实验项目名称实验二八位寄存器一、实验目的和要求实验目的：1.了解寄存器的工作原理和构成；2.熟悉 EDA 工具软件的使用方法。
实验要求：1.电源选用+5V，注意D触发器的置0端和置1端必须接高电平，即+5V电源。
否则D触发器工作不正常。
2. D触发器可以选用 74LS74（7474 也可），其逻辑符号（图中SD为置1端，接低电平有效；图中CD为置0端，接低电平有效；CP为脉冲）。
二、实验原理设计一个八位寄存器,该寄存器具有一个时钟输入端CLK，一个复位端RE，八个并行数据输入端d7,d6,…d0和八个数据输出端q7,q6,…q0，当时钟脉冲到来时,并行数据输入端的数据被送入寄存器中。
寄存器框图如图所示。
三、主要仪器设备1.操作系统为WINDOWS的计算机一台；2.数字逻辑与计算机组成原理实验箱一台；3.基本D触发器7474。
四、实验方法与步骤1. 原理图输入：采用图形输入法在计算机上完成实验电路的原理图输入。
2. 管脚定义：根据硬件实验平台资源示意图和附录一“平台资源和FPGA引脚连接表”完成原理图中输入、输出管脚的定义。
将寄存器的输出q7－q0分别锁定在LD7－LD0上。
将寄存器的输入d7－d0分别锁定在K7－K0上。
将寄存器的输入脉冲CLK锁定在单脉冲(Pin 132引脚)上。
3.原理图编译、适配和下载：在QuartusⅡ环境中选择EP2C8Q208C8器件，进行原理图的编译和适配，无误后完成下载。
4.功能测试：改变K7－K0的状态，按动一次单脉冲键，LD7－LD0的显示将与K7－K0相对应，若有错则重新调试。
5.生成元件符号。
五、实验结果分析六、实验心得通过本次实验，了解了寄存器的工作原理和构成；熟悉了EDA工具软件的使用方法。
在实验中，用一个锁定在开关k8上的输入端用来控制置0端，我认为VCC也需要使用一个输入端表示，否则在引脚分配时无法对VCC进行分配。
计算机组成原理课程设计报告
计算机组成原理课程设计实验报告目录一、程序设计 (1)1、程序设计目的 (1)2、程序设计基本原理 (1)二、课程设计任务及分析 (6)三、设计原理 (7)1、机器指令 (7)2、微程序流程图 (9)3、微指令代码 (10)4、课程设计实现步骤 (11)四、实验设计结果与分析 (15)五、实验设计小结 (15)六、参考文献 (15)一、程序设计1、程序设计目的（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使用简单模型机和复杂模型机的部分机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试掌握整机概念。
（3）掌握微程序控制器的组成原理。
（4）掌握微程序的编写、写入，观察微程序的运行。
（5）通过课程设计，使学生将掌握的计算机组成基本理论应用于实践中，在实际操作中加深对计算机各部件的组成和工作原理的理解，掌握微程序计算机中指令和微指令的编码方法，深入理解机器指令在计算机中的运行过程。
2、程序设计基本原理（1）实验模型机结构[1] 运算器单元（ALU UINT）运算器单元由以下部分构成：两片74LS181构成了并－串型8位ALU；两个8位寄存器DR1和DR2为暂存工作寄存器，保存参数或中间运算结果。
ALU的S0～S3为运算控制端，Cn为最低进位输入，M为状态控制端。
ALU的输出通过三态门74LS245连到数据总线上，由ALU-B控制该三态门。
[2] 寄存器堆单元（REG UNIT）该部分由3片8位寄存器R0、R1、R2组成，它们用来保存操作数用中间运算结构等。
三个寄存器的输入输出均以连入数据总线，由LDRi和RS-B根据机器指令进行选通。
[3] 指令寄存器单元（INS UNIT）指令寄存器单元中指令寄存器（IR）构成模型机时用它作为指令译码电路的输入，实现程序的跳转，由LDIR控制其选通。
[4] 时序电路单元（STATE UNIT）用于输出连续或单个方波信号，来控制机器的运行。
《计算机组成原理》实验报告---8位算术逻辑运算实验
.'.计算机专业类课程实验报告课程名称：计算机组成原理学 院：信息与软件工程学院专 业：软件工程学生姓名：学 号：指导教师：日 期： 2012 年 12 月 15 日电子科技大学实验报告一、实验名称：8位算术逻辑运算实验二、实验学时：2三、实验内容、目的和实验原理：实验目的：1.掌握算术逻辑运算器单元ALU（74LS181）的工作原理。
2.掌握模型机运算器的数据传送通路组成原理。
3.验证74LS181的组合功能。
4.按给定数据，完成实验指导书中的算术／逻辑运算。
实验内容：使用模型机运算器，置入两个数据DR1=35，DR2=48，改变运算器的功能设定，观察运算器的输出，记录到实验表格中，将实验结果对比分析，得出结论。
实验原理：1.运算器由两片74LS181以并/串形式构成8位字长的ALU。
.'. 2.运算器的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线相连。
3.运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器（74LS273）锁存。
4.锁存器的输入连至数据总线，数据开关（INPUT DEVICE）用来给出参与运算的数据，并经过一三态门（74LS245）和数据总线相连。
5.数据显示灯（BUS UNIT）已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。
实验器材（设备、元器件）：模型机运算器四、实验步骤：1. 仔细查看试验箱，按以下步骤连线1）ALUBUS连EXJ32) ALU01连BUS13) SJ2连UJ24) 跳线器J23上T4连SD5) LDDR1,LDDR2,ALUB,SWB四个跳线器拨在左边6) AR跳线器拨在左边，同时开关AR拨在“1”电平2. 核对线路，核对正确后接通电源3. 用二进制数据开关KD0-KD7向DR1和DR2寄存器置入8位运算数据。
①调拨8位数据开关KD0-KD7为01100101（35H），准备向DR1送二进制数据。
②数据输出三态缓冲器门控信号ALUB=1（关闭）。
③数据输入三态缓冲器门控信号SWB=0（打开）。
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。
8位模型计算机的设计计算机组成原理课程设计报告
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指导老师成绩目录1. 课程设计目的 (3)2. 开发工具选择 (3)3. 方案选择 (3)4．指令系统设计 (4)5. 模型机框图设计 (5)6. 指令流程图 (6)7. 微指令格式（微程序控制器）设计 (7)8. 微程序（微程序控制器）设计 (7)9. VHDL实现 (9)10. 调试仿真 (16)11. 课程设计回顾总结 (19)参考文献 (19)附录 (19)1. 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。
2. 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。
3. 方案选择实习的内容为八位模型计算机的设计，为单总线，微程序控制方式，设置两种寻址方式：直接寻址（“0”）和寄存器寻址（“1”）。
微程序控制方式由微指令译码产生。
微程序中一条机器指令往往分成几步执行，将每一步操作所需的若干为命令以代码编写在一条微指令中，若干条微指令组成一段微程序，对应一条机器指令。
然后根据系统的需要，事先编制各段微程序，将它存入控制存储器（CM）中。
微程序执行过程：（1）从控存中逐条取出“取指令操作”，执行取指令公共操作。
（2）根据指令的操作码，经过微地址形成部件，得到这条指令的入口地址，并送入微地址寄存器中。
（3）从控存中逐条的取出对应的微指令并执行。
8位模型机设计-指令系统及通用寄存器设计
东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院计算机组成原理课程设计专业名称计算机科学与技术班级学号学生姓名指导教师设计时间2014.12.22~2015.1.2课程设计任务书专业：计算机科学与技术学号：学生姓名（签名）：设计题目：8位模型机设计－指令系统及通用寄存器设计一、设计实验条件综合楼808实验室二、设计任务及要求总的设计目标是：设计一个8 位的模型机，其组成为：总线结构:单总线，数据总线位数8位、地址总线8位；●存储器:内存容量64K*8bit●控制器:用硬联线控制器实现26位微操作控制信号●运算器:单累加器，实现加、减等8种操作外设：●输入：用开关输入二进制量●输出：7段数码管和LED显示指令系统规模：64 条指令，7种类型，5种寻址方式本组任务是：1.设计12、15、22、32号指令；2.模型机的通用寄存器R1设计；3.BCD编码器的设计。
三、设计报告的内容1.设计题目与设计任务（设计任务书）设计内容如下：1、指令系统设计：ADDC A, #II 将立即数II加入累加器A中带进位SUB A, EM 从A中减去存储器EM地址的值AND A, @R? 累加器A“与”间址存储器的值MOV A, #II 将立即数II送到累加器A中2、模型机硬件设计：通用寄存器R13、逻辑电路设计：BCD码编码器2.前言（绪论）(设计的目的、意义等)1.融会贯通计算机组成原理课程的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各个模块的工作原理及相互联系的认识；2.学习运用VHDL进行FPGA/CPLD设计的基本步骤和方法，熟悉EDA的设计、模拟调试工具的使用，体会FPGA/CPLD技术相对于传统开发技术的优点；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经验。
3.设计主体（各部分设计内容、分析、结论等）【系统设计】1、模型机逻辑框图图1 模拟机整体逻辑框图图2 XCV200芯片引脚图3 CPU逻辑框图2、指令系统设计：ADDC A, #II 将立即数II加入累加器A中带进位助记符：ADDC A, #II类型：算数运算指令寻址方式：立即数寻址指令格式：第一字节001011XX第二字节立即数：SUB A, EM 从A中减去存储器EM地址的值助记符：SUB A, EM类型：算数运算指令寻址方式：存储器直接寻址指令格式：第一字节001110XX第二字节存储地址：AND A, @R? 累加器A“与”间址存储器的值助记符：AND A, @R?类型：算数运算指令寻址方式：寄存器间接寻址指令格式：第一字节010101XX：MOV A, #II 将立即数II送到累加器A中助记符：MOV A, #II类型：数据传送指令寻址方式：立即数寻址指令格式：第一字节011111XX第二字节立即数3、微操作控制信号：外部设备读信号，当给出了外设的地址后，输出此信号，从指定外设读数据。
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000
001
010
011
100
101
110
含义
传送
加
减
与
跳转
逻辑左移
空
5. 模型机框图设计
模拟机数据通路如下图所示，模型机采用单总线结构，主要包括运部件ALU，以及程序计数器PC、累加器ACC、指令寄存器IR、数据寄存器MDR、地址寄存器MAR和通用寄存器R，RAM为内存。
控制信号
ALU
(1)寄存器的位数
微程序流程图的下地址，可知共有25条微指令，表2给出了该模拟机微程序的编码。地址3的下地址，应该根据指令操作码来和寻址方式形成，所以将其下地址设为11111，表示如果下地址为11111时，且寻址方式标志位为0（即立即寻址），则下地址应为01 & 指令的操作码，若寻址方式标志位为1（即寄存器寻址），则下地址应为10 & 指令的操作码。
(4)微命令的设置（各标识的含义）
6. 指令流程图
指令的流程图如图 3所示，共有 8 条指令，每条指令都要经过取指令、分析指令和执行指令3个步骤。
在取指令阶段，8 条指令是一样的，首先程序计数器PC的内容通过总线送入地址寄存器MAR，存储信息，PC+1传送给PC，把读出的内容传送给指令寄存器IR 。再接下来的操作中，根据不同的指令，执行顺序也不同。
7.微指令格式（微程序控制器）设计
微指令格式设计如表1：
控 制 信 号
描 述
ACC_bus
用ACC的内容驱动总线
load_ACC
将总线上的数据载入ACC
PC_bus
用PC的内容驱动总线
load_IR
将总线上的数据装载至IR
load_MAR
将总线上的数据装载至MAR
MDR_bus
用MDR的内容驱动总线
3. 方案选择
实习的内容为八位模型计算机的设计，为单总线，微程序控制方式，设置两种寻址方式：直接寻址（“0”）和寄存器寻址（“1”）。
微程序控制方式由微指令译码产生。微程序中一条机器指令往往分成几步执行，将每一步操作所需的若干为命令以代码编写在一条微指令中，若干条微指令组成一段微程序，对应一条机器指令。然后根据系统的需要，事先编制各段微程序，将它存入控制存储器（CM）中。
ALU_ADD
在ALU中执行逻辑加操作
ALU_SUB
在ALU中执行减操作
ALU_AND
在ALU中执行与操作
ALU_SHL
在ALU中执行左移操作
8. 微程序（微程序控制器）设计
根据微处理器的数据通路和指令系统，可得出微程序的流程图如图4所示。微程序的编码采用直接编码方法，每一个控制信号对应一位，共有17个控制信号，根据微指令格式把相关的控制信号整合到一起进行编码。
所有的寄存器都均为8位：
1通用寄存器R。该模拟机有1个通用寄存器，用于寄存器寻址时存放结果，提供操作数。
2指令寄存器IR。为了提高取指令的速度，将指令从内存中读出，经数据总线直接置入IR。
3 数据寄存器MDR、地址寄存器MAR。地址寄存器MAR提供访问主存的地址；数据寄存器MDR，把从内存取出的数据暂存于MDR中，在用到该数据进行运算时，再从MDR中取出数据进行运算。
8位模型计算机的设计计算机组成原理课程设计报告
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
指导老师
成 绩
1.Байду номын сангаас课程设计目的3
2. 开发工具选择3
3. 方案选择3
4．指令系统设计4
5. 模型机框图设计5
6. 指令流程图6
7. 微指令格式（微程序控制器）设计7
8. 微程序（微程序控制器）设计7
ALU_ACC
用ALU的结果装载ACC
INC_PC
PC+1并将结果存至PC中
Addr_bus
用IR指令中的地址部分驱动总线
CS
片选。用MAR的内容设置存储器地址
R_NW
读取，不可写。当R_NW无效且CS有效时，MBR的内容存储于存储器中
Reg_bus
用寄存器R的内容驱动总线
load_Reg
将总线上的数据装载至R
(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。
2. 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。
微程序控制基本框图：
4. 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：sta, add, sub, and1, jmp, shl, nop。实现功能分别如下：
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；
and1指令实现与操作；
jmp 指令实现无条件跳转操作；
微程序执行过程：
（1）从控存中逐条取出“取指令操作”，执行取指令公共操作。
（2）根据指令的操作码，经过微地址形成部件，得到这条指令的入口地址，并送入微地址寄存器中。
（3）从控存中逐条的取出对应的微指令并执行。
（4）执行完一条机器指令对应的微程序后又回到取指微程序的入口地址，继续第（1）步，以完成取下一条机器指令的公共操作。
9. VHDL实现9
10. 调试仿真16
11. 课程设计回顾总结19
参 考 文 献19
附录………………………………………………………………………………………………19
1. 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。
4程序计数器PC。用于存放下一条指令的内存地址。
(2)总线宽度：该模拟机只有一条总线，且总线宽度为8位。
(3)ALU位数及运算功能
ALU可以实现8位操作数的运算，即ALU的位数为8位。
ALU运算功能为：
加（001：add）、减（010：sub）、逻辑与（011：and）、左移（101：shl）、跳转（100：jmp）、空（110：nop）。
shl 指令实现逻辑左移操作；
nop 指令实现空操作。
7 5 4 10
操作码
寻址方式
标志位
模拟机采用了定长的指令格式，每条指令字长为8位。采用的寻址方式为直接寻址和寄存器寻址，标志位为“0”时为直接寻址，为“1”时为寄存器寻址。
操作码类型及编码方式如下：
操作码
sta
add
sub
and1
jmp
shl
nop