计算机组成原理实训

九江学院

信息科学与技术学院

《计算机组成原理》课程设计（实训）

报告书

题目：简单模型机的设计与实现

专业：计算机应用技术

班级：信B1011

姓名：张翔

学号： 2 1

指导老师：曾怡

设计时间：2012年4月16号~2012年4月20号

目录

《计算机组成原理》课程设计（实训）报告书 (1)

1实验目的 (3)

2实验内容 (3)

3实验任务 (3)

4设计过程 (3)

4.1 ***** (3)

4.2 ****** (4)

5实验结果 (8)

6课程设计问题及解决方案 (9)

7心得体会 (10)

8参考文献 (10)

输出设备

1实验目的

（1）加深对冯·诺依曼体系结构计算机组成及其各部分功能的理解，进一步建立整机的概念。

（2）加深对计算机数据通路的理解，熟悉计算机指令系统、时序控制信号的生成，完成一个简单计算机系统的设计。

（3）锻炼初步的计算机系统分析和设计能力。

（4）锻炼分析、定位和排除故障的能力。

2实验内容

（1）根据课程设计指导书的要求，制定出设计方案；

（2）画出自己所设计计算机系统的原理框图和器件连接图，分析器件连接图中各器件不同引脚的功能，哪些可以固定连接，哪些需要通过外接信号来控制，以及这些控制信号的有效形式；

（3）利用PROTEUS模拟仿真，布线、调试、验收；

（4）课程设计报告和总结。

3实验任务

基于冯·诺依曼体系结构，架构一个简单计算机系统。在设计过程中，利用PROTEUS 软件的仿真功能进行仿真分析及调试定位，最终生成一个能完成简单指令及运算的计算机系统。对主要的数据流和控制流通过LED适时显示信息。

4设计过程

4.1 设计方案

4.1.1 设计原理框图

4.1.2 设计所用芯片

芯片名称 功能 设计中的角色 6116 存储数据 存储器 74LS161 输入地址

地址寄存器 74LS373 暂时存储数据 数据寄存器 74LS181 算术运算 运算器 74LS273 锁存数据

锁存器

4.2 设计步骤 4.2.1 设计输入部分

锁存器

74LS181 运算器

74LS181 运算器

数据寄存器

数据寄存器 存储器

输出设备

地址寄存器

输入设备

开关控制数据的输入分别对应存储器的数据输入端D0~D7，其中74LS244为防止数据冲突而加的存储器它的读使能端OE控制当为低电平时不能输入数据，其引脚连接如图。

4.2.2 设计存储器部分

D0~D7口为数据输入部分，A0~A3为地址输入端分别对应地址寄存器74LS161的Q0~Q3口并由CLK发出时钟脉冲输入地址，读写线WE,CE分别接开关控制高低电平，低电平有效，其他口全屏蔽掉.

4.2.3 设计运算器部分

A0-A3口接收数据，端口S0-S3和CN、M进行算术运算然后由F0-F3送入锁存器4.2.4 设计输出部分

数据由数据寄存器送往运算器A0~A7口然后由F0~F3口输出送往锁存器数据输入端D0~D7,Q0~Q7口连接LED显示模块显示数据，当1脚为高电平时,11(CLK)脚是锁存控制端,并且是上升沿触发锁存，M为低电平有效。数据的运算由运算器74LS181的S0~S3和进位CN，运算判断M控制。

4.2.5 设计完整的数据通路

5实验结果

5.1 实验测试过程

（1）输入过程

把存储器地址74LS244的OE口置为低电平为读用开关调节表示二进制数输入

（2）送存储器

首先从地址寄存器74LS161的CLK给一个地址脉冲并由Q0-Q3口传给存储器6116的A0-A3口，把WE置为低电平使存储器为读状态

（3）从存储器中取出数据送到运算器中运算

当送入一个数据时我们把数据寄存器的OE置为低电平写入数据，并把数据锁存LE置低电平，当又输入一个数据时做法如上，调节第二个74LS373

（4）输出

由查表可知：

我们可以控制这些口做算术运算，然后调节74LS273锁存器的数据锁存clk置高电平，并把M置低电平，最后又LED显示数据结果

5.2 实验结果最终检查

经过多次的数据检测这个仿真图是合理的可以做两位数据的加减运算，当输入数据4+1时得出的结果和运算的一样，并可以正常显示

6课程设计问题及解决方案

6.1 鬼火现象的产生和解决

用proteus仿真软件进行仿真时，在将各个芯片连接起来的过程。对于计算机系统的理解不够，使得在连线过程中不能够正确的连接起来，在其中遇到不少的问题。比如鬼火现象。最终通过老师的讲解，让我对于计算机系统的理解更加深刻。最终通过自己的调试找到了其中的症结。最后将两个74ls373的参与首次运算的锁存器打开，而将另一在需要时关闭，最后问题解决。

6.2 数据冲突的产生和解决

没有及时搞清楚高低电平，在选择芯片连接的时候导致不能直接输出数据。这造成了数据的冲突，冲突的产生原因：输入输出同时进行。使得芯片74LS373总是不能够所存数据。最后在老师的帮助下，自己逐渐弄明白个中原理，加入一芯片（74ls244）可以避免这一问题。综合以上的实践，对于这些芯片的功能有了初步的认识。

7心得体会

为期一周的计算机组成原理的实训开始了。本来上学期我们学了《计算机组成原理》这一门课程，但我觉得这门课程有点难，所以学的不是很好。而本周我们又要实训这一课程，为了完满的完成这次的计算机组成原理的实训，在之前我特意把上学期的《计算机组成原理》复习了一遍，然后又到网上查了一些相关资料。

本周带我们实训的老师是曾怡老师。刚实训的第一天，曾老师告诉我们本周的实训任务是做一个加法器，从而实现加法运算。然后给我们讲了加法器的原理图，剩下的就是我们自由发挥了！本来我以为这次的实训会很简单，因为之前我有过查资料，可事实却是残酷的，我发现我根本就不怎么会画仿真图。为了尽快完成老师交给我的任务，我有不懂的就问同学，或者上网查资料。就这样在是懂非懂的情况下过了几天，而我的任务还没有完成，真正到结束的时候，我的仿真图还没画出来，最后老师体谅我们，让我们回到宿舍继续自己的仿真图。

经过一周的实训，让我清楚的认识到了自己的不足。虽然最后没有按时完成老师布置的任务，但我还是从中学到了很多知识。学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中我们都应该不断的学习，努力提高自己的知识和综合素质。

8参考文献

《计算机组成原理》科学出版社白中英著

《计算机组成原理实验书》安徽大学周勇著

《计算机组成原理与系统结构实验教程》西安唐都科教仪器公司著

《计算机组成原理》（第二版）高等教育出版社唐朔飞

《计算机组成原理教程》张新荣主编北京科学出版社出版 2002年7月十五规划教《计算机组成与设计》王诚主编清华大学出版社 2002年9月第一版

《计算机组成与结构》王爱英主编清华大学出版社 2001年2月第三版