计算机组成原理课程设计3篇
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设计---简单计算机的设计

计算机组成原理课程设计(Ver 3.1)计算机科学与工程学院2007年7月1、课程设计目的 (3)2、仪器设备 (3)3、基于微控器的模型机设计部分 (3)3.1、设计步骤 (3)3.2、准备知识 (6)3.3、设计内容 (11)题目一:设计一个具有带进位加法和立即数寻址方式的模型机11题目二:设计一个具有带进位加法和条件跳转的模型机 (11)题目三:设计一个具有循环左移功能的模型机 (12)题目四:设计一个具有带借位减法和存储功能的模型机 (13)4、可编程逻辑器件设计部分 (14)4.1、设计步骤 (14)4.2、准备知识 (14)4.3、设计内容 (16)题目五:利用CPLD设计一个并行加法器 (16)题目六:阵列乘法器设计 (16)题目七:硬联控制器设计 (17)5、具有中断处理功能的模型机设计 (19)5.1、设计内容 (19)5.2、准备知识 (20)5.3、设计步骤 (23)6、课程设计任务及要求 (27)7、考核办法 (27)8、参考资料 (27)9、附录 (28)附录1(数据通路): (28)附录2(系统连线参考图) (29)附录3(实验系统主要单元电路) (30)附录4(ispDesignEXPERT软件使用) (35)VIII.把设计适配到Lattice器件中 (47)IX.层次化操作方法 (47)《计算机组成原理》课程设计1、课程设计目的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,在此基础上完成一台基本计算机的组成设计,从而加深对理论课程的理解,锻炼学生的独立思考和动手能力。
2、仪器设备硬件环境为PC-386以上微机,西安唐都科教仪器公司的TDN-CM+计算机组成原理实验台。
软件环境采用WINDOWS操作系统,西安唐都科教仪器公司的TDN-CM+计算机组成原理实验软件。
3、基于微控器的模型机设计部分3.1、设计步骤设计一台完整的计算机,大致需按如下的顺序来考虑:(1)确定设计目标确定所设计计算机的功能和用途。
计算机组成原理课程设计-模型计算机的设计与实现

模型计算机的设计与实现目录1、设计目的 (1)2、设计内容 (2)3、设计要求 (2)4、数据格式与指令系统 (2)4.1 数据格式 (2)4.2指令系统 (3)5、设计原理与电路图 (3)5.1总的逻辑框图: (3)5.2指令的具体分析 (4)6、微程序流程图、代码表 (5)6.1 微程序流程图: (5)6.2微指令分析 (5)7、系统调试情况 (6)8、参考文献 (6)1、设计目的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。
2、设计内容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:(1)总框图(数据通路图);(2)微程序控制器逻辑图;(3)微程序流程图;(4)微程序代码表;(5)设计说明书及工作小结。
3、设计要求(1)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;(2)设计总框图草图,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;(3)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;(4)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。
4、数据格式与指令系统4.1 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:4.2指令系统本实验设计使用5条机器指令,其格式与功能说明如下: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。
计算机组成原理课程设计报告 完整实现及完整报告

计算机组成原理课程设计报告专业:网络工程学号:学生姓名:指导教师:2012年月日1 课程设计的题目和内容 (3)1.1课程设计的题目 (3)1.2课程设计完成的内容 (3)2 课程设计的基本要求 (3)3 课程设计的具体步骤 (4)3.1完成系统的总体设计 (4)3.2设计控制器的逻辑结构框图 (4)3.3设计机器指令格式和指令系统 (5)3.4设计时序产生器电路 (5)3.5设计微程序流程图 (6)3.6设计操作控制器单元(即微程序控制器) (6)3.7设计单元电路 (7)3.8编写汇编语言源程序 (8)3.9机器语言源程序 (8)3.10编译和功能仿真 (9)3.11主要器件电路图 (9)3.12机器语言源程序的功能仿真波形图及结果分析 (10)4 故障现象和故障分析 (12)5 心得体会 (13)6 软件清单 (13)7 附录表(微程序流程图) (31)1 课程设计的题目和内容1.1 课程设计的题目设计一台嵌入式CISC模型计算机(采用定长CPU周期、联合控制方式),并运行能完成一定功能的机器语言程序进行验证,实现方法如下:●连续输入5个有符号整数(8位二进制补码表示,用十六进制数输入),求最大的负数并输出显示。
说明:①5个有符号数从外部输入;②一定要使用符号标志位(比如说SF),并且要使用为负的时候转移(比如JS)或不为负的时候转移(比如JNS)指令。
第二类(最高成绩为“良”):采用单数据总线结构的运算器,不采用RAM;1.2 课程设计完成的内容1.完成系统的总体设计,画出模型机数据通路框图;2.设计微程序控制器(CISC模型计算机)的逻辑结构框图;3.设计机器指令格式和指令系统;4.设计时序产生器电路;5.设计所有机器指令的微程序流程图;6.设计操作控制器单元;在CISC模型计算机中,设计的内容包括微指令格式(建议采用全水平型微指令)、微指令代码表(根据微程序流程图和微指令格式来设计)和微程序控制器硬件电路(包括地址转移逻辑电路、微地址寄存器、微命令寄存器和控制存储器等。
计算机组成原理课程设计(原版)

计算机组成与体系结构课程设计实验报告专业:软件工程小组成员:E01214256 贾鹏飞E01214086 周云浩指导老师:刘峰完成日期:2014年12月目录:1.引言2.数据格式以及命令格式3.实验设备4.实验步骤5.测试源程序6.复杂模型及微程序流程图7.程序设计心得8.参考文献1.引言一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两个部分组成的,二者是一个有机的整体,必须协同工作才能发挥计算机的左右。
硬件是计算机的物理实体,由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成,一般又将运算器和控制器合称中央处理器(CPU)。
软件是支持计算机硬件体系工作的程序的统称,它分为系统软件和应用软件两大类。
计算机系统的工作是由软件和硬件共同来完成的,有些功能既可以由硬件来完成也可以由软件来完成。
2.数据格式以及命令格式1)数据格式模型机规定数据采用定点整数补码表示,字长8位,其格式如下:其中,第7位为符号位,数值表示范围是-27 ≤X≤27-1。
2)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。
设计九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:(2)访问指令及转移指令。
模型机设计两条访问指令,即存数(STA)、取数(LDA),两条转移指令,即无条件转移(JMP)、结果为零或有进位转移(BZC),指令格式如下:76 54 32 1000 M OP-CODE RDD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:本模型机规定变址寻址寄存器RI指定为寄存器R2。
(3) I/O 指令。
输入(IN )和输出(OUT )指令采用单字节指令,其格式如下: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。
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。
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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-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(中央处理器--微程序控制器设计)

计算机组成原理课程设计:中央处理器-微程序控制器设计摘要本文档介绍了一个针对计算机组成原理课程的设计项目,即中央处理器的微程序控制器设计。
在设计中央处理器的微程序控制器时,我们将考虑指令的执行、数据的处理以及控制信号等关键方面。
通过这个设计项目,学生将深入了解计算机系统的核心组件并掌握微程序控制器的设计方法。
引言计算机组成原理课程旨在帮助学生理解计算机硬件系统的基本原理和组成部分。
其中,中央处理器是计算机系统中最核心的部分之一。
微程序控制器是中央处理器的关键组件,它通过微指令序列控制着处理器的各个部件。
本设计项目旨在实践计算机组成原理的理论知识和设计方法,使学生能够了解中央处理器的内部结构和工作原理,并掌握微程序控制器的设计技术。
设计目标本次设计的目标是: 1. 使用合适的指令集设计一个完整的微程序控制器。
2. 实现基本的指令执行功能,包括算术逻辑单元(ALU)操作、内存读写、条件分支和跳转等。
3. 考虑控制信号与数据通路之间的兼容性和时序关系。
4. 考虑指令的效率和性能,实现合理的指令编码和微指令生成策略。
设计内容1. 指令集设计在设计微程序控制器时,首先需要确定适合该设计的指令集。
指令集应该包括基本的算术、逻辑、移位和控制指令,以及内存读写指令。
根据实际需求,可以添加其他合适的指令。
2. 微指令设计为了实现指令集中的每个指令,需要设计相应的微指令。
微指令是一系列控制信号的序列,用于控制中央处理器中各个部件的操作。
每个微指令应该包含控制信号、操作码、寄存器的选择和数据通路的选择等信息。
3. 数据通路设计数据通路连接了CPU中各个部件,包括寄存器、ALU、控制器等。
在设计数据通路时,需要考虑指令的执行顺序、数据的传递和处理,以及控制信号的生成等。
数据通路应该支持指令的执行和数据操作。
4. 控制信号设计控制信号是微程序控制器中最关键的部分,它确定了中央处理器中各个部件的操作方式和时序。
在设计控制信号时,需要考虑不同指令的差异性和并行性,确保指令的正确执行。
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计算机组成原理课程设计
第一篇:CPU设计
计算机中心处理器(Central Processing Unit, CPU)
是计算机的心脏,它负责执行指令,完成计算和控制计算机的所有运算和数据传输。
在计算机组成原理课程设计中,设计一块CPU是非常重要的一步。
CPU的设计与制作需要有一定的基础和经验。
首先,需要了解CPU的工作原理和基本组成,包括寄存器、ALU、控制器
和数据通路等。
其次,需要掌握数字逻辑、硬件描述语言和电子工艺制作等知识和技能,以实现CPU的具体功能。
设计一块CPU可分为以下几个步骤:
1.确定CPU的整体架构和指令集。
根据需求和实际应用,确定CPU的整体架构和指令集。
可以参考现有的CPU设计,并根据实际情况进行优化和改进。
2.编写CPU的硬件描述语言代码。
使用硬件描述语言
(如VHDL)编写CPU的硬件描述语言代码,包括寄存器、ALU、控制器和数据通路等。
3.使用仿真工具进行验证。
使用仿真工具模拟CPU的运
行过程,验证硬件描述语言代码的正确性和功能实现。
4.设计和制作PCB电路板。
将CPU的硬件描述语言代码
转换为PCB电路板设计,并制作出实际的电路板。
5.测试CPU的性能和功能。
对制作出的CPU进行测试,
验证其性能和功能可靠性。
CPU的设计和制作是计算机组成原理课程设计中非常关键
的一步,它直接影响到完成整个计算机系统的可靠性和性能。
因此,设计和制作一块优秀的CPU需要耐心和实践经验的积累。
第二篇:存储器设计
存储器是计算机系统中重要的组成部分,用于存储数据
和程序。
存储器需要具有读、写、删等常见操作,设计一块性能良好和容量适中的存储器是计算机组成原理课程设计的核心内容之一。
存储器的设计和制作需要掌握数字电路设计、电子工艺
制作和人机交互等知识和技能。
下面是存储器设计的主要步骤:
1.确定存储器的类型和容量。
根据实际需要和使用场景,确定存储器的类型和容量,包括SRAM、DRAM、FLASH等。
2.设计存储器的电路和控制线路。
根据存储器的类型和
需求,设计存储器的电路和控制线路,包括读写控制、地址译码等。
3.使用数字电路仿真工具验证电路设计的正确性。
使用
数字电路仿真工具验证电路设计的正确性和性能。
4.设计和制作存储器模块PCB电路板。
将存储器的电路
和控制线路转换为PCB电路板设计,并制作出实际的电路板。
5.进行存储器测试和调试。
对制作好的存储器进行测试
和调试,验证其性能和功能可靠性。
存储器的设计和制作是计算机组成原理课程设计中非常
重要的一步,它直接关系到计算机系统的性能和可靠性。
因此,需要投入大量精力和耐心进行设计和制作,不断优化和改进存储器的性能和容量。
第三篇:总线设计
总线是计算机系统中负责数据传输的组成部分,设计一
个高速的总线对于提升计算机系统的性能和可靠性有着至关重
要的作用。
下面介绍总线设计的主要步骤:
1.确定总线的类型和接口协议。
根据实际需求和使用场景,确定总线的类型和接口协议,包括ISA、PCI、USB等。
2.设计总线的数据传输线路。
根据总线的类型和要求,设计总线的数据传输线路,包括数据线、地址线、控制线等。
3.进行结构仿真检验。
使用仿真工具模拟总线的运行过程,进行结构仿真检验,验证总线的正确性和性能。
4.设计和制作总线模块PCB电路板。
将总线的数据传输线路转换为PCB电路板设计,并制作出实际的电路板。
5.进行总线测试和调试。
对制作好的总线进行测试和调试,验证其性能和功能可靠性。
总线的设计和制作是计算机组成原理课程设计中非常重要的一步,它直接关系到计算机系统的性能和可靠性。
因此,需要投入大量精力和耐心进行设计和制作,不断优化和改进总线的性能和速度。