计算机组成原理(毕业设计报告)
计算机组成原理报告
河南科技大学 课 程 设 计 说 明 书
课程名称 组成原理课程设计
题 目 模型机设计
院 系 班级学号 计算机132 学生姓名 指导教师 赵长伟 日 期 2014年6月2日 一.课程设计目的 1.掌握整机动态工作进程 2.了解微程序控制器的设计，构建指令系统 3.组建模型机，编写应用程序进行调试 二. 实验设备： EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。 三.模型机结构：
图1 模型机结构框图 图1中运算器ALU由U7—U10四片74LS181组成，暂存器1由U3、U4两片74LS273组成，暂存器2由U5、U6两片74LS273组成。微控器部份控存由U13—U15三片2816组成。除此之外，CPU的其它部份都由EP1K10集成（其原理见系统介绍部份）。 存储器部份由两片6116组成16位存储器，地址总线只有低八位有效，因此其存储空间为00H—FFH。 输出设备由底板上的四个LED数码管及其译码、驱动电路组成，当D-G和W/R均为低电平时将数据总线的数据送入数码管显示。在开关方式下，输入设备由16位电平开关及两个三态传输芯片74LS244组成，当DIJ-G为低电平时将16位开关状态送上数据总线。在键盘方式或联机方式下，数据可由键盘或串口输入，然后由监控程序直接送上数据总线，因此外加的数据输入电路可以不用。 注：本系统的数据总线为16位，指令、地址和程序计数器均为8位。当数据总线上的数据打入指令寄放器、地址寄放器和程序计数器时，只有低8位有效。 四.工作原理： 1．数据格式 本实验计算机采用定点补码表示法表示数据，字长为16位，其格式如下：
其中第16位为符号位，数值表示范围是：-32768≤X≤32767。 2．指令格式 （1）算术逻辑指令 设计9条单字长算术逻辑指令，寻址方式采用寄放器直接寻址。其格式如下：
其中OP-CODE为操作码，rs为源寄放器，rd为目的寄放器，并规定： OP-CODE 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 指令 CLR MOV ADD SUB INC AND NOT ROR ROL
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。
计算机组成原理课程设计报告(指令设计)
计算机科学学院课程设计报告课程计算机组成原理题目用户输入数据的阶加年级2009级专业计算机科学与技术学号学生任课教师2012 年月日课程设计题目用户输入数据的阶加验收时间2012年2月28日验收地点指导教师小组成员具体分工备注无课题总体设计思想概述在TEC-2000教学计算机仿真软件系统的PC机上，用已有基本指令，运用已经掌握的指令格式、指令操作码编码、寻址方式和指令功能等基本内容，以及教学计算机总体组成和各部件的运行原理，完成扩展新的指令，使新指令能够在教学机上运行。
设计出新扩展指令的微程序段，合理安排到已有基本指令的微程序中。
课题设计目的和原理实验目的：（1）进一步熟悉教学计算机指令格式、指令编码、寻址方式和指令功能；（2）进一步熟悉教学计算机的总体组成和各部件的运行原理，理解指令的执行过程；（3）通过对指令系统的扩展，了解微程序控制器设计和实现的基本过程；（4）思考和讨论微程序控制器的特点并与组合逻辑控制器进行比较。
实验原理：指令由微控制命令组成，可以通过微地址找到。
通过更改下址可以把微程序串联起来。
通过封装组合把一段微程序写成一条扩展的新微指令。
课题设计方案实验方案设计：（一）根据题目内容，把题目转化成数学公式为：N+(N-1)+(N-2)+ (1)这个指令要求的指令之外首先把N的值放入r0寄存器中，结果也在r0中。
（二）实现N+(N-1)+(N-2)+···+1此计数公式的汇编程序为：org 2000hpush r8push r14mvrd r0,X (X为用户自定义的数)mvrd r8,Xmvrr r14,r5h:dec r8add r0,r8jrnz hpop r8pop r14retend（三）把以上程序封装在设置好的扩展指令中，扩展指令为zxd 00111001 46扩展指令的入口地址为38。
（四）根据扩展指令，修改好的新ROM地址单元，如下示：（五） 生成新的ROM 文件，并保存。
计算机组成原理课程设计报告书
计算机组成原理课程设计报告书计算机组成原理课程设计报告书目录一．实验计算机设计 1 1.整机逻辑框图设计1 2.指令系统的设计2 3．微操作控制部件的设计5 4．设计组装实验计算机接线表 13 5．编写调试程序 14 二．实验计算机的组装 14 三．实验计算机的调试 15 1.调试前准备 15 2.程序调试过程16 3.程序调试结果16 4.出错和故障分析16 四．心得体会17 五．参考文献 17 题目研制一台多累加器的计算机一实验计算机设计1.整机逻辑框图设计此模型机是由运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备五大部分组成。
1.运算器又是有299，74LS181完成控制信号功能的算逻部件，暂存器LDR1，LDR2，及三个通用寄存器R0，R1，R2等组成。
2.控制器由程序计数器PC、指令寄存器、地址寄存器、时序电路、控制存储器及相应的译码电路组成。
3.存储器RAM是通过CE和W/R两个微命令来完成数据和程序的的存放功能的。
4输入设备是由置数开关SW控制完成的。
5.输出设备有两位LED数码管和W/R控制完成的LR0 LR1 LR2 寄存器Ax Bx Cx R0-G R1-G R2-G 数据总线（D_BUS）ALU-G ALU M CN S3S2S1S0 暂存器LT1 暂存器LT2 LDR1 LDR2 移位寄存器 M S1 S0 G-299 输入设备 DIJ-G 微控器脉冲源及时序指令寄存器 LDIR 图中所有控制信号 LPC PC-G 程序计数器 LOAD LAR 地址寄存器存储器 6116 CE WE 输出设备 D-G W/R CPU 图 1 整机的逻辑框图图1-1中运算器ALU由U7--U10四片74LS181构成，暂存器1由U3、U4两片74LS273构成，暂存器2由U5、U6两片74LS273构成。
微控器部分控存由U13--U15三片2816构成。
除此之外，CPU的其他部分都由EP1K10集成。
《计算机组成原理》设计性实验报告
MA0E = (Y==[0,0,0,0,1,1,1,0]);
MA0F = (Y==[0,0,0,0,1,1,1,1]);
MA10 = (Y==[0,0,0,1,0,0,0,0]);
MA11 = (Y==[0,0,0,1,0,0,0,1]);
⑦DC2为控制制定寄存器接受信息的控制信号，DC2编码为0000表示无操作；DC1为内部总线的信息来源的控制信号，DC1的编码为0000时送开关内容到内部总线。
（2）部分字段的编码值以及操作说明如下表所示：
3、ABEL语言源程序编辑以及JED文件生成
m256c.abl源程序修改过程（10步）以及生成JED文件的整个操作过程如：
DEC=(IR==[0,0,0,0,1,0,0,0]);
SHL=(IR==[0,0,0,0,1,0,1,0]);
SHR=(IR==[0,0,0,0,1,0,1,1]);
JR=(IR==[0,1,0,0,0,0,0,1]);
JRC=(IR==[0,1,0,0,0,1,0,0]);
JRNC=(IR==[0,1,0,0,0,1,0,1]);
三、实验内容
在现有的基本指令系统上，扩展2条指令。
四、实验步骤
1、 扩展的2条指令的格式及功能
第一条指令格式：NXORDR,SR
功能：/(DR⊕SR)—>DR,DR与SR异或非之后的值送到DR中存储
寻址方式：寄存器寻址
操作码编码：00100010(22)
微程序步数：1
微程序入口地址：80
第四条指令格式：SWRM DR,[SR]
华北科技学院计算机学院设计性实验
实 验 报 告
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华科学院计算机科学与技术专业《计算机组成原理课程设计》报告（2015/2016学年第一学期）学生姓名：学生班级：学生学号：指导教师：年月日目录1、设计的目的及要求：-------------------------------------------------------------------------------------------- 12、总体描述：--------------------------------------------------------------------------------------------------------- 13、设备分析：--------------------------------------------------------------------------------------------------------- 23.1时序分析----------------------------------------------------------------------------------------------------- 23.2指令译码单元工作原理 --------------------------------------------------------------------------------- 33.3寄存器译码单元工作原理------------------------------------------------------------------------------ 44、微指令格式分析: ------------------------------------------------------------------------------------------------- 65、控制台流程详细描述： ---------------------------------------------------------------------------------------- 96、指令系统详细设计：---------------------------------------------------------------------------------------- 116.1指令详细分析 -------------------------------------------------------------------------------------------- 116.2微指令流程详细描述 ---------------------------------------------------------------------------------- 157、微代码表及控存率：------------------------------------------------------------------------------------------ 157.1微代码表--------------------------------------------------------------------------------------------------- 167.2控存利用率----------------------------------------------------------------------------------------------- 168、测试程序：------------------------------------------------------------------------------------------------------- 178.1程序功能描述 -------------------------------------------------------------------------------------------- 178.3程序机器码----------------------------------------------------------------------------------------------- 178.4汇编--------------------------------------------------------------------------------------------------------- 188.5 CPI计算--------------------------------------------------------------------------------------------------- 199、心得体会：------------------------------------------------------------------------------------------------------- 19 参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 20 附录A ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 20 附录B ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 211、设计的目的及要求：本课程设计是计算机科学与技术专业重要的实践性教学环节之一，是在学生学习完《计算机组成原理》课程后进行的一次全面的综合设计。
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实验项目：1、设计一个具有带进位加法和立即数寻址方式的模型机2、设计一个具有带进位加法和条件跳转的模型机专业：计算机科学与技术班级：09级37-3班学号：——————姓名：合作：指导教师：实验时间：2011-6-15 ~~ 6-17实验一：设计一个具有带进位加法和立即数寻址方式的模型机1、问题描述本题目设计的是一台具有输入、输出、带进位加法、储存和跳转功能的模型计算机，并写出工作程序和测试数据验证所设计的指令系统。
2、设计目标在设计完本程序后，所设计模型机能够完成从一个外设输入一个数到指定的寄存器中，另外输入立即数并将其存入另一个、寄存器中，两数进行进位相加并将结果保存到第一个寄存器，输出结果，并显示。
另外，实现无条件跳转至开始。
3、指令格式4、设计微指令（3）微程序流程图（4）由编码得到微程序根据以上编写的微程序，以及微指令代码化的方法得到的微程序代码为：$M00018001$M0101ED82$M0200C048$M08001001$M0901ED83$M0300B004$M0401A205$M05919A01$M0A01ED86$M0600E007$M07028201$M0B01ED8D$M0D00E00E$M0E00900F$M0F030201$M0C01ED90$M1000D181（5）写工作程序$P0000$P0110$P0222$P0320$P0401$P0530$P0601$P0740$P0800（6）建立联机操作文件为了从PC机下载工作程序和微程序，需要建立联机操作文件，该文件是普通的文本文件，扩展名为TXT，可用记事本来建立的，要求：a、测试用的工作程序排在文件的前面，每个内存地址及代码占一行；b、微指令代码排在文件的后面，每个微地址及微指令代码占一行；（7）按照实验电路图连接实验线路实验采用复杂模型机系统连线图，电路图如下：（8）运行（a）系统与PC机联机实验系统安装有一个标准的DB型9针RS-232C串口插座，使用配套的串行通信电缆分别插在实验系统及PC机的串口，即可实现系统与PC机的联机操作。
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Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#电子信息学院实验报告书课程名：《计算机组成原理》题目：实验类别【验证】班级：学号：姓名：第一章课设任务概述课设目的通过本周的课设，使我们对计算机组成与体系结构这门课有一个更深入的了解。
主要要了解计算机的硬件组成、微操作以及储存器中的地址变换等。
将我们在课堂上所学的理论知识应用于实践。
课设任务1、参考给出的或者课本上的计算机的硬件（应有中断功能）组成，写出完成下面给定的指令格式的指令的执行流程；（1）累加器内容完成“异或”运算“异或”指令的指令格式（2）把一个内存单元中的内容读到所选择的一个累加器中。
(3)以下五条机器指令为选做题目，给出指令执行流程（选做要求：(组号mod 5)+1=红色题目编号）：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：助记符机器指令码说明①IN 0000 0000 “I NPUT DEVICE”中的开关状态R0②ADD addr 0001 0000 ×××× R0+[addr] R0③STA addr 0010 0000 ×××× R0 [addr]④OUT addr 0011 0000 ×××× [addr] BUS⑤JMP addr 0100 0000 ×××× addrPC2、以下三道为选做题目（选做要求：(组号 mod 3)+1=红色题目编号）①某机器中，已知配有一个地址空间为(0000—1FFF)16的ROM区域，现在用几个SRAM芯片（8K×8位）形成一个16K×16位的RAM区域，起始地址为2000H。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《计算机组成原理》课程设计报告实验计算机的设计
学院：
班级：
学号：
姓名：
完成时间：
目录
一、设计目的 (2)
二、设计内容 (2)
三、设计要求 (2)
四、设计原理 (2)
五、调试程序 (6)
六、应用程序 (6)
七、心得体会 (8)
一. 设计目的:
巩固和深刻理解"计算机组成原理"课程所讲解的原理,加深对计算机各模块协同工作的认识,掌握微程序设计的思想和具体方法,培养我们独立思考和创新思维的能力,取得设计与调试的实践经验.
二. 设计内容:
按照要求设计一指令系统,该指令系统能够实现数据传送,进行加,减运算和逻辑左移和右移,具有累加器寻址,寄存器寻址,寄存器间接寻址,存储器直接寻址,立即数寻址等五种寻址方式.
三. 设计要求:
仔细复习所学过的理论知识,掌握微程序设计的思想,并根据掌握的理论写出要设计的指令系统的微程序.运算器采用多累加器结构.指令系统至少要包括六条指令,具有上述功能和寻址方式.将所设计的微程序在虚拟环境中进行调试,并给出测试思路和具体程序段
（1）运算器：采用单累加器多寄存器结构（开关KA,KB,KC,KR分别置左，右，右，左）（2）指令系统：多于16条指令，外设和内存统一编址，统一操作指令
（3）内存寻址方式：
寄存器直接寻址
寄存器间接寻址
直接寻址
立即数寻址
（4）微程序设计微操作信号发生器
四. 设计原理
用FD-CES-B型试验仪的硬件资源，实验者可自行设计指令系统以及相应的微程序，研制一台微程序控制的试验计算机。
把微程序输入控存，在给定具体的程序后，用汇编语言编出算法。
手工编译为微指令，输入主存，调试得到预期结果。
部分接线图如下所示：
接线：
SA 接 X0 接 M16 SB 接 X1 接 M17 P0、SR、SL 接CY
P1 接 A0
P2 接 A7
CA、CC、RCP、CI 接ΦS3～S0 接 M23~M20
Cn 接M19
M 接M18
CG 接M11
OB 接M8
OT 接 M10
CT 接＋5V
RR 接M1
A 接 I0
B 接 I1
P+1 接M6
GI 接 M7
CK 接Φ
CLR 接＋5V
OI 接M15
B1、B3 接RF
KA 接IAB0
PA 接 IAB1
DR 接 M5
MLD 接 M4
MP+1 接 +5V
MCLR 接 RO
MCLK 接PO
MIG 接地
MD10～MD6 接地
MD5 接 I7
MD4 接 I6
MD3 接 I5
MD2 接 I2
MD1～MD0 接+5V
根据设计要求,实验计算机属多累加器结构.因此,应将实验仪上的KA,KB,KC,KR四组开关分别置为右,左,左,上的位置.另外,实验计算机和外设不仿采用I/O查询方式.
下图是整机逻辑框图：
微指令格式和指令微程序：
五. 调试程序
（一）准备工作：
1、测试控制台的复位功能：
加电按RET键，应显示CPU READY字样，表示实验仪监控程序开始工作。
此时信号RO应为“0”，RF应为“1”，表示处于停机态。
2、测试控制台启动功能：
按STRT或STEP键，应显示出C.P.U.R.E.A.D.Y字样，此时信号RO应为“1”，RF应为“0”，表示处于运行态。
3、输入微程序：
将开关M/CM置右端，在停机态从键盘或外存EEPROM将微程序输入到控存。
如果是第一次输入微程序，或者是外存里没有微程序，那么输完后应保存到外存，以免在以后的调试过程中再次输入，浪费时间。
4、输入程序：
将开关M/CM置左端，在停机态下从外存EEPROM将程序输入内存，或者直接从键盘输入即可。
（二）程序调试：
1、以连续方式运行程序：
如果对实验计算机前期研制工作把握比较大，那么不妨先以连续运行方式运行程序：按RET键，然后键入程序首地址，再按START键，使实验计算机全速运行某段或某个程序。
检查该程序运行结果。
如结果正确，再以连续方式运行另一段或另一个程序。
如不正确，则应改用单拍方式运行，以检查分析哪一步出错，哪一条指令有问题。
2、以单拍方式运行程序：
由于单拍方式运行程序过程中，控制台会显示每拍的OAB和ODB或微指令信息，以供分析判断该拍执行情况，所以此方式适合调试较复杂或有故障的程序。
当发现某一拍显示的信息不对时应立即停下，根据指令执行流程，用万用表检测有关的微操作控制信号和数据信息。
六. 应用程序
利用FD-CES-B型试验仪的硬件资源，实验者可自行设计指令系统以及相应的微程序，研制一台微程序控制的试验计算机。
014H
015H
016H
017H
编程实现：（14H）－（15H）＋（16H）17H
（17H）左移４位18H
（17H）右移4位19H
地址指令指令编码014h 39h
015h 6Fh
016h 78h
017h LDA 015 80
018h 015
019h MOV A0,A 44
01Ah LDA 014 88
01Bh 14
01Ch 04
01Dh MOV A0,A 44
01Eh LDA 016 80
01Fh 16
020h ADD A,A0 00
021h STA 017 A0
022h 17
//加法运算
023h LDA 017 80
024h 17
025h RLC A C0
026h RLC A C0
027h RLC A C0
028h RLC A C0
029h STA 018 A0
02Ah 18
//逻辑左移
02Bh LDA 017 80
02Ch 17
02Dh RRC A C4
02Eh RRC A C4
02Fh RRC A C4
030h RRC A C4
031h STA 019 A0
032h 19
033h HALT FF
//逻辑右移
运算过程如下:
加法减法略,结果为(017h)=42H
循环左移四位: CY=1 10100001
CY=0 01010000
CY=1 10101000
CY=1 01010100
结果为(018h)=54H
循环右移四位: CY=1 10000101
CY=0 00001010
CY=1 00010101
CY=0 00101010
结果为(019h)=2AH
七. 心得体会
《计算机组成原理与技术》课程是一门应用性很强的课程，其中包括软硬件的结合，微程序的设计与编译。
由于平时对硬件的接触较少所以学习起来多少有些困难。
但课程中融入了实验，并且还有课程设计。
对于理论知识的理解就更深刻了。
课设的内容是微程序的控制与设计，这与平时的实验很不同，对编程的要求很高。
这个可给我出了个难题，不过在同伴的努力下我们还是按时完成了任务。
最难的就是硬件的调试，程序明明是对的就是执行的时候有些问题，在设置步数时总是不稳定。
查了好久都没有找到问题。
这次实验使我受益匪浅,不但明白了在课堂上不懂的问题,而且通过实践的方法深刻的记到了脑海里,让我懂了实践出真理的道理.
通过这次实验我知道了自己的不足,知道了知识海洋的高深.我决心继续努力学习计算机组成原理与技术,不断提高自己的动手能力,使自己为社会做出更多贡献.。