计算机组成原理课程设计(微程序设计)
计算机组成原理课程设计报告
《计算机组成原理》课程设计报告目录1.任务书 (1)2.设备清单 (1)3.设计原理及方法 (1)3.1数据格式 (1)3.2指令设计 (1)3.3指令格式 (2)3.4指令系统 (3)3.5设计依据 (3)3.6按微指令的格式参照程序流图 (5)3.7微程序代码清单 (6)3.8实验接线图 (7)3.9机器指令代码清单 (8)3.10化简后的机器指令 (8)4.设计运行结果分析 (12)4.1实验过程 (12)4.2结果分析 (14)5.设计小结 (14)6.设计日志 (15)1．任务描述复杂指令计算机系统设计设计不少于10条指令的指令系统。
其中，包含算术逻辑指令，访问内存指令，程序控制指令，输入输出指令，停机指令。
重点是要包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。
基于TD-CMA计算机组成原理教学实验系统，设计一个复杂计算机整机系统模型机，分析其工作原理。
根据模型机的数据通路以及微程序控制器的工作原理，设计完成以下几条机器指令和相应的微程序，输入程序并运行。
IN R1，00H; 从端口00（IN单元）读入数据送R1LDI R2,0FH;将立即数OFH装入R2AND R1,R2;R1*R2－>R1STA [10H],R1;R1->[[10H]],间接寻址OUT 40H,10H；10H单元的内容在OUT单元显示，直接寻址DEC 12H；12H单元内容减1，直接寻址LOP:BZC EXIT;JMP LOP;EXIT:HLT10H、12H单元内容分别为12H、03H2.设备清单PC机一台，TD-CMA实验系统一套，排线若干。
3.设计原理及方法3.1数据格式模式机规定采用的定点补码表示法表述数据，字长为8位，8位全用来表示数据（最高位不表示符合），数值表示的范围：0≤X≤28-1。
3.2指令设计模型机设计三大类指令共十五条，其中包括运算类指令、控制转移类指令，数据传送类指令。
运算类指令包括三类：算数运算、逻辑运算、移位运算，设计有6类运算指令，分别为：AND、ADD、INC、SUB、OR、RR，所有运算全是单指令，寻址方式采用寄存器直接寻址。
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
课程设计报告课程设计名称：计算机组成原理系：学生姓名：班级：学号：成绩：指导教师：开课时间：2011-2012学年2 学期一、设计题目计算机组成原理课程设计——简单模型机的微程序设计二、主要内容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则；在此基础上设计可以运行一些基本机器指令的微程序的设计三．具体要求1.通过使用作者开发的微程序分析和设计仿真软件，熟悉介绍的为基本模型机而设计的微程序的执行过程。
必须充分理解并正确解释下些问题：（1）微程序中的微指令的各个字段的作用。
哪些字段是不译码的，哪些字段是直接译码的，哪些字段又可以看成是字段间接编码的。
（2）微程序中的微指令是否是顺序执行的，如果不是，那么次地址是如何产生的。
什么情况下，次地址字段才是将要执行的微指令的地址。
（3）在微程序中如何根据机器指令中的相关位实现分支，据此，在设计机器指令时应如何避免和解决与其它指令的微指令的微地址冲突。
（4）哪些微指令是执行所有指令都要用到的。
（5）解释一条机器指令的微程序的各条微指令的微地址是否连续？这些微指令的微地址的安排的严重原则是什么？（6）为什么读写一次内存总要用两条微指令完成？（7）机器程序中用到的寄存器是R0，是由机器指令中哪些位决定的？如果要用R1或R2，是否要改写微程序或改写机器指令？如果要，应如何改写？2.在原有5条机器指令的基础上增加实现下述各功能的机器指令，试设计相应的机器指令的格式并改写原来的微程序使其可以运行所有的机器指令。
新增加的机器指令的功能是：求反指令NOT RS，RD ：/(RS) →(RD)与指令AND RD，（addr）：（RD）与（addr）→(RD)异或指令XOR RD，（addr）：（addr）异或（RD）→(RD)或指令OR RD，（addr）：（RD）或（addr）→(RD)减法指令SUB RD，RS ：（RS）减（RD）→(RD)其中的RS、RD可以是R0、R1、R2中的任何一个。
计算机组成原理》课程标准
计算机组成原理》课程标准计算机组成原理》课程标准一、课程基本情况课程名称：计算机组成原理适用专业：计算机应用专业课程性质：专业核心课程计划学时：60学时二、制定课程标准的依据本课程教学标准依据中职计算机应用专业的专业教学标准中的人才培养目标和培养规格以及对计算机组成原理课程教学目标要求而制定，用于指导计算机组成原理课程教学和课程建设。
三、课程性质本课程是计算机应用专业的一门专业核心课程。
通过介绍计算机硬件基本结构、工作原理和分析设计方法等方面的知识，培养学生对计算机的整机概念有较完整清晰的认识，对计算机的硬件结构有深刻的理解和对硬件的分析与设计方法有一定的认识。
同时也为研究后续课程打下一定的基础。
四、本课程与前续课程和后续课程的关系本课程研究和训练之前，学生应已修完如下课程：计算机应用基础、数字电路，而他的后续课程是计算机系统结构、计算机组成原理。
本课程在他的前续课程和后续课程之间起到了纽带的作用。
五、课程的教育目标1．知识、能力目标知道《计算机组成原理》这门学科的性质、地位和独立价值；理解计算机系统的五大组成部件的概念、功能以及整机的工作原理；理解数值数据的表示方法、运算器的计算方法，了解非数值数据的表示方法和常用编码；理解各个部件的组成结构和基本功能；掌握基本的定点数的加、减运算和实现的基本逻辑电路框图以及浮点数的表示方法；掌握指令的概念、功能以及指令的各种寻址方式和指令类型；知道存储器层次结构和主存系统的设计方法；掌握CPU的功能及组成；理解几种常见的外围设备的信息交换方式；了解常用的外围设备和使用方法；理解组合逻辑控制器和微程序控制器的基本的设计和分析方法。
2．方法、过程目标通过本课程的研究，培养学生通过计算机组成原理实验，进一步理解计算机内部的工作原理及计算机整机系统的基本设计和分析方法，具备一定的专业知识技能。
通过“完整工作过程”的研究和体验，培养学生分析问题、解决问题的能力和团结、协作的团队精神。
计算机组成原理课程设计
一、设计任务与要求
设某计算机运算器，其中 ALU 为 8 位的加法器，具有加法和加 1 功能，两操作 数由八位寄存器 R0、R1 提供，其结果放入 R2 中，具体何种操作可由微命令任意设 定。 1、运算器的结构 运算器的结构,如图 1 所示。
图 1.运算器的结构图
2、微程序控制器 微程序控制器的结构图，如图 2 所示。
山东英才学院教务处制 二 O 一三年十二月
微程序控制的运算器的设计
摘 要
本设计详细介绍了在可编程 ispLSI1032E 系统下，采用层次化设计方法，通过把 八位全加器、八位计数器、八位寄存器作为底层电路，以设计八位计算机运算器的设 计原理和设计过程，其中 ALU 为 8 位的加法器，具有加法和加 1 功能，两操作数由 八位寄存器 R0、R1 提供，其结果放入 R2 中，具体何种操作可由微命令任意设定。
山东英才学院
课程设计（论文）
设 计 题 目 ：微程序控制运算器的设计
课 程 名 称 ： 院 (系) 部 ： 学 生 姓 名 ： 班 专 成 级 ： 业 ： 绩 ：
计算机组成原理 信息工程教 师 ： 设 计 时 间 ：
王若成 2013 年 12 月
Abstract
The detailed design of the programmable ispLSI1032E system, the use of hierarchical design method, the eight bit full adder, eight bit counter, eight bit registers as the underlying circuit, the design of eight bit computing the design principle and the design process, where ALU is a 8 bit adder, additive and plus 1function, the two operand is provided by the eight bit registers R0, R1, and the results in R2, which can be set arbitrarily by micro operation command.
计算机课程设计报告
《计算机组成原理课程设计》任务书一、实验目的：(1)通过微程序的编制、装入、执行，验证微程序控制器控制的工作方法。
观察微程序的运行过程，为进行简单模型计算机实验做准备。
(2)通过实验分析简单模型机结构，了解计算机工作原理。
掌握计算机微程序控制器的控制方法，掌握计算机指令执行过程。
(3)深入了解计算机各种指令的执行过程，以及控制器的组成，指令系统微程序设计的具体知识，通过在简单模型计算机基础上设计新的5条机器指令，以提高学生对计算机机器指令理解，锻炼学生自己动手设计模型计算机机器指令的能力。
二、实验说明：要进行这项大型实验，必须清楚地懂得：（1）模型机的功能部件及其连接关系；（2）模型机每个功能部件的功能与具体组成；（3）模型机支持的指令格式；（4）模型机的微指令格式；（5）已实现的典型指令的执行实例，即相应的微指令与其执行次序的安排与衔接；三、实验内容：（1）完成总线数据传输控制实验。
（2）完成简单模型计算机实验。
（3）完成机器指令设计实验。
可选择其中一项任务任务之一：在模型机上实现以下功能：a)每次输入2个数，将这2 个数相加，其和依次存入存储器地址为20H开始的3个单元，并送LED显示输出，以上操作循环执行3次后停机。
b)其中：设R0为循环计数器、R1为累加器、R2为变址寄存器，Ri就是R2c)INPUT DEVICE和OUTPUT DEVICE的端口地址皆为00H。
任务之二：在模型机上实现以下功能：对输入开关上的数据和存储器某一单元中的数据进行加法操作，结果累计在存储器某一单元中，当累计值大于256时转而进行减法操作，即把此存储器单元中的值减去输入开关上的数据，结果送同一存储器单元，当操作结果小于0时再转而进行加法操作，使用显示灯上出现数据连续加，然后连续减，减到0时再连续加。
这样连续加民、减直到拔动CLR结束程序运行为止。
任务之三：1、分析手动装入程序代码时，为什么必须要在微地址显示灯显示“”时，才从开关上置入指令代码？同时，在手动校验时，为什么只有当微地址显示灯显示“”时，发光管上显示的内容才是内存的数据？2、若将OUT指令的操作码改为0101，则微程序必须做什么样的修改？3、在微程序流程图上，最多还可以添加几条机器指令？四、实验要求：（1）根据实验内容完成各指导书中的实验数据的结果、分析和总结。
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》教案
《计算机组成原理》教案教案名称：计算机组成原理教学设计教学目标：1.了解计算机的基本组成和工作原理；2.掌握计算机硬件组成要素的功能和作用；3.理解计算机的指令执行过程；4.学会设计简单的计算机硬件电路。
教学内容：1. 计算机硬件组成要素：中央处理器（CPU）、存储器（Memory）、输入设备、输出设备和外部设备；2.计算机指令的执行过程；3.计算机硬件电路的设计原理。
教学步骤：第一课时：1.导入：与学生讨论计算机的基本组成和工作原理，引发学生的兴趣和思考。
2. 介绍计算机硬件组成要素：中央处理器（CPU）、存储器（Memory）、输入设备、输出设备和外部设备。
3.分组讨论：学生分组讨论各个硬件组成要素的功能和作用，并向全班展示自己的讨论结果。
第二课时：1.复习上节课内容：与学生复习计算机硬件组成要素的功能和作用。
2.介绍计算机指令的执行过程：取指令、分析指令、执行指令、存储执行结果。
3.小组活动：学生分组进行实验，模拟计算机指令的执行过程，并给出实验过程和结果的报告。
第三课时：1.复习上节课内容：与学生复习计算机指令的执行过程。
2.介绍计算机硬件电路的设计原理：逻辑门、组合逻辑电路和时序电路的原理。
3.设计实践：学生进行计算机硬件电路的设计实践，根据给定的需求和限制条件进行设计，并给出设计思路和电路图。
第四课时：1.复习上节课内容：与学生复习计算机硬件电路的设计原理。
2.学习资源：引导学生利用教材和网络资源进一步了解计算机组成原理的相关知识和应用实例。
3.总结：与学生总结计算机组成原理的核心内容和重要概念，鼓励学生进行思考和提问。
教学评估：1.小组讨论报告：根据学生的小组讨论报告进行评估，评估内容包括对计算机硬件组成要素功能和作用的理解程度。
2.实验报告：根据学生的实验报告进行评估，评估内容包括对计算机指令执行过程的理解程度和实验结果的准确性。
3.设计报告：根据学生的设计报告进行评估，评估内容包括对计算机硬件电路设计原理的理解程度和设计思路的合理性。
计算机组成原理微程序设计乘法指令
郑州轻工业学院本科计算机组成原理课程设计总结报告设计题目：基本模型机的设计与实现学生姓名：系别：专业：班级：学号：指导教师：2011 年1月7 日郑州轻工业学院课程设计任务书题目基本模型机的设计与实现专业、班级学号姓名主要内容：乘法指令、停机指令的设计与实现。
基本说明：由于乘法指令较为复杂，本次模型机设计只完成乘法机器指令和停机指令的设计与实现。
主要参考资料等：《计算机组成原理》白中英主编科学出版社。
完成期限：一周指导教师签名：课程负责人签名：2011年 1月 7 日目录课程设计任务书 (2)一、微程序控制器的基本原理 (4)二、模型机结构 (5)三、微指令格式 (6)四、指令系统 (7)五、指令流程图 (8)六、程序清单 (9)七、微程序清单 (10)八、心得与体会 (11)附录：微程序详解 (11)1. 总述 (11)2. 乘法算法 (11)3. 实现难点 (12)一、微程序控制器的基本原理微程序控制器原理框图如图所示。
它主要有控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成。
其中微指令寄存器分为微地址寄存器和微命令寄存器两部分。
（1）控制存储器控制存储器用来存放实现全部指令系统的微程序，机器运行时只读不写。
其工作过程是：每读出一条微指令，则执行这条微指令接着以读出下一条微指令，又执行这条微指令……。
（2）微指令寄存器微指令寄存器用来存放由控制存储器读出的一条微指令信息。
其中微地址寄存器决定将要访问的下一条微指令的地址，而微命令寄存器则保存一条微指令的操作控制字段和判别测试字段的信息。
（3）地址转移逻辑在一般情况下，微指令由控制存储器读出后直接给出下一微指令的地址，通常我们简称微地址，这个微地址信息就存放在微地址寄存器中。
如果微程序不出现分支，那么下一条微指令的地址就直接由微地址寄存器给出。
当微程序出现分支时，意味着微程序出现条件转移。
在这种情况下，通过判别测试字段P和执行部件的“状态条件”反馈信息，去修改微地址寄存器人内容，并按改好人内容去读下一条微指令。
计算机组成原理教学设计
《计算机组成原理》教学设计一、该课程应讲授的内容体系1．基本描述【课程中文名称】：计算机组成原理【课程英文名称】：PRINCIPLES OF COMPUTER ORGANIZATION【总学时】：68【讲课学时】：52【实验学时】：16【授课对象】：计算机科学与技术专业、信息安全专业、生物信息技术专业【先修课程】：数字电路设计2．教学定位《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业本科教学中的一门重要技术基础课，在计算机科学与技术专业的教学计划中占有重要地位和作用。
学习本课程旨在使学生掌握计算机硬件各子系统的组成原理及实现技术，建立计算机系统的整体概念，对培养学生设计开发计算机系统的能力有重要作用。
该课程为今后学习计算机体系结构、计算机网络、计算机容错技术、计算机并行处理、计算机分布式处理技术等课程打好基础。
3．知识点与学时分配（ 1 ）第一章计算机系统概论（2.5学时）计算机软硬件概念、计算机系统的层次结构、计算机的基本组成、冯•诺依曼计算机的特点、计算机的硬件框图及工作过程、计算机硬件的主要技术指标和本书结构及学习指南。
（ 2 ）第二章计算机的发展及应用（0.5学时）计算机的产生、发展及在各个不同领域的应用。
（ 3 ）第三章系统总线（3学时）总线的基本概念、总线的分类、总线特性及性能指标、总线结构和总线的判优控制及通信控制。
（ 4 ）第四章存储器（10学时）存储器分类和存储器的层次结构；主存储器（包括半导体存储芯片简介、静态随机存取存储器和动态随机存取存储器、只读存储器、存储器与CPU的连接、存储器的校验、提高访存速度的措施）；高速缓冲存储器（包括Cache的基本结构及工作原理、Cache--主存地址映像、替换算法）；辅助存储器（包括辅助存储器的特点及主要技术指标、磁记录原理和记录方式、磁盘存储器的结构、光盘存储器的存取原理）。
（ 5 ）第五章输入输出系统（8学时）输入输出系统的发展概况及组成、I/O与主机的编址方式、传送方式、联络方式以及设备寻址；外部设备分类及简介、I/O接口的功能及基本组成；程序查询方式的工作原理及程序查询接口电路；程序中断方式的工作原理及程序中断接口电路、中断服务流程；DMA方式的特点、DMA接口电路的功能、组成、类型及DMA 的工作过程。
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（2012— 2013学年第 1学期）题目：复杂指令计算机系统设计专业：计算机科学与技术_姓名学号：指导教师：成绩：计算机科学与技术系2013 年 1 月11 日目录1.任务书 (1)2.设备清单 (1)3.设计原理及方法 (1)3.1数据格式 (1)3.2指令设计 (1)3.3指令格式 (2)3.4指令系统 (3)3.5设计依据 (3)3.6按微指令的格式参照程序流图 (5)3.7微程序代码清单 (6)3.8实验接线图 (7)3.9机器指令代码清单 (8)3.10化简后的机器指令 (8)4.设计运行结果分析 (12)4.1实验过程 (12)4.2结果分析 (14)5.设计小结 (14)6.设计日志 (15)1．任务描述复杂指令计算机系统设计设计不少于10条指令的指令系统。
其中，包含算术逻辑指令，访问内存指令，程序控制指令，输入输出指令，停机指令。
重点是要包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。
基于TD-CMA计算机组成原理教学实验系统，设计一个复杂计算机整机系统模型机，分析其工作原理。
根据模型机的数据通路以及微程序控制器的工作原理，设计完成以下几条机器指令和相应的微程序，输入程序并运行。
IN R1，00H; 从端口00（IN单元）读入数据送R1LDI R2,0FH;将立即数OFH装入R2AND R1,R2;R1*R2－>R1STA [10H],R1;R1->[[10H]],间接寻址OUT 40H,10H；10H单元的内容在OUT单元显示，直接寻址DEC 12H；12H单元内容减1，直接寻址LOP:BZC EXIT;JMP LOP;EXIT:HLT10H、12H单元内容分别为12H、03H2.设备清单PC机一台，TD-CMA实验系统一套，排线若干。
3.设计原理及方法3.1数据格式模式机规定采用的定点补码表示法表述数据，字长为8位，8位全用来表示数据（最高位不表示符合），数值表示的范围：0≤X≤28-1。
简单模型机的微程序设计
微指令000001001110000000001010
执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDAR,转微地址：0A
微指令000001001010000000001011
执行的操作是：存储器CE有效,存储器读,LDDR1,转微地址：0B
微指令000001110000101000000001
执行的操作是：算术:A,数码管LEDB有效,写LED,ALU→B,转微地址：01
异或指令XOR RD，RS：(RS)异或(RD)→(RD)
四．进度安排
共1.5周11天的时间，具体安排如下：
1~2天：对整个课程设计的内容做详细的讲解，并辅导学生完成课程设计指导书的学习，使其掌握和理解课程设计的核心内容；
3 ~5天：学生在机房学习熟悉课程设计所使用的仿真软件，并深入了解该仿真软件所实现 的模型机的指令系统（原有的5条指令）和微程序设计方法；
6~9天：在原有5条机器指令的基础上增加实现下述各功能的机器指令，试设计相应的机器指令的格式并改写原来的微程序使其可以运行所有的机器指令；
10~11天：根据自己设计的微程序系统写出相应的课程设计实验报告；
五．成绩评定
六．正文
一、模型机的CPU及系统硬件
基本模型机的CPU及系统硬件组成如图1所示
图1 模型机的CPU及系统硬件组成
课程设计报告
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11.整机逻辑框图设计12.指令系统的设计23．微操作控制部件的设计54．设计组装实验计算机接线表135．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151.调试前准备152.程序调试过程163.程序调试结果164.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LR0LR1LR2寄存器AxBxCxR0-GR1-GR2-G数据总线（D_BUS）ALU-GALUMCNS3S2S1S0暂存器LT1暂存器LT2LDR1LDR2移位寄存器MS1S0G-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LPCPC-G程序计数器LOADLAR地址寄存器存储器6116CEWE输出设备D-GW/RCPU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。
存储器部分由两片6116构成16位存储器，地址总线只有低八位有效，因而其存储空间为00H--FFH。
输出设备由底板上的四个LED数码管及其译码、驱动构成，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。
《计算机组成原理》课程设计大纲
《计算机组成原理》课程设计大纲课程名称：计算机组成原理课程设计实验学时：1周/人课程编号：学分：1课程总学时：30 实验周学时：2课程总学分：1适用专业及年级：计算机科学与技术二年级课程负责人：大纲主撰人：XXX编写日期：2003年12月一、实验教学目标与基本要求通过该课程设计的学习，利用先进的EDA设计手段，总结计算机组成原理课程的学习内容，学会QuartusII的使用、层次化设计方法、多路开关，逻辑运算部件，移位器设计、微程序控制的运算器设计、微程序控制的存储器设计、简单计算机的设计，从而巩固课堂知识、深化学习内容、完成教学大纲要求，学好计算机科学与技术专业的专业基础课。
每个同学必须将自己做的内容以PPT的方式进行讲解，同时提交一份纸质的实验报告和电子文档。
二、实验课程内容和学时分配业、科研、生产、其他。
三、考核办法1. 同学们在实验前应该认真准备实验，根据实验讲义和课堂上学到的知识写出实验报告，带到实验现场。
2．QuartusII的使用在本次实验中，学会QuartusII软件的使用，然后利用此系统完成：〈１〉一位全加器设计〈２〉并行八位寄存器设计下载到实验箱上，在实验箱上验证。
评分细则：参加实验： 0.2分完成实验报告： 0.2分完成一位全加器设计： 0.3分完成八位并行寄存器设计：0.3分3．层次化设计方法在本次实验中，学会层次化设计方法，利用该方法完成：〈１〉同步二进制计数器〈２〉多位二进制加法器下载到实验箱上，在实验箱上验证评分细则：参加实验： 0.2分完成实验报告： 0.2分完成同步二进制计数器 0.3分完成多位二进制加法器 0.3分4.复杂模型机设计利用TD-CMA平台，设计一套完整的指令系统，并下载到实验平台进行验证。
评分细则：参加实验： 0.3分完成实验报告： 0.3分完成所要求的复杂模型机设计 0.45分正确进行操作并回答问题 0.45分5.微程序控制器设计设计一个微程序控制器，并能在TD－CMA平台上进行验证。
计算机组成原理微程序设计
1.已知某机采用微程序控制方式，其存储器容量为512×48（位），微程序在整个控制存储器中实现转移，可控制微程序的条件共4个，微指令采用水平型格式，后继微指令地址采用断定方式，如图所示：（1）微指令中的三个字段分别应多少位？（2）画出对应这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图。
解：（1）假设判别测试字段中每一位为一个判别标志，那么由于有4个转移条件，故该字段为4位，（如采用字段译码只需2位），下地址字段为9位，因为控制容量为512单元，微命令字段是（48 – 4 - 9 ）= 35 位。
（2）对应上述微指令格式的微程序控制器逻辑框图B1.2如下：其中微地址寄存器对应下地址字段，P字段即为判别测试字段，控制字段即为微命令子段，后两部分组成微指令寄存器。
地址转移逻辑的输入是指令寄存器OP码，各状态条件以及判别测试字段所给的判别标志（某一位为1），其输出修改微地址寄存器的适当位数，从而实现微程序的分支转移。
图B1.22．某计算机有8条微指令I1—I8，每条微指令所包含的微命令控制信号见下表，a—j 分别对应10种不同性质的微命令信号。
假设一条微指令的控制字段仅限8位，请安排微指令的控制字段格式。
a*(b,c,d,e,f,g,h,j) b*(c,d,e,h) c*(d,e,g,h) d*(e,f,g,h) e*(g,,i) f*(g) g*(i) h*(j) 解：为了压缩指令字的长度，必须设法把一个微指令周期中的互斥性微命令信号组合在一个小组中，进行分组译码。
经分析，（e ,f ,h）和（b, i, j）可分别组成两个小组或两个字段，然后进行译码，可得六个微命令信号，剩下的a, c, d, g 四个微命令信号可进行直接控制，其整个控制字段组成如下：01 e 01 b直接控制10 f 10i4位2位2位3．运算器结构如图B5.2所示，R1 ，R2，R3是三个寄存器，A和B是两个三选一的多路开关，通路的选择由AS0 ,AS1 和BS0，BS1端控制，例如BS0BS1 = 11时，选择R3 ，BS0BS1 = 01时，选择R1……，ALU是算术/ 逻辑单元。
计算机组成原理微程序设计
在该实验电路中设有一个编程开关（位于实验台中部上 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，学生可根据微地址和微 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。
②校验 A.将编程开关设置为READ(校验)状态； B.将实验板的“STEP”开关置为“STEP”状态，“STOP” 开关置为“RUN”状态； C.用二进制开关置好微地址MA5－MA0； D.按动“START”键，启动时序电路，读出微代码。观 察显示灯MD24-MD1的状态（灯亮为“0”，灯灭为 “1”），检查读出的微代码是否与写入的相同。如 果不同，则将开关置于PROM编程状态，重新执行①即 可。
（2）微指令格式 微指令字长共24位，其微指令格式及每位的功能如表5-1所示。
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位。C字段中的P（1）-P （4）是四个测试字位。其功能是根据机器指令及相应微 代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实 现微程序的顺序、分支、循环运行，其原理如图5-3所示， 图中I7-I2为指令寄存器的第7-2位输出，SE6-SE1为微程 序控制器单元微地址锁存器的异步置“1”输入端。AR为 算术运算是否影响进位及判零标志控制位，其为低电零有 效。B字段中的RS-B、RD-B、RI-B分别为源寄存器选通信 号、目的寄存器选通信号及变址寄存器选通信号(均为低 电平有效)，其功能是根据机器指令来进行三个工作寄存 器R0、R1及R2的选通译码，其原理如图5-4，图中I0-I3为 指令寄存器的第0-3位，LDRi为打入工作寄存器信号的译 码器使能控制位，高电平有效。
计算机组成原理课程设计完整版
目录1 需求分析 (1)1.1课程设计目的 (1)1.2课程设计内容及要求 (1)1.3TDN-CM++计算机组成原理实验教学系统特点 (2)1.4微指令格式分析 (2)1.5指令译码电路分析 (5)1.6寄存器译码电路分析 (6)1.7时序分析 (7)2 总体设计 (9)2.1数据格式和机器指令描述 (9)2.2机器指令设计 (11)3 详细设计 (16)3.1控制台微程序流程的详细设计 (16)3.2运行微程序流程的详细设计 (19)4 实现阶段 (31)4.1所用模型机数据通路图及引脚接线图 (31)4.2 测试程序及结果 (33)心得体会 (35)参考资料 (36)1 需求分析1.1 课程设计目的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。
目的是通过一个完整的8位指令系统结构（ISA）的设计和实现，加深对计算机组成原理课程内容的理解，建立起整机系统的概念，掌握计算机设计的基本方法，培养学生科学的工作作风和分析、解决实际问题的工作能力。
1.2 课程设计内容及要求基于TDN-CM++计算机组成原理实验教学系统，设计和实现一个8位指令系统结构（ISA），通过调试和运行，使设计的计算机系统能够完成指定的功能。
设计过程中要求考虑到以下各方面的问题：（1）指令系统风格（寄存器-寄存器，寄存器-存储器，存储器-存储器）；（2）数据类型（无符号数，有符号数，整型，浮点型）；（3）存储器划分（指令，数据）；（4）寻址方式（立即数寻址，寄存器寻址，直接寻址等）；（5）指令格式（单字节，双字节，多字节）；（6）指令功能类别（算术／逻辑运算，存储器访问，寄存器操作，程序流控制，输入／输出）。
要求学生综合运用计算机组成原理、数字逻辑和汇编语言等相关课程的知识，理解和熟悉计算机系统的组成原理，掌握计算机主要功能部件的工作原理和设计方法，掌握指令系统结构设计的一般方法，掌握并运用微程序设计（Microprogramming）思想，在设计过程中能够发现、分析和解决各种问题，自行设计自己的指令系统结构（ISA）。
《计算机组成原理》教案
《计算机组成原理》教案I.教学目标1.了解计算机的基本组成和工作原理；2.掌握计算机的存储器结构和运算器结构；3.能够使用流水线技术提高计算机的工作效率；4.了解计算机的输入输出结构和口令分析模块。
II.教学重点1.计算机的基本组成和工作原理；2.计算机的存储器结构和运算器结构；3.使用流水线技术提高计算机的工作效率。
III.教学难点1.计算机的输入输出结构和口令分析模块；2.计算机的工作原理和存储器结构。
IV.教学准备1.设计完整的教学计划；2.提前准备好教具和实验材料；3.确定教学时间和地点；4.预习教师教材，准备教案。
V.教学过程第一节：计算机的基本组成和工作原理1.计算机的定义和作用（15分钟）-计算机是一种能根据程序操作数据，完成各种复杂任务的工具；-计算机的基本作用是处理数据，进行数值计算、文字处理、图形图像处理等。
2.计算机的基本组成（15分钟）-主要包括中央处理器、存储器和输入输出设备三部分；-中央处理器包括运算器和控制器；-存储器分为内存和外存；-输入输出设备包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
3.计算机的工作原理（30分钟）-主要包括数据的输入与存储、程序的执行和数据的输出三个阶段；-按照指令流水线的方式进行处理。
4.计算机的硬件和软件（15分钟）-硬件是指计算机的实际物理部件；-软件是指控制计算机硬件运行的程序和数据。
第二节：计算机的存储器结构和运算器结构1.存储器结构（30分钟）-存储器的基本功能是存储数据和指令；-主要分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
2.运算器结构（30分钟）-运算器的主要功能是进行算术和逻辑运算；-包括算数逻辑单元（ALU）和寄存器。
3.流水线技术（30分钟）-流水线技术可以将多个操作分成几个子操作，从而提高计算机的工作效率；-分为指令流水线和数据流水线两种模式。
第三节：计算机的输入输出结构和口令分析模块1.输入输出结构（30分钟）-输入输出设备与计算机之间的数据传输方式；-输入输出设备的分类和特点。
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集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）南通大学计算机科学与技术学院计算机组成原理课程设计报告书课题名模型计算机的设计与实现班级计123班姓名流星雪雨学号指导教师顾辉日期目录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：7 6 5 4 3 214.2 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：7 6543210INADDSTAOUTJMPIN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。
ADD指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其功能是将R0寄存器的内容与内存中地址为A的数相加，结果存放在R0寄存器中。
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《计算机组成原理》课程设计报告
——微程序设计
指导老师：**
学院：计算机学院
班级：软件 1501
姓名：
学号：
一、项目任务
本项目的任务是针对第2章所述的OpenJUC-II教学机模型机，设计控制器的微程序，实现该模型机的指令系统。
通过课程设计理解指令的执行过程，指令系统与硬件的关系，进而加深对计算机的结构和工作原理的理解。
二、项目设计
本项目预期分为6个上机设计步骤：
Day1：熟悉微程序的设计和调试方法
Day2：双操作数指令的设计与调试
Day3：条件转移指令的设计与调试
Day4：移位指令的设计与调试
Day5：堆栈相关指令的设计与调试
Day6：中断系统的设计与调试
通过上述实践步骤，初步达成微程序设计要求，针对不同产品提出的不同要求，通过编写相应符合的微程序汇编指令，达到预期效果和收益。
三、项目需求
OpenJUC-II模型机、Quartus II软件、虚拟实验板软件、Windows计算机、预先编写完成的.sof和.scc文件。
取指令字段
取源操作数
进入取目阶段
取目的操作数阶段
从微地址028至02F依次为寄存器寻址，寄
存器间接寻址，寄存器自增间接寻址，02B
为空，直接寻址，间接寻址，变址寻址，相
对寻址
从41开始为
MOV,ADD,ADDC,SUB,SUBB,AND,OR,XOR,CMP,
TEST的入口地址
保存结果的控存
SAR,SHL,SHR,ROL,ROR,RCL,RCR控存
JC,JNC,JO,JNO,JZ,JNZ,JS,JNS控存
转移的控存
JMP,INC,DEC,NOT的控存PUSH,POP,CALL的控存
HALT,NOP,RET,RETI,EI,DI
INC与JMP设计与调试。
ORG 0030H
INC 0040H
JMP 0030H
MOV,SUB调试
CMP及JC测试
软件延时
0030: 0460 INC FF02H 0031: FF02
0032: 1600 MOV #000F, R0 0033: 000F
0034: 0440 INC R0
0035: 9600 CMP #FFFFH, R0 0036: FFFF
0037: 0220 JC 0030H 0038: 0030
0039: 0260 JNC 0034H 003A: 0034 003B:
HALT
右移
0030: 1601 MOV #0001H, R0 0031: 0001
0032: 00C0 SHR R0
0033: 0238 JC FFFDH(PC) 0034: FFFD
0035: 0000 HALT
左移
0030: 1601 MOV #0505H, R0 0031: 0001
0032: 00C0 TEXT #0001H,R1 0033: 0238
0034: FFFD JZ 3(PC)
0035: 0000
0036:0101 ROL R1
0037:0420 JMP 0032
流水灯设计
0030: 1620 MOV #0080H, FF01H 0031: 0080
0032: FF01
0033: 1600 MOV #0000H, R0 0034: 0000
0035: 0440 INC R0
0036: 9600 CMP #FFFFH, R0 0037: FFFF
0038: 0220 JC 003CH
0039: 003C
003A: 0260 JNC 0035H
003B: 0035
003C: 0160 ROR FF01H
003D: FF01
003E: A620 TEST #FFFFH, FF01H 003F: FFFF
0040: FF01
0041: 0320 JZ 0030H
0042: 0030
0043: 0360 JNZ 0033H 0044: 0033
0045: 0000 HALT
PUSH,POP
0030: 1600 MOV #0041H,R0 0031: 0041
0032: 0060 PUSH R0
0033: 0620 PUSH 0040H 0034: 0040
0035: 0648 POP (R0)
0036: 0641 POP R1
程序中断
0030: 1600 MOV #0100H, 0000H 0031: 0040
0032: 0000
0033: 0004 EI
0034: 0460 INC 0040H
0035: 0040
0036: 1601 MOV #2333H, R1 0037: 2333
0038: 0000 HALT
0100: 1820 MOV #FF08H, FF02H 0101: FF08
结课任务
将R2的内容左右颠倒存入R7(A1A2A3A4------A4A3A2A1)
总体设计及总结
成功完成了对JUC2的整体设计。
包括取指令，取目的（源）操作数，保存结果，转移指令，移位指令，堆栈相关指令设计，中断设计等。
熟练掌握了微程序设计的基本思想和实现方法。
理解指令执行过程，指令系统与硬件的关系，加深了对计算机的结构和工作原理的理解。