计算机组成原理课程设计-相联存储器的设计
计算机组成原理教案
计算机组成原理教案一、概述计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门基础课程，主要介绍计算机硬件系统的原理和结构。
本节课程将系统讲解计算机组成原理的相关知识，包括计算机系统的层次结构、指令系统、数据表示、计算机运算、控制单元、存储器等内容。
二、计算机系统的层次结构1. 计算机系统的五大组成部分计算机系统由五大组成部分构成，包括输入设备、输出设备、运算器、控制器和存储器。
其中，输入设备用于接收外部信息，输出设备用于显示处理结果，运算器执行程序运算，控制器控制程序执行，存储器存储数据和程序。
2. 计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构分为硬件层和软件层，硬件层包括处理器、存储器、输入输出设备等；软件层包括系统软件和应用软件。
硬件层和软件层相互配合，共同完成计算机系统的功能。
三、指令系统1. 指令系统的基本概念指令系统是计算机执行程序的基本单位，包括指令集合、地址寻址方式、指令格式等。
指令集合是计算机可以执行的指令的集合，地址寻址方式是指令中操作数的寻址方式，指令格式定义了指令的组成形式。
2. 指令执行过程指令的执行过程包括取指、分析指令、执行指令和结果存储等步骤。
取指是从存储器中读取指令，分析指令是对指令进行解码，执行指令是根据指令操作码执行相应操作，结果存储是将执行结果存储到指定位置。
四、数据表示1. 数字系统数字系统是计算机数据的表示方式，常用的数字系统包括二进制、八进制、十进制和十六进制等。
在计算机系统中，二进制是最基本的数据表示方式。
2. 数据表示格式数据在计算机中以位、字节、字等单位来表示，位是最小的数据单元，字节由8位组成，字由若干字节构成。
在计算机中，数据的表示格式包括无符号数表示和有符号数表示。
五、计算机运算1. 计算机的算术逻辑单元计算机的算术逻辑单元(ALU)是计算机执行算术和逻辑运算的核心组件，包括加法、减法、与、或、非等运算。
ALU通过控制单元的指令执行相应的运算操作。
2. 运算指令的执行运算指令包括算术运算指令和逻辑运算指令，算术运算指令用于执行加减乘除等算术运算，逻辑运算指令用于执行与或非等逻辑运算。
计算机组成原理教案(第三章)
3.主存物理地址的存储空间分布
以奔腾PC机主存为例，说明主存物理地址的存储空间概念
3.3.1只读存储器
1.ROM的分类
只读存储器简称ROM，它只能读出，不能写入。它的最 大优点是具有不易失性。
根据编程方式不同，ROM通常分为三类：
只读存 储器
定
义
优
点
缺
点
掩模式
数据在芯片制造过程中就 确定
可靠性和集成度高，价 不能重写 格便宜
存储 周期 存储 器带 宽
连续启动两次操作所需 间隔的最小时间
单位时间里存储器所存 取的信息量,
主存的速
度
数据传输速率 位/秒，字 技术指标 节/秒
3.2.1 SRAM存储器
1.基本存储元
六管SRAM存储元的电路图及读写操作图
2.SRAM存储器的组成
SRAM存储器的组成框图
存储器对外呈现三组信号线，即地址线、数据线、读/写控制线
主存地址空间分布如图所示。
3.3.2闪速存储器
1.什么是闪速存储器
闪速存储器是一种高密度、非易失性的读/写半导体存储器
2.闪速存储器的逻辑结构
28F256A的逻辑方框图
3.闪速存储器的工作原理
闪速存储器是在EPROM功能基础上增加了电路的电擦除和重新 编程能力。 28F256A引入一个指令寄存器来实现这种功能。其作用是： (1)保证TTL电平的控制信号输入； (2)在擦除和编程过程中稳定供电； (3)最大限度的与EPROM兼容。 当VPP引脚不加高电压时，它只是一个只读存储器。 当VPP引脚加上高电压时，除实现EPROM通常操作外，通过指 令寄存器，可以实现存储器内容的变更。 当VPP=VPPL时，指令寄存器的内容为读指令，使28F256A成 为只读存储器，称为写保护。
相联存储器的设计与实现
沈阳航空航天大学课程设计报告课程设计名称：计算机组成原理课程设计课程设计题目：相联存储器的设计与实现院（系）：计算机学院专业：计算机科学与技术班级：学号：姓名：指导教师：完成日期：沈阳航空航天大学课程设计报告目录第1章总体设计方案 (2)1.1设计原理 (2)1.2设计思路 (2)1.3设计环境 (3)第2章详细设计方案 (5)2.1总体方案的设计与实现 (5)2.1.1创建顶层图形设计文件 (5)2.1.2器件的选择与引脚锁定 (5)2.1.3编译、综合、适配 (6)2.2功能模块的设计与实现 (6)2.2.1 输入寄存器的设计与实现 (7)2.2.2 存储体的设计与实现 (8)2.2.3检索寄存器的设计与实现 (9)2.3仿真调试 (11)2.3.1建立仿真波形文件及仿真信号选择 (12)2.3.2功能仿真结果与分析 (12)第3章编程下载与硬件测试 (13)3.1编程下载 (13)3.2硬件测试及结果分析 (13)参考文献 (16)附录 (17)第1章总体设计方案1.1 设计原理相联存储器(C ontent Addressed Memory)即可按地址寻址，又可按内容（通常是某些字段）寻址，为与传统存储器区别，又称为按内容寻址的的存储器。
相联存储器的每个字由若干字段组成，每个字段描述了一个对象的属性，也称为一个内容。
相联存储器的结构框图如图1.1所示。
它主要实现将输入寄存器的信息与存储体的信息作比较，相匹配的置为“1”，不匹配的置为“0”，并输出结果。
图1.1 相联存储器原理框图1.2 设计思路根据相联存储器的原理特点，即按照内容寻址，因此可以将相联存储器分为以下几个部分：输入寄存器，译码选择电路，存储体，检索寄存器。
输入寄存器：用来存放检索字，其位数与相联存储器的字长相等。
译码选择电路：用3－8译码器进行译码电路选择，如当置输入端A2A1A0为“000”，译码器，可以向存储体第一个单元地址输入八位二进制的字信息；同时其他的存储单元的信息被屏蔽掉。
计算机组成原理实验报告_存储系统设计实验
实验四存储系统设计实验一、实验目的本实训项目帮助大家理解计算机中重要部件—存储器，要求同学们掌握存储扩展的基本方法，能设计MIPS 寄存器堆、MIPS RAM 存储器。
能够利用所学习的cache 的基本原理设计直接相联、全相联，组相联映射的硬件cache。
二、实验原理、内容与步骤实验原理、实验内容参考：1、汉字字库存储芯片扩展设计实验1)设计原理该实验本质上是8个16K×32b 的ROM 存储系统。
现在需要把其中一个（1 号）16K×32b 的ROM 芯片用4个4K×32b 的芯片来替代，实际上就是存储器的字扩展问题。
a) 需要4 片4个4K×32b 芯片才可以扩展成16K×32b 的芯片。
b) 目标芯片16K个地址，地址线共14 条，备用芯片12 条地址线，高两位（分线器分开）用作片选，可以接到2-4 译码器的输入端。
c) 低12 位地址直接连4K×32b 的ROM 芯片的地址线。
4个芯片的32 位输出直接连到D1，因为同时只有一个芯片工作，因此不会冲突。
芯片内数据如何分配：a) 16K×32b 的ROM 的内部各自存储16K个地址，每个地址里存放4个字节数据。
地址范围都一样：0x0000～0x3FFF。
b) 4个4K×32b 的ROM，地址范围分别是也都一样：0x000～0xFFF，每个共有4K个地址，现在需要把16K×32b 的ROM 中的数据按照顺序每4个为一组分为三组，分别放到4个4K×32b 的ROM 中去。
HZK16_1 .txt 中的1～4096个数据放到0 号4K 的ROM 中，4097～8192 个数据放到 1 号4K 的ROM 中，8193～12288 个数据放到2 号4K 的ROM 中，12289～16384个数据放到3 号4K 的ROM 中。
c) 注意实际给的16K 数据，倒数第二个4K（8193～12288 个数据）中部分是0，最后4K（12289～16384 数据）全都是0。
《计算机组成原理》教案
《计算机组成原理》教案一、教学目标1. 了解计算机硬件系统的组成及功能2. 掌握数据的表示和运算方法3. 理解存储器的层次结构和工作原理4. 掌握中央处理器（CPU）的工作原理和性能指标5. 了解计算机的输入输出系统及其接口技术二、教学内容1. 计算机硬件系统计算机的组成输入输出设备存储器中央处理器（CPU）2. 数据的表示和运算数制转换计算机中的数据类型算术运算逻辑运算3. 存储器层次结构随机存储器（RAM）只读存储器（ROM）硬盘存储器虚拟存储器4. 中央处理器（CPU）CPU的组成和结构指令集和指令系统指令执行过程CPU性能指标5. 输入输出系统输入输出设备I/O接口技术中断和直接内存访问（DMA）总线和接口三、教学方法1. 采用讲授法，讲解基本概念、原理和方法。
2. 结合实例分析，让学生更好地理解计算机组成原理。
3. 使用实验和实训，培养学生的实际操作能力。
4. 开展课堂讨论和小组合作，提高学生的分析和解决问题的能力。
四、教学资源1. 教材：《计算机组成原理》2. 课件：PowerPoint或其他教学软件3. 实验设备：计算机、内存条、硬盘等4. 网络资源：相关在线教程、视频、论文等五、教学评价1. 平时成绩：课堂表现、作业、实验报告等（30%）2. 期中考试：测试计算机组成原理的基本概念、原理和方法（30%）3. 期末考试：综合测试计算机组成原理的知识点和实际应用（40%）六、教学安排1. 课时：共计48课时，每课时45分钟。
第一章：8课时第二章：6课时第三章：10课时第四章：10课时第五章：4课时第六章：6课时第七章：6课时第八章：4课时第九章：4课时第十章：4课时2. 教学方式：讲授、实验、课堂讨论、小组合作等。
七、教学重点与难点1. 教学重点：计算机硬件系统的组成及功能数据的表示和运算方法存储器的层次结构和工作原理中央处理器（CPU）的工作原理和性能指标输入输出系统及其接口技术2. 教学难点：存储器的工作原理中央处理器（CPU）的指令执行过程输入输出系统的接口技术八、教学进度计划1. 第一周：计算机硬件系统概述2. 第二周：数据的表示和运算3. 第三周：存储器层次结构4. 第四周：中央处理器（CPU）5. 第五周：输入输出系统6. 第六周：综合练习与实验九、教学实践活动1. 实验：实验一：计算机硬件组成认识实验二：数据表示与运算实验三：存储器测试实验四：CPU性能测试实验五：输入输出系统实验2. 课堂讨论：讨论话题：计算机硬件技术的未来发展讨论形式：小组合作、课堂分享1. 课程结束后，对教学效果进行自我评估和反思。
《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》教案
《计算机组成原理》教案一、课程简介1.1 课程背景计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门核心课程，旨在帮助学生了解和掌握计算机的基本组成、工作原理和性能优化方法。
通过本课程的学习，学生将能够理解计算机硬件系统的整体结构，掌握各种计算机组件的功能和工作原理，为后续学习操作系统、计算机网络等课程打下基础。
1.2 课程目标（1）了解计算机系统的基本组成和各部分功能；（2）掌握计算机指令系统、中央处理器（CPU）的工作原理；（3）熟悉存储器层次结构、输入输出系统及总线系统；（4）学会分析计算机系统的性能和优化方法。
二、教学内容2.1 计算机系统概述（1）计算机的发展历程；（2）计算机系统的层次结构；（3）计算机系统的硬件和软件组成。
2.2 计算机指令系统（1）指令的分类和格式；（2）寻址方式；（3）指令的执行过程。
2.3 中央处理器（CPU）（1）CPU的结构和功能；（2）流水线技术；（3）多核处理器。
2.4 存储器层次结构（1）存储器概述；（2）随机存取存储器（RAM）；（3）只读存储器（ROM）；（4）缓存（Cache）和虚拟存储器。
2.5 输入输出系统（1）输入输出设备；（2）中断和DMA方式；（3）总线系统。
三、教学方法3.1 讲授法通过讲解、举例、分析等方式，使学生掌握计算机组成原理的基本概念、原理和应用。
3.2 实验法安排实验课程，使学生在实践中了解和验证计算机组成原理的相关知识。
3.3 案例分析法分析实际案例，使学生了解计算机组成原理在实际应用中的作用和意义。
四、教学评价4.1 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况、实验报告等。
4.2 期末考试采用闭卷考试方式，测试学生对计算机组成原理知识的掌握程度。
五、教学资源5.1 教材《计算机组成原理》（唐朔飞著，高等教育出版社）。
5.2 辅助资料包括课件、实验指导书、案例分析资料等。
5.3 网络资源推荐学生访问相关学术网站、论坛，了解计算机组成原理的最新研究动态和应用成果。
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512×16位存储器课程设计报告
计算机组成原理512×16位存储器课程设计报告目录第一章课设任务概述11.1课设目的11.2 课设任务1第二章课设容22.1画指令流程图22.2芯片设计72.3设计运算器82.4认识计算机硬件系统12第三章个人总结133.1 主要结论133.2 对课设的认识14参考文献15第一章课设任务概述1.1课设目的通过课设，掌握计算机系统软硬件维护的方法，并能利用所学知识，完成课设容。
1.2 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，写出给定的指令格式的指令的执行流程；2.设计存储器。
按要求拓展存储器，并画出其各个引脚与CPU的连线。
要求用128K×16位的SRAM芯片设计512K×16位的存储器，SRAM芯片有两个控制端：当CS 有效时该片选中。
当W/R=1时执行读操作，当W/R=0时执行写操作。
用64K×16位的EPROM芯片组成128K×16位的只读存储器。
3.设计计算机运算器（包括逻辑框图与指令系统，以及各指令的微程序流程图）4.了解计算机的硬件系统。
就计算机的某些硬件组成部分，说明对其认识。
5.简单的类MIPS多周期流水线处理器的实现实验。
第二章课设容2.1画指令流程图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）完成“异或”运算“异或”指令的指令格式2.把一个存单元中的容读到所选择的一个累加器中。
3.给出STA（存数）指令执行流程，其指令格式如下：助记符机器指令码说明③STA addr 0010 0000 ××××R0 [addr]2.2芯片设计要求用128K×16位的SRAM芯片设计512K×16位的存储器，SRAM芯片有两个控制端：当CS 有效时该片选中。
当W/R=1时执行读操作，当W/R=0时执行写操作。
计算机组成原理》课程设计报告
课程设计说明书《计算机组成原理》算法实现（五）专业 计算机科学与技术学生夏晶晶 班级 M 计算机101 学号1051401122指导教师花小朋完成日期2013年6月21日目录1 课程设计目的 (2)2 课程设计容与要求 (2)2.1课程设计的容 (2)2.2 课程设计的要求 (2)3 实现方法 (2)3.1 系统目标 (2)3.2 主体设计 (4)3.2.1 主窗体的设计 (4)3.2.2 定点整数真值还原窗体的设计 (6)3.2.3 定点整数单符号位补码加减法 (8)3.2.4 定点整数的原码乘法 (10)3.2.5 浮点数的加减运算 (12)4 设计小结 (13)参考文献 (13)1 课程设计目的本课程设计是在学完本课程教学大纲规定的全部容、完成所有实践环节的基础上，旨在深化学生学习的计算机组成原理课程基本知识，进一步领会计算机组成原理的一些算法，并进行具体实现，提高分析问题、解决问题的综合应用能力。
2 课程设计容与要求2.1课程设计的容计算机组成原理算法实现（五）2.2 课程设计的要求能够实现机器数的真值还原（定点整数）、定点整数的单符号位补码加减运算、定点整数的原码乘法运算和浮点数的加减运算。
3 实现方法3.1 系统目标本程序含有以下几个功能模块，分别能够实现如设计容所设计的功能。
共有5个类，各类之间的关系如图3-1所示：系统流程图：3.2 主体设计3.2.1 主窗体的设计程序菜单需要在输入口令正确后方可使用，若口令输入错误需给出重新输入口令的提示，三次口令输入错误则禁止使用。
登陆算法的流程图：输入密码判断密码计数器减1激活菜单栏隐藏登陆显示欢迎界面弹出错误窗口判断计数器值是否大于零结束开始3.2.2 定点整数真值还原窗体的设计选择主窗体中“机器数的真值还原（定点整数）”时进入下图所示的窗体。
在上面的窗体中按“输入”按扭时，将输入焦点设置为最上面的一个文本框上。
输入一个机器数（如10001000）后，按“原->真值”、“反->真值”、“补->真值”或“移->真值”按扭中的任一个后，将在第二文本框中显示对应操作的结果。
存储器设计课程设计
存储器设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解存储器的基本概念，掌握存储器的层次结构及其工作原理。
2. 学生能够描述不同类型的存储器（如RAM、ROM、硬盘等）的特点及应用场景。
3. 学生能够掌握存储器的设计方法，包括存储器单元、地址译码器和数据总线的连接方式。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计简单的存储器电路，并分析其性能。
2. 学生能够使用相关软件工具进行存储器的设计和仿真，提高实践操作能力。
3. 学生能够通过团队合作，解决存储器设计过程中遇到的问题，培养沟通与协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到存储器在计算机系统中的重要作用，增强对硬件知识的兴趣和求知欲。
2. 学生在学习过程中，培养勇于尝试、善于思考、积极探索的良好学习习惯。
3. 学生能够认识到科技发展对生活的影响，激发创新意识，树立社会责任感。
分析课程性质、学生特点和教学要求：1. 课程性质：本课程为计算机硬件原理与应用的实践课程，要求学生具备一定的电子电路基础知识。
2. 学生特点：学生处于高年级，已具备一定的专业知识，具有较强的自学能力和动手实践能力。
3. 教学要求：注重理论与实践相结合，以学生为主体，引导他们主动探究、合作学习，提高解决问题的能力。
二、教学内容1. 存储器概述：介绍存储器的基本概念、作用、分类及其在计算机系统中的地位。
- 教材章节：第3章“存储器系统”- 内容列举：存储器的层次结构、各类存储器的特点及性能指标。
2. 存储器工作原理：讲解RAM、ROM、硬盘等存储器的工作原理及性能差异。
- 教材章节：第3章“存储器系统”- 内容列举：静态存储器、动态存储器、只读存储器、闪存、硬盘等的工作原理及性能。
3. 存储器设计方法：阐述存储器单元、地址译码器和数据总线的连接方式，以及设计存储器的基本步骤。
- 教材章节：第4章“存储器设计”- 内容列举：存储器单元设计、地址译码器设计、数据总线设计、存储器容量扩展。
计算机组成原理课程设计
计算机组成原理课程设计尊敬的教师：敬启者，我是您的学生，正在进行计算机组成原理课程设计。
我非常荣幸能够参与这个项目，并且准备了如下的设计报告：第一部分：引言在本设计中，我们将要研究和设计一台基于RISC体系结构的32位微处理器。
通过学习和探索计算机的基本组成原理，我们将能够深入了解计算机硬件的工作原理和设计过程。
在本文档中，我们将详细描述我们的设计思路、实现方法和实验结果，并通过性能测试来评估我们的设计。
第二部分：设计目标本设计的主要目标是实现一个高效、稳定和可扩展的32位微处理器。
我们的设计将满足以下要求：1. 支持基本的CPU指令集.2. 支持流水线技术，以提高指令执行速度.3. 支持浮点运算和向量指令扩展.4. 支持高性能和低功耗的设计.5. 具备良好的可扩展性和可维护性.6. 设计尽可能地简洁和高效.第三部分：设计思路我们的设计思路是基于经典的RISC体系结构，并结合了一些现代的设计理念和技术来达到我们的设计目标。
我们使用VHDL语言进行设计和验证，并且使用ModelSim进行仿真和验证。
我们将重点关注以下几个方面的设计：1. 指令集架构: 我们将实现一个基本的指令集架构，并根据需求进行扩展.2. 流水线设计: 我们将使用五级流水线来提高指令执行速度.3. 浮点运算和向量指令扩展: 我们将实现浮点运算指令和向量指令的硬件支持.4. 性能优化和功耗控制: 我们将采用一些优化技术来提高性能并降低功耗.5. 可扩展性和可维护性: 我们将设计一个可灵活扩展和易于维护的架构.第四部分：实现方法在实现过程中，我们将遵循以下步骤：1. 设计和验证: 我们将使用VHDL语言进行设计，使用ModelSim进行仿真和验证.2. 代码实现: 我们将根据设计思路编写代码，并对各个模块进行单元测试.3. 性能测试: 我们将使用一系列的测试程序对设计进行性能测试，并进行性能分析.4. 优化和调试: 我们将根据测试结果对设计进行优化和调试.5. 文档撰写: 我们将撰写设计报告，详细记录设计过程和实现细节.第五部分：实验结果与讨论在设计完成后，我们将对设计进行一系列的性能测试，并对结果进行分析和讨论。
计算机组成原理课程设计
计算机组成原理课程设计
计算机组成原理课程设计
一、课程介绍
本课程主要介绍计算机组成原理，包括计算机的结构，功能，性能，介绍CPU，存储器，总线，输入/输出系统，及这些部件之间的工作关系。
二、课程目标
1. 学生能够认识计算机的概念、主要组成部分及功能。
2. 了解计算机基本工作原理，包括CPU，存储器，总线，输入/输出系统，以及这些部件之间的工作关系。
3. 掌握主要软件技术，包括汇编语言，编译语言，操作系统等。
三、内容安排
本课程包括以下主要内容：
1. 计算机基本概念：计算机的构成，计算机系统和计算机网络。
2. CPU：架构、指令集、运算法则和程序控制。
3. 存储器：存储器的类型、特性和性能。
4. 总线：总线的结构、架构及特点。
5. 输入输出系统：计算机系统的输入输出结构、设备接口、通信协议。
6. 汇编语言程序设计：汇编语言基本语法，程序编写及调试。
7. 编译语言程序设计：编译语言程序设计，程序语言、数据结构、程序编写及调试。
8. 操作系统程序设计：操作系统概念、基本功能结构，虚拟存储器，任务调度，工作管理，系统文件管理等。
四、课程评价
课程主要采用学习报告、小组讨论、实验报告等方式进行评价。
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）。
计算机组成原理课程设计3篇
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。
计算机组成原理课程设计-相联存储器的设计
检索寄存器
比较电路
屏蔽寄存器
结
果
寄
存储体
存
器
图 1 相联存储器原理图
1.2 设计思路
检索寄存器（CR）：存放要检索的数据，位数与存储器字长一致。 屏蔽寄存器（MR）：与 CR 配合使用，检索位置为 1，其余不参与比较的位 设为 0，位数与存储体字长一致，与存储体里的数据相与，得到的结果送入结果 寄存器保存。 存储体：由 3-8 译码器选择地址输入数据，是 8 乘 8 的结构。 结果寄存器：存放检索寄存器和屏蔽寄存器相与的结果。 若 存 储 体 存 的 八 个 存 储 单 元 分 别 存 着 数 据 为 ： 00100110 、 11011001 11110101、11000011、10010101、01100010、11000011、00101001，CR 中存储的 数据为 00010100，MR 存的数据是 00011100，经过比较可以发现第三个和第五个 存储单元符合 CR，所以输出 00101000,见图 2。
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2.2.1 检索寄存器的设计与实现
功能描述：检索寄存器的字长为 8 位，用于存放要检索的数据，本方案采用 一个 8 位的 D 触发器实现，如图 8。
比较器芯片 COMP8 如图 7 功能表见表 3。
图 7 比较器芯片 COMP8
表 3 比较器 COPM8 功能表
A[7：0]=B[7：0] A[7：0]!=B[7：0]
EQ=1 EQ=0
引脚锁定：根据引脚分配表，把顶层图形文件中的输入/输出信号依次安排到 Xilinx XCV200 芯片指定的因脚伤，实现芯片的引脚锁定，各信号及 Xilinx XCV200 芯片引脚对应关系如表 4。
1.1 设计原理 ............................................................................................................ 1 1.2 设计思路 ............................................................................................................ 2 1.3 设计环境 ............................................................................................................ 3
X X X 1 0 1 X X CR
0 0 0 1 1 1 0 0 MR
SRR
0 0 1 00110
0
1 1 0 11001
0
1 1
1 0 0 10101
1
0 1 1 00010
0
1 1 0 00011
0
0 0 1 01001
0
图 2 相联存储器工作原理图
1.3 设计环境
2.1.2 器件的选择与引脚锁定
器件的选择：由于提供的硬件设计环境是基于伟福 COP2000 型计算机组成原 理实验仪和 XCV200 实验板，因此采用目标芯片为 Xilinx XCV200 可编程逻辑芯 片。3-8 译码器芯片如图 5 所示，功能表见表 1。
A0 A1 A2
00
0
00
1
01
0
01
相联存储器内部 信号
I50 I51 I52 I53
表 4 芯片引脚对应图
XCV 芯片引脚 相联存储器内 部信号
P33
I4
P34
I0
P35
I1
P36
I2
XCV 芯片引脚
P213 P79 P80 P81
I54
P38
I3
P146
I55
P39
I8
P103
I56
P40
O10
P147
I57
P41
O11
P152
I60
P56
O12
P178
I61
P55
O13
P184
I62
P54
O14
P185
I63
P53
O15
P203
I64
P50
O16
P111
I65
P49
O17
P110
I66
P48
I72
P65
I67
P47
I73
P66
I70
P63
I74
P73
I71
P64
2.2 功能模块的设计与实现
本相联存储器是由检索寄存器、屏蔽寄存器、存储体、结果寄存器组成，各 部分元件均分别单独实现功能并仿真成功之后再将各部分模块进行连接，经整体 整合仿真成功后，完成了所需的电路实体。
参考文献附 录（源代码） ...................................................................................... 16
第 1 章 总体设计方案
1.1 设计原理
相联存储器不按地址寻址而按照内容寻址，相联存储器由检索寄存器 CR、 屏蔽寄存器 MR、存储体和结果寄存器 SRR 构成。设存储器有 8 个字，8 位，则 CR 与 MR 为 1 字 8 位，将要检索的内容输入到检索寄存器 CR 中，用屏蔽寄存器 MR 屏蔽掉存储体中不参与比较的位数，其余比较位不变，将这个结果与检索寄 存器比较，将结果送入结果寄存器保存，根据结果寄存器的数据可以得到符合检 索寄存器的数据所在的存储区域，原理如图 1。
1
10
0
10
1
11
0
11
1
XX
X
图 5 3-8 译码器芯片
表 1 3-8 译码器功能表
E
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
1
0 000 0 0 0 1
1
0 000 0 0 1 0
1
0 000 0 1 0 0
1
0 000 1 0 0 0
1
0 001 0 0 0 0
1
0 010 0 0 0 0
1
0 100 0 0 0 0
1
1 000 0 0 0 0
0
0 000 0 0 0 0
FD8CE 触发器如图 6 所示，功能表见表 2。
图 6 FD8CE 触发器芯片
表 2 FD8CE 触发器功能表
CE
CP
CLR
Q[7：0]
1
上升沿
0
Q[7：0]=D[7：0]
0
上升沿
0
不变
X
X
1
Q[7：0]=00H
本设计方案以原理图输入凡事设计出顶层方案图，以此实现相联存储器相关 的逻辑功能，在 XCV2000 可编程逻辑芯片上实现电路。在 Xilinx foundation f3.1 开发环境上设计好电路图，把输入/输出信号分别定位到 XCV2000 芯片指定的引 脚上，完成芯片的引脚锁定。
2.1.1 创建顶层图形设计文件
根据相联存储器的相关功能，顶层设计文件由以下器件组成：11 个 D 触发器 （FD8CE），1 个 3-8 译码器（D3-8E），8 个比较器（COMP8），30 个输入端口和 8 个输出端口封装而成的一个完整的设计实体。该方案在 Xilinx foundation f3.1 软件环境下进行软件的设计，实现顶层图形文件。
沈阳航空航天大学
课程设计报告
课程设计名称：计算机组成原理课程设计 课程设计题目：相联存储器的设计与实现
院（系）：计算机学院 专 业：物联网技术方向 班 级：物联1305 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期：2016年1月15日
目录
第1章 总体设计方案 .................................................................................................... 1
图 3 COP2000 计算机组成原理集成调试软件
EDA 环境：Xilinx foundation f3.1 设计软件、COP2000 仿真软件。Xilinx foundation f3.1 是 Xinlinx 公司的可编程器件开发工具，该平台功能强大，主要 用于百万逻辑门的设计。该系统由设计入口工具、设计实现工具、设计验证工具 三大部分组成。设计入口工具包括原理图编辑器、有限状态机编辑器、硬件描述 语言（HDL）编辑器、LogiBLOX 模块生成器、Xilinx 内核生成器等软件。其功 能是：接收各种图形或文字的设计输入，并最终生成网络表文件。设计实现工具 包括流程引擎、限制编辑器、基片规划器、FPGA 编辑器、FPGA 写入器等软件。
第2章 详细设计方案 .................................................................................................... 5
2.1 总体方案的设计与实现 ...................................................................................... 5 2.1.1 创建顶层图形设计文件 ..................................................................................... 5 2.1.2 器件的选择与引脚锁定 ..................................................................................... 5 2.2 功能模块的设计与实现 ...................................................................................... 8 2.2.1 检索寄存器的设计与实现 ................................................................................. 8 2.2.2 屏蔽寄存器的设计与实现 ................................................................................. 9 2.2.3 存储体的设计与实现 ......................................................................................... 9 2.2.4 比较器的设计与实现 ....................................................................................... 10 2.2.5与门芯片的设计与实现 ...................................................................................... 11