山东大学计算机组成原理课程设计原理图
山东大学计算机组成原理计算机原理分解实验(1)
计算机原理分解实验分解实验是为原理实验中的整机实验而进行的准备工作，从逻辑功能上讲每个实验都可以是与整机实验有关的一部分，各分解实验都能构成一个独立的逻辑功能，每个实验的逻辑规模都可以控制在实验台的限制之内。
学生通过这些分解实验可以可以掌握计算机各个组成部分的工作原理，积累一些实验经验和技巧，同时熟悉一些中、小规模器件的使用方法和性能，提高逻辑设计的能力。
这样在进行逻辑规模较大的整机实验时，学生们就不会感到束手无策。
TEC-5实验箱数字逻辑和数字系统实验区简介这部分为用户提供了通用的数字逻辑和数字系统实验平台。
它主要包括下列部分：1）实验台左半部的10个双列直插插座；2）ISP1032在线系统编程芯片及下载插座；3）6个数码管及其驱动电路；4）2个数据指示灯；5）小喇叭及其驱动电路；6）16个电平拨动开关；7）2个单脉冲按钮。
1．10个双列直插插座这一部分在实验台的左上部，实验时用于插中、小规模数字逻辑器件。
注意：插座的电源和地都没有连接。
（需做实验时同学先行连接）2．ispLSI1032 （In-System Programmable High Density PLD）在系统可编程高密度可编程逻辑器件它位于实验台的左下部，用于设计并实现复杂的数字逻辑或数字系统电路。
它有1个下载插座，下载时下载电缆的一端插在下载插座上，另一端插在PC机并行口上，下载电缆将PC机和ispLSI1032连在一起。
在PC机上运行ispEXPERT工具软件，输入数字逻辑或数字系统的设计方案，进行编译、连接和适配，然后下载到ispLSI1032中去，就构成了1个新的能实现设计功能的器件。
数字逻辑和数字系统中的综合实验，就是用ispLSI1032实现的。
3．六个数码管及其驱动电路。
为了能做较复杂的实验，比如电子时钟和数字频率计等实验，实验台上安装了6个共阳极数码管。
六个数码管位于实验台的上部中间。
右边5个数码管各由一片BCD七段译码器/驱动器74LS47驱动。
计算机组成原理
1.3 计算机的基本组成
1.3.1冯.诺依曼计算机的特点
1. “存储程序”的概念: • 指令和数据均以二进制码表示。 • 指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码 用来表示操作数所在存储器的位臵。 • 指令在存储器内按顺序存放。通常，指令是顺序执行的，在特定条 件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。 控制器 冯．诺依曼对计算机界的最大贡献是： 主存区 PC 首次提出并实现了“存储程序”概念。 译码器 +1 本书主要介绍冯．诺依曼 读指令 程序(指令)区 结构计算机的组成。 ︾ ︾ 操作码 操作数地址
1.3.4 计算机的工作过程
3.指令的执行 指令规定的内容是通过控制器执行的。 ⑴ 控制器的功能 ① 定序功能——保证按程序规定的顺序执行指令。 ② 定时功能——控制器为各部件提供统一节拍，使各 条指令及组成每条指令的基本操作（称为微操作） 都严格地按规定的时间有条不紊地自动执行。 ③ 操作控制功能——控制器应能按照指令规定的内容， 在相应的节拍向有关部件发出操作控制信号。
操作系统 硬件
计算机 系统
互 补
系统软件
语言处理 程序 工具软件
软件
文字处理 数据处理
应用软件
程序
+
文档
计算机辅助 软件
……
计算机系统的软件分类
应用软件和工具软件三大类。
1.1.2 计算机系统的层次结构
1．虚拟机（Virtual Machine）的概念
应用语言虚拟机M5（应用语言）用应用语言编写 的应用语言程序经应用程序包翻译成高级语言 翻译(应用软件包)
硬件直接执行
计算机系统的层次结构图
2.虚拟机的层次结构
从语言的角度来划分计算机系统的层次结构，那么 虚拟机可分成如图1-2所示的操作系统虚拟机、汇编语言 虚拟机、高级语言虚拟机和应用程序虚拟机等层次。 虚拟机概念的引入，推动了计算机体系结构的发展。 由于从各层次的虚拟机可方便地识别相应层次的计算机 语言，从而摆脱了这些语言必须在同一台机器上执行的 情况，为日后的多处理机系统、分布式处理系统、计算 机网络、并行计算机系统等新颖计算机体系结构的出现 夯实了基础。 虚拟计算机 广义语言 本书讨论的范围 控制信息 仅局限于传统机器M1和 观察者 解释器 作用对象 微程序机器M0的组成原理 状态信息 和设计思想。
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。
5
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
2024版计算机组成原理ppt课件
计算机的定义与发展计算机的定义计算机的发展计算机经历了从机械计算机、电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机到超大规模集成电路计算机的五个发展阶段。
包括中央处理器、存储器、输入输出设备等，是计算机的物理基础。
硬件系统包括系统软件和应用软件，是计算机的功能基础。
软件系统是计算机处理的对象，包括数字、文字、图像、音频和视频等。
数据计算机系统的组成计算机的工作原理存储程序原理01二进制原理02指令周期原理03数制与编码数制的基本概念奇偶校验编码方式逻辑代数基础逻辑变量与逻辑函数示方法。
逻辑代数的基本公式和定理逻辑运算逻辑门电路基本逻辑门电路介绍与门、或门、非门等基本逻辑门电路的工作原理及实现方法。
复合逻辑门电路讲解与非门、或非门、异或门等复合逻辑门电路的工作原理及实现方法。
逻辑门电路的应用阐述逻辑门电路在组合逻辑电路和时序逻辑电路中的应用。
数值数据的表示定点数表示法浮点数表示法原码、反码和补码非数值数据的表示ASCII码汉字编码Unicode编码数据校验方法奇偶校验通过在数据位后面添加一位校验位，使得整个数据中1的个数为偶数（偶校验）或奇数（奇校验）。
海明校验通过在数据位中插入多个校验位，利用这些校验位来检测和纠正一位或多位的错误。
循环冗余校验（CRC）通过对待发送的数据进行多项式计算，生成一个校验码附加在数据后面，接收方通过同样的多项式计算来验证数据的正确性。
定点数的表示方法定点数的加减运算定点数的乘除运算浮点数的表示方法浮点数的加减运算浮点数的乘除运算对阶、尾数加减、规格化、舍入处理阶码加减、尾数乘除、规格化与舍入处理IEEE 754标准（单精度、双精度）运算器的组成与设计运算器的基本结构运算器的设计原则运算器的实现技术运算器的性能指标01指令格式02寻址方式03指令周期指令格式与寻址方式概述指令的寻址过程与数据传送方式指令的寻址过程数据传送方式数据传送过程立即寻址操作数就在指令中，紧跟在操作码后面，作为指令一部分存放在内存的代码段中，该操作数为立即数，这种寻址方式称为立即寻址方式。
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⒍性能价格比C/S
C是指存储器价格： S是存储器的总容量。
4.1.4存储器系统的层次结构 存储大量数据的传统办法是采用如图4-3所示的层次存储结构。
⑴Cache-M•M层次 ⑵M•M-A•M层次
4.2 半导体存储器
半导体读写存储器简称RWM，也称为RAM。具有体积小、速度 快等到优点，按不同 的工艺半导体RAM分为双极型和MOS型 RAM两大类，主要介绍MOS型RAM。
4.2.1 半导体存储器的分类
1
1.RAM
由于随机存取存储器可读可写， 有时它们又被称为可读写存储器。 随机存取存储器分为三类：静态 RAM、动态RAM和非易失性RAM
4.1.3 存储器的主要性能指标
⒈存储容量S
存储容量：主存所能容纳的二进制信息总量。 对于字编址的计算机以字数与字长的乘积来表示容量。 例：某计算机的容量为64K16，表示它有64K个字，字长为16位。 若用字节表示，则可记为128KB。 1K=210=1024 1M=210K=220=1 048 576 1G= 210M=220K=230=1 073 741 824 1T=210G= 220M=230K=240=1 099 511 627 776
Ⅱ 是存储容量逐渐增大。
寄存器有128个字节就很合适； 高速缓存可以是几MB； 主存储器பைடு நூலகம்几十MB到数千MB之间； 磁盘的容量应该是几GB到几十GB； 磁带和光盘一般脱机存放，其容量只受限于用户的预算。
Ⅲ C/S即存储每位的价格逐渐减小。 主存的价格应该是每兆(M)字节几个美元， 磁盘的价格是每兆(M)字节几个美分， 磁带的价格是每吉(G)字节几个美元或更低一些。
计算机组成原理课程设计ppt课件
B-DA1--B-SP SR-B--SP-B J1– J5 M-W– CyNCn S3-S0 M Ci
7位 6位
7位
7位
7位
BTO
OTB
FUNC FS=1
FUNC FS=0
3位
3位
3位
M 23- M 21
M 20- M 18
3位
M 17- M 15
M 14
M 13- M 8
微
Q16-Q0 微 指 令 寄 存 器 µI R （ 1 7 位 ） C L R
H
08H
1
H 01H
控制台操作
KBKA=10
00H J3 散 转
08H KBKA=01
09H PC→ AR,
PC+1
0CH RAM→ DA1
0DH 0→ AR
0EH DA1→ LED
0AH 0→ AR
0FH IN→ DA1
1CH PC→ AR,
PC+1 1DH
DA1→ RAM
KBKA=00 0BH
01H
A6- A 0
WE
7位 三 态 缓 冲 器 E
7位 微地 址显 示灯
7位
MA6-MA0
Q6-Q0 微 地 址 锁 存 器 OE
D6-D0 CLK
MAK6-MAK0
MA6-MA0
T1 总 控 单 元
CLR开 关
② 微地址锁存器µAR
❖ µAR由一片74LS374（8位锁存器）构成，用 于锁存手动操作时由开关拨入的微地址 MA6～MA0，并提供给控存。
❖ 微指令译码器由两片74LS138和两片GAL芯 片组成，其功能是根据微指令的格式及各字 段的定义，将µIR送来的编码字段进行译码， 产生全机所需要的各种微操作控制信号，以 实现该条微指令功能。
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---简单计算机系统设计与实现.doc
南昌大学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：简单计算机系统设计与实现专业：计算机科学与技术班级：1012*名：**学号：12指导老师：**设计时间：2012年4月9日~ 2012年4月13日目录《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 (4)4.1 需求分析 (6)4.2功能分析 (6)4.3所用器件分析 (7)4.4测试步骤 (11)5.实验结果 (12)6. 课程设计问题及解决方案 (13)7.心得体会 (14)8.参考文献 (15)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。
3实验任务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。
4设计过程4.1 需求分析在本次课程设计中，我们需要根据计算机的各个部件先画出简单的框图和总体设计的框图，然后在框图的基础上选择适当的芯片实现各自的功能，在这次计算机系统设计中，主要是先实现运算器部分，保证运算的正确性，然后设计存储部分。
4.1.1.简单框图如下：：4.1.2.总体设计框图如下：4.2 功能分析在这个计算机系统中，运用了计算机所能识别的二进制形式进行简单加减运算，实现将二进制程序存入内存的芯片中，然后开始执行检测，通过开关输入数据，并给其地址，存入存储器中，再输入第二个数时，同样存入存储器，经调试LED显示运算结果也保存入存储器中。
山东大学软件学院计算机组成原理课程设计整机实验（1）
⼭东⼤学软件学院计算机组成原理课程设计整机实验（1）⽂章⽬录⼀、实验时间2021年4⽉29⽇星期四，第9周2021年5⽉6⽇星期四，第10周整机实验总共四次，由于第⼀次实验出现问题，没做出来，第⼆次实验成功了，因此这次的博客包含了第⼀次和第⼆次整机实验的内容⼆、实验要求前两次整机实验的主要⽬的是完成⽼师要求的整机实验的基本功能基本功能如下1.设计基本指令系统，包含以下⼏个机器指令LOAD Ri AD：取数指令，指令长度为两字节，（AD）–> Ri，AD为操作数在内存中的地址，根据AD取得操作数，打⼊Ri STORE Ri AD：存数指令，指令长度为两字节，将Ri的值存⼊内存中（地址为AD）ADD Ri，Rj：加法指令，指令长度为⼀字节，Ri+Rj->Rj，将Ri和Rj中保存的数求和，存⼊Rj中HALT：停机指令，指令长度为⼀字节，实现停机功能2.模型机的基本结构为单总线，根据模型机框架图画出具体的电路图具体的结构框架图参考⽼师ppt⾥的这个图注意，千万不要参考例⼦⾥的图3.在保存两数相加的结果时，也要保存相应的状态位C：反映⽆符号数的运算是否产⽣进位。
运算结果的最⾼有效位向更⾼位进位或者借位，C置1，否则置0 V：反映有符号数的运算是否溢出。
运算结果超过了规定字长有符号数的表⽰范围，V置1，否则置0 N：反映运算结果的符号。
运算结果为负，N置1，否则置0。
Z：判断结果是否为0。
运算结果0，Z置1，否则置0。
其实有符号数和⽆符号数不⽤区分得太清楚，可以全部当成有符号数来算4.基本要求注意以下⼏点1. 要求必须使⽤连续脉冲，程序执⾏结束后⾃动停机2. 总共4条机器指令，其中LOAD和STORE指令为双字长，ADD和HALT指令为单字长3. LOAD指令取操作数采⽤的是直接寻址的⽅式，⽽不是⽼师⽰例⾥给的⽴即寻址三、整机实验基本思路3.1 前序知识在进⾏整机实验之前，由于涉及机器指令和微指令，⽐较复杂，因此⼀开始的时候我没弄清楚思路。