计算机组成原理课程设计(模型计算机的设计...
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
《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-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---复杂模型机的设计与实现
计算机组成原理课程设计一~复杂模型机的设计与实现课程设计2011 年 12 月设计题目 学生姓名学 号 专业班级 指导教师复杂模型机的设计与实现范加林20092697计算机科学与技术09-2郭骏一、课程设计目的与要求设计目的：本课程设计是《计算机组成原理》课程之后开设的实践环节课程。
通过本课程设计，使学生进一步加深对计算机原理系列课程相关内容的理解，掌握CPU设计的基本方法和计算机系统的组成原理，进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；锻炼计算机硬件的设计能力、调试能力；培养严谨的科学实验作风、良好的工程素质及团队协作精神，为今后的工作打下基础。
设计要求：基于计算机组成原理教学实验系统设计并实现一个具有16条机器指令、采用微程序控制器的8位计算机。
并根据设计课题要求，给出模型机的设计方案(包括指令系统和硬件结构)。
画岀所设计计算机的硬件连接图，针对所设计的指令系统编写出相应的微程序。
对所设计的计算机进行安装与调试。
编写测试程序, 对系统进行验证。
编写课程设计报告。
二、指令格式和指令系统(-)指令格式K数据格式模型机规定采用定点补码表示数据，且字长为8位，其格式如下:7 6 5 4 3 2 1 0符号尾数其中第7位为符号位, 数值表7K范是：W X<lo2、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9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:7 6 5 4 3 2 1 0OP-CODE Rs Rd其中，OPCODE为操作码，Rs为源寄存器,Rd为目的寄存器，并规定:Rs 或Rd选定的寄存器00R001R110R211R39条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见7-12-1o⑵访问指令及转移指令模型机设计2条访问指令，即存数(STA)、取数(LDA) , 2条转移指令，即无条件转移(JMP)、结果为零或有进位转移指令（BZC）,指令格式为:其中“00 M”为源码段，2OP-CODE为目的码段（LDA、STA指令使用）。
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-简单模型机设计课设
计算机组成原理-简单模型机设计课设在计算机科学领域中，计算机组成原理是一门重要的学科，涉及到计算机系统的各个组成部分和原理。
而在计算机组成原理的学习中，设计一个简单的模型机则是一项非常有益的任务。
本文将会以设计一个简单的模型机为主题，讨论其组成原理和实现技术。
一、引言通过设计一个简单的模型机，我们将能够更深入地理解计算机的工作原理和内部结构。
这个项目旨在模拟计算机的基本组成部分，并能够执行一些基本的指令。
二、模型机的组成1. 中央处理器 (Central Processing Unit, CPU)模型机的中央处理器是整个系统的核心，负责执行指令和控制其他部件的工作。
CPU由运算器、控制器和寄存器组成。
运算器负责进行算术逻辑运算，控制器负责解析和执行指令，而寄存器则用于保存中间结果和控制信息。
2. 存储器 (Memory)存储器是用于存储数据和指令的部件。
在这个简单的模型机中，我们可以使用随机存储器 (Random Access Memory, RAM)来实现。
RAM 能够以快速和随机的方式读写数据，供CPU使用。
3. 输入输出系统 (Input/Output System)为了能够与外部世界进行交互，模型机需要一个输入输出系统。
这可以包括键盘、显示器、磁盘驱动器等外部设备。
输入输出系统负责将数据从外部设备传输到存储器或CPU，并将结果从CPU传输到外部设备。
4. 总线系统 (Bus System)在模型机中，各个部件之间需要进行数据和指令的传输。
总线系统提供了这样的通信渠道，以便不同的部件可以相互通信和交换信息。
三、模型机的工作原理1. 指令的解析和执行当计算机接收到一个指令时，控制器首先进行解析，并确定需要执行的操作。
然后，将指令传递给运算器进行计算或者传送到存储器读取相应的数据。
2. 数据的读写在指令的执行过程中，模型机可能会需要从存储器中读取数据，或者将计算结果写入存储器。
这个过程需要通过总线系统进行数据的传输。
0813022057 施磊磊 计082班 计算机组成原理课程设计(模型计算机的设计与实现)
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082姓名施磊磊学号 **********指导教师顾晖日期 2011.1.10 ～ 2011.1.14一、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，经阿什计算机工作中“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。
二、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；（6）工作小结。
三、数据格式与指令系统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 2 1 02、指令格式本实验设计使用5条机器指令，其格式与功能说明如下：7 6 5 4 3 2 1 0INADDSTAOUTJMPIN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。
STA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寄存器中的内容存储到以第二个字为地址的内存单元中。
OUT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，其功能是将内存中以第二个字为地址的内存单元中的数据读出到数据总线，显示之。
JMP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，其功能是程序无条件转移到第二个字指定的内存单元地址。
计算机组成原理教学设计
计算机组成原理教学设计通电学院 12电信职本班刘玉婷 20122622一、教材内容分析学习计算机组成原理会为今后学习操作系统、编译原理、计算机体系结构、计算机网络、计算机容错、并行计算、分布式系统等课程打好基础，用层次结构的观点并以信息的加工、处理为主线研究计算机硬件结构及工作原理。
本书内容覆盖了教育部“高等学校计算机科学与技术专业规范”对本课程所列知识体系中的全部核心单元及部分选修单元。
既强调计算机的基本概念和基础知识，又注重与实际应用相结合，并注意反映当代的最新技术。
按横向方式组织课程实例，而不拘泥于某一种具体的机型，以减少局限性。
注意由浅入深、循序渐进，概念讲解清楚、通俗易懂。
二、学生分析本课程授课对象是电子专业的大三年级的学生，在此之前学生已学习过计算机基础等相关课程，而计算机组成原理是更深一步的对计算机的探讨，使学生掌握计算机硬件系统中各大部件的组成原理、逻辑实现、设计方法及互连构成整机的技术；培养学生对硬件系统的分析、设计、开发、使用和维护方面的能力，建立牢固的整机思想。
使学生学懂简单、完整的单台计算机的基本部件和整机系统组成，以及计算机部件连接关系和运行机理，了解计算机系统结构的入门性知识，掌握使用和简单维护计算机系统的基本技能。
三、教学目标设计（1）知识与技能介绍计算机组成原理的基本概念，包括计算机系统的基本组成和它的层次结构，计算机硬件系统的5个功能部件及其功能计算机硬件的主要的技术和性能指标计算机系统的体系结构、组成和实现概述计算机系统的发展、应用与分类。
（2）过程与方法通过课件演示、学生交流、师生交流、人机交流等形式，培养学生利用信息技术和概括表达的能力。
（3）情感与价值观培养学生的科学态度，激发学生的想象能力和探索精神，并激发学生主动学习的兴趣。
让学生在自主解决问题的过程中培养成就感，为今后学会自主学习打下良好的基础。
通过小组协作活动，培养学生合作学习的意识、竞争参与意识和研究探索的精神，从而调动学生的积极性，激发学生对学习计算机组成的兴趣。
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 教案
计算机组成原理教案教案名称：计算机组成原理教学目标：1. 了解计算机组成原理的基本概念和主要组成部分。
2. 理解计算机的工作原理和数据传输过程。
3. 掌握计算机的运算方式和存储原理。
4. 能够分析和设计简单的计算机系统。
教学内容和步骤：1. 引入：通过提问和展示计算机的外部和内部结构，激发学生对计算机组成原理的兴趣和好奇心。
2. 计算机组成原理概述：a. 计算机的定义和分类。
b. 计算机的主要组成部分和功能。
c. 冯·诺依曼体系结构和指令执行过程。
3. 存储器和存储原理：a. 存储器的分类和功能。
b. 主存储器和辅助存储器的区别和作用。
c. 存储器的工作原理和访问方式。
4. 运算器和运算方式：a. 运算器的功能和结构。
b. 运算器的算术运算和逻辑运算。
c. 运算器的运算速度和性能指标。
5. 控制器和指令执行过程：a. 控制器的功能和结构。
b. 指令的执行过程和流程控制。
c. 控制器和运算器之间的数据传输和配合方式。
6. 总线和数据传输：a. 总线的定义和分类。
b. 总线的数据传输方式和性能指标。
c. 总线的原理和设计要点。
7. 计算机系统设计案例分析：a. 结合实际案例，分析和设计简单的计算机系统。
8. 小结和练习：总结本节课的内容，布置相关练习题。
教学方法和手段：1. 讲授法：通过讲解和示意图，介绍计算机组成原理的基本概念和主要组成部分。
2. 讨论法：引导学生发表自己的理解和观点，促进学生之间的交流和讨论。
3. 实践法：组织学生进行相关的实验操作，加深对计算机组成原理的理解和掌握。
4. 案例分析法：通过具体的案例分析，帮助学生将理论知识应用到实际计算机系统的设计中。
5. 游戏和小组合作学习：组织学生参与相关游戏和小组合作学习，增强学生的学习兴趣和能力。
教学资源和评估方法：1. 教学资源：多媒体教学课件、教科书、实验室设备等。
2. 评估方法：课堂讨论参与度、课后练习题成绩、实验报告质量等。
计算机组成原理课程设计---——简单模型机的微程序设计
课程设计报告课程名称：计算机组成原理系别：姓名：班级：学号：成绩：指导教师：开课时间：20 -20 学年第学期一．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．具体要求置数指令 IN 置数开关SW（KD0～KD7）的状态→R0加法指令 ADD R0,，(addr)：(R0)+(addr)→（R0）存数指令 STA R0，（addr）：(R0)→（addr）输出指令 OUT （addr）：(addr)→输出设备"LED"跳转指令 JMP （addr）：addr→PC或指令OR RD，RS：(RS)或(RD)→(RD)新加法指令 NADD (addr1)，(addr2)：(addr1)加(addr2)→(RD)异或指令XOR (addr1)，(addr2)：(addr1)异或(addr2)→(RD)与指令AND RD，RS：(RS)与(RD)→(RD)求反指令 NOT RD：/(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及系统硬件组成各部件的功能及控制信号如下：运算器由算逻部件ALU（8位）、暂存器DR1、DR2及通用寄存器等组成。
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。
《计算机组成原理》教学模型机的设计与实现
充当简单的外设 。各控制信号都是断开的， 没有连接， 目的就是让学生 自己连接 ， 以完成演示性和验证性的 实验 ， 同时也为了让学生设计 出各式各样的整机电路。
本实验装置利用 了现有实验箱的单脉冲发生器 、 连续脉 冲发生器 （ 、 Ｈ） 电平检测器 、 电源电路和电平发 生器（ ０Ｋ ５ 。所有控制信号的高低 电平均可由开关 Ｋ ． １ 提供 。 Ｉ ． １） （ ０Ｋ ５
２ 运算执行部件和数据通路模块的设计与实现
如图 １ 所示 ， Ｄ 由Ｌ Ｅ数据指示器（ ０Ｂ 发光二极管）７ Ｌ １ １数据输入开关 Ｄ Ｐ 、４ Ｓ ７ 、４ Ｓ７ Ｂ －７ 、 Ｓ８ 、 ４ Ｉ３ ７Ｌ ３３７Ｌ ２３ 等器件组成。它能提供不同指令所要求的各种数据通路和 １至 ４ 个通用寄存器 。当虚线连通 时， 整机 内部
学生手动操作完成数据传输实验及运算功能验证实验 ， 还可作为整机 的执行部件。
图 １ 实验装置 系统原理图
３ 主存部件和读 写逻辑 电路模块 的设计与实现
存储器读写有 时序要求 。计算机大部 分的时间都在与存储器 打交道 。进行 一次存储器 的读写 ， 需要
Ｔ 、２Ｔ 、４ １Ｔ 、 ３Ｔ 这四个 Ｔ周期 ， 即一个 Ｃ Ｕ周期（ Ｐ 也称为机器周期 ） 。在对存储器读写的过程中要随时注意 当前所处的状态 ， 否则不能正常进行读写操作。电路的工作原理是在 １ 以前要给地址锁存器 Ａ Ｒ准备好地
收稿 日期：０ ７ １ 一 ７ ２０ — Ｏ ２ 作者简介： 明海（ ９ ３ ， ， 梁 １ ６ 一） 男 汉族 广西扶绥人 ， 广西工学院计算机工程系讲１ 卷 ８
片 ７Ｌ １１ ４ Ｓ ８ 组成Ｅ 。它的运算对象是挂在总线上的两个暂存器 Ｄ １ Ｄ ２． ４ Ｓ ８ 的具体运算功能由 ¨ Ｒ 和 Ｒ ７Ｌ １１ 控制信号 ￥ Ｓ Ｓ Ｓ 和 Ｍ、 Ｎ决定。它的逻辑功能表参见有关的教材［ 。运算器的进位输出被保存在标志 ３ ２ １０ Ｃ ¨ 寄存器中， 可供操作控制器使用。如果学生所设计的整机不需要实现所有的运算功能， 只需实现几种常用的 算术和逻辑运算 ， 那么某些控制信号也可以接到固定电位上 ， 不必加以控制。本 电路模块可单独使用 ， 支持
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。
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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
姓名
学号
指导教师
日期 2010.1.4 ～ 2010.1.8
一、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，经阿什计算机工作中“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。
二、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；
（6）工作小结。
三、数据格式与指令系统
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 2 1 0
2、指令格式
本实验设计使用5条机器指令，其格式与功能说明如下：
7 6 5 4 3 2 1 0
IN
ADD
STA
OUT
JMP
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。
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。
STA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寄存器中的内容存储到以第二个字为地址的内存单元中。
OUT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，其功能是将内存中以第二个字为地址的内存单元中的数据读出到数据总线，显示之。
JMP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，其功能是程序无条件转移到第二个字指定的内存单元地址。
四、设计原理与电路图
（1）总框图：
（2）微程序控制器的逻辑图：
（3）电路图：
a、时序发生器：
b、微程序控制器：
c、数据通路：
五、微程序流程图、代码表
（1）微程序流程图
（3）代码表：
（1）测试结果（波形图）：
（2）主要问题和解决办法：
1、在所有模块设计完毕开始进行编译时，提示“IR ”输入端缺少信号，经检查发现是因为此模型计算机为单总线结构，输入信号和输出信号均通过该总线进行传输，故产生了冲突，使信号不能到达“IR ”，后在存储器RAM 后添加一个“74244”模块，使信号在进入总线进行传输前先通过“74244”进行一个缓冲，同时“74244”也有三态门的作用，从而使得总线上无信号冲突，“IR ”无输入信号的问题得以解决。
2、总线的命名如果不准确的话也会导致编译不能成功，这也是在验收时编译失败的原因
七、设计总结与体会
本次课程设计的目的是设计出一台可执行五条指令的模拟计算机，主要的设计工作在于微程序控制器的设计上，需利用地址转移逻辑来实现指令的跳转，从而使其能执行完所有的指令。
通过这次实践，充分认识到知识的综合运用的重要性，而且任何一个不严谨的地方都有可能导致错误，同时这次实践使自己对计算机的工作原理有了一个系统的认识，也为以后专业课的学习打下了基础。