东北大学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
《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。
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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。
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电子信息学院计算机组成原理课程设计姓名：班级：学号：指导老师：二〇一四年五月二十八目录第一章课设任务概述 (1)1.1课设目的 (1)1.2课设任务 (1)第二章设计原理 (3)2.1指令的执行流程 (3)2.1.1”异或”指令 (3)2.1.2”读取”指令 (3)2.1.3”STA”指令 (4)2.2存储器 (4)2.3运算器 (5)2.3.1指令系统 (5)2.3.2逻辑框图 (6)2.3.3微程序设计流程图 (6)2.4硬件系统组成 (7)2.4.1认识 (7)2.4.2全加器 (9)2.4.3补码加减法 (9)2.5模拟机综合实验 (10)2.5.1取反移位实验 (10)2.5.2转移实验 (14)第三章设计内容 (14)3.1指令系统 (14)3.1.1”异或”指令 (14)3.1.2”读取”指令 (14)3.1.3”STA”指令 (15)3.2存储器 (15)3.3运算器 (17)3.4存储器 (17)3.4.1全加器 (17)3.4.2补码加减法 (18)3.5模拟机综合实验 (19)3.5.1移位取反实验 (19)3.5.2转移实验 (20)第四章个人总结 (22)4.1主要结论 (22)4.2对实训的认识 (22)第五章参考文献 (23)第一章课设任务概述1.1课设目的通过两个星期的实训，我们要完成五个题目的任务。
主要是要对于计算机的核心CPU打到一定高度的认识。
通过这段时间的掌握，主要学习计算机基本构造以及微观操作。
对指令的内部的执行与设计有一个初步的掌握。
对计算机组成原理有更为深刻的了解。
通过课程设计，掌握计算机硬件的基本工作原理，并能利用所学知识，完成课设内容。
理解计算机基本构造以及微观操作。
对指令在计算机内部的执行过程进行深入了解，掌握存储器中的地址变换等。
1.2 课设任务1、参考给出的或者课本上的计算机的硬件组成，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。
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**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专业班级学生姓名学号指导教师日期2012-6-21一、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，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二、设计任务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。
三、设计内容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 12．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。
数据通路图一旦确定，指令流与数据流的通路也就确定了。
图1中各功能器件上标注的控制点及控制信号，就是微程序控制器设计的依据。
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计算机组成原理课程设计报告班级：班姓名：学号：完成时间：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：①总体概述：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，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。
而在组合逻辑控制方式中，按时序用指令码产生相应的控制位。
在本模型机中，一条指令最多分四个状态周期，一个状态周期为一个时钟脉冲，每个状态周期产生不同的控制逻辑，实现模型机的各种功能。
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二〇一一年月日
目录
第一章实训任务概述 (1)
1.1实训目的 (1)
1.2 实训任务 (1)
第二章设计内容 (2)
第三章图表格式 (3)
3.1 图表格式 (3)
第四章个人总结 (4)
4.1 主要结论 (4)
4.2 对实训的认识 (4)
参考文献 (5)
致谢 (6)
第一章实训任务概述
1.1实训目的
通过实训，掌握计算机系统软硬件维护的方法，并能利用所学知识，完成实训内容。
1.2 实训任务
第二章设计内容
第三章图表格式3.1 图表格式
图2-1 论文页面设置图
表2-1 高频感应加热的基本参数
第四章个人总结4.1 主要结论
本文主要……
4.2 对实训的认识
通过本次实训，我学到了……
参考文献
[1] 彭革新，谢胜利，张剑．战术Ad Hoc网络研究[Ｊ]．现代军事通信，1999：751-755
致谢本文需要感谢……。
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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。
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计算机组成原理课程设计报告一、引言计算机组成原理是计算机科学与技术专业的重要课程之一，通过学习该课程，我们可以深入了解计算机的硬件组成和工作原理。
本次课程设计旨在通过设计一个简单的计算机系统，加深对计算机组成原理的理解，并实践所学知识。
二、设计目标本次课程设计的目标是设计一个基于冯·诺依曼体系结构的简单计算机系统，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。
通过该设计，我们可以掌握计算机系统的基本组成和工作原理，加深对计算机组成原理的理解。
三、设计方案1. CPU设计1.1 硬件设计CPU由控制单元和算术逻辑单元组成。
控制单元负责指令的解码和执行，算术逻辑单元负责算术和逻辑运算。
1.2 指令设计设计一套简单的指令集，包括算术运算指令、逻辑运算指令、数据传输指令等。
1.3 寄存器设计设计一组通用寄存器，用于存储数据和地址。
2. 存储器设计2.1 主存储器设计一块主存储器，用于存储指令和数据。
2.2 辅助存储器设计一个简单的辅助存储器，用于存储大容量的数据。
3. 输入输出设备设计3.1 键盘输入设备设计一个键盘输入设备，用于接收用户的输入。
3.2 显示器输出设备设计一个显示器输出设备，用于显示计算结果。
四、实施步骤1. CPU实现1.1 根据CPU的硬件设计，搭建电路原型。
1.2 编写控制单元的逻辑电路代码。
1.3 编写算术逻辑单元的逻辑电路代码。
1.4 进行仿真验证，确保电路的正确性。
2. 存储器实现2.1 设计主存储器的存储单元。
2.2 设计辅助存储器的存储单元。
2.3 编写存储器的读写操作代码。
2.4 进行存储器的功能测试，确保读写操作的正确性。
3. 输入输出设备实现3.1 设计键盘输入设备的接口电路。
3.2 设计显示器输出设备的接口电路。
3.3 编写输入输出设备的读写操作代码。
3.4 进行输入输出设备的功能测试，确保读写操作的正确性。
五、实验结果与分析通过对CPU、存储器和输入输出设备的实现，我们成功设计了一个基于冯·诺依曼体系结构的简单计算机系统。
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本科生课程设计带移位运算的模型机的设计与实现课程名称《计算机组成原理》学生姓名XXX学生学号所在专业计算机科学与技术所在班级完成时间2010/6/29指导教师职称成绩一、课程设计题目：带移位运算的模型机的设计与实现二、课程设计目的：综合运用计算机知识，设计并实现较为完整的模型计算机。
三、实验设备：TDN-CM计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。
四、课程设计步骤1、设计目标证明RL（左环移）指令完成后实现的是原始数据的增大两倍；2、确定指令系统本实验采用九条指令实现证明RL（左环移）指令完成后实现的是原始数据的增大两倍：IN（输入）RLC（带进位的左移）ADD（二进制加法）STA （存数）OUT（输出）JMP（无条件转移）等其中IN为单字长（8位），其余为双字长指令。
为了向RAM中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，还必须设计三个控制台操作微程序。
存储器读操作（KRD）：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB，SWA 为“0 0”时，按START微动开关，可对RAM连续手动读操作。
存储器写操作（KWE）：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB，SWA 为“0 1”时，按START微动开关可对RAM进行连续手动写入。
启动程序：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB，SWA为“1 1”时，按START微动开关，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行。
上述三条控制台指令用两个开关SWB，SWA的状态来设置，其定义如下：SWB SWA 控制台指令0 0 读内存（KRD)0 1 写内存（KWE)1 1 启动程序（RP)下面为需要设计指令及使用的寻址方式和说明。
地址（二进制）内容（二进制）助记符说明01000000 00000000 IN DATA UNIT输入数据01000000到R0寄存器01000001 10000000 RLC 实现带进位的左循环01000010 00100000 STA[50H] 将R0寄存器的内容存到[50H]内存单元01000011 01010000 STA操作地址[50H]内存单元01000100 00110000 OUT[50H] 将[50H]内存单元的内容输入到数据总线上驱动地址灯显示带进位左移后的结果01000101 01010000 OUT操作地址[50H]内存单元01000110 00000000 IN DATA UNIT输入数据01000000到R0寄存器01000111 00010000 ADD[4FH] 将R0寄存器的内容加上[4FH]内存单元再送还回R0寄存器01001000 01001111 ADD操作地址[4FH]内存单元01001001 00100000 STA[51H] 将R0寄存器的内容存到[51H]内存单元01001010 01010001 STA操作地址[51H]内存单元01001011 00110000 OUT[51H] 将[51H]内存单元的内容输入到数据总线上驱动地址灯显示相加后的结果01001100 01010001 OUT操作地址[51H]内存单元01001101 01000000 JMP[40H] 结束转移回开始地址单元01001110 01000000 JMP操作地址[40H]内存单元01001111 01000000 存取内容DATA UNIT输入内容相同的数01010000 等待存取数据的内存单元01010001 等待存取数据的内存单元根据以上要求确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型。
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计算机组成原理课程设计报告班级：计算机XX 班姓名：XX 学号：XXX完成时间：2017.1.6一、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．硬件页脚内容1COP2000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模型机的指令为8位，根据操作的内容，可以有0到2个操作数。
每个操作数支持5种寻址方式，包括累加器A寻址，寄存器R0~R3寻址，寄存器R0~R3间接寻址，内存直接寻址以及立即数寻址。
COP2000模型机指令的最低两位(IR0和IR1)用来寻址R0~R3四个寄存器；IR2和IR3与ELP微控制信号，Cy和Z两个程序状态信号配合，控制PC的置数即程序的转移。
各种转移的条件判断逻辑如下所示：PC 置数逻辑当ELP=1时，不允许PC被预置当ELP=0时当IR3=1时，无论Cy和Z什么状态，PC被预置当IR3=0时若IR2=0，则当Cy=1时PC被预置页脚内容2若IR2=1，则当Z=1时PC被预置本模型机时序控制采用不定长机器周期的同步控制方式，一条指令最多分四个节拍。
系统提供的默认指令系统包括以下7类指令：该模型机微指令系统的特点（包括其微指令格式的说明等）：COP2000 模型机的微指令字长为24 位，全部为操作控制部分，不含顺序控制字段。
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计算机组成原理课程设计报告班级：计算机________ 班姓名： _________ 学号:完成时间：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：1. 模型机总体结构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。
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，用指令码作为微地址来寻址微程序存储器，找到执行该指令的微程序。
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**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专业班级学生姓名学号指导教师日期一、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，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二、设计任务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。
三、设计内容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 12．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：INADDSTAOUTJMPIN8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。
数据通路图一旦确定，指令流与数据流的通路也就确定了。
图1中各功能器件上标注的控制点及控制信号，就是微程序控制器设计的依据。
微指令格式建议采用水平型微指令格式，后继微地址采用断定方式。
计算机组成原理课程设计的实验报告
计算机组成原理课程设计的实验报告实验报告：计算机组成原理课程设计摘要：本实验报告旨在介绍计算机组成原理课程设计的实验过程和结果。
该实验旨在深入理解计算机的组成和工作原理，并通过设计和实现一个简单的计算机系统来加深对计算机组成原理的理解。
本实验报告将包括实验的目的、实验环境、实验步骤、实验结果以及实验的分析和讨论。
1. 实验目的：本实验的目的是通过设计和实现一个简单的计算机系统，加深对计算机组成原理的理解。
具体目标包括：- 理解计算机的基本组成和工作原理；- 掌握计算机硬件的设计和实现方法；- 学习使用计算机组成原理相关的软件工具。
2. 实验环境：本实验所需的硬件和软件环境如下：- 硬件环境：一台支持计算机组成原理课程设计的计算机；- 软件环境：计算机组成原理相关的软件工具，如Xilinx ISE、ModelSim等。
3. 实验步骤：本实验的步骤主要包括以下几个部分：3.1 系统需求分析在设计计算机系统之前，首先需要明确系统的需求和功能。
根据实验要求，我们需要设计一个简单的计算机系统，包括指令集、寄存器、运算单元等。
3.2 系统设计根据系统需求分析的结果，进行系统设计。
设计包括指令集的设计、寄存器的设计、运算单元的设计等。
3.3 系统实现在系统设计完成后，需要进行系统的实现。
具体步骤包括使用硬件描述语言（如VHDL）进行电路设计，使用Xilinx ISE进行逻辑综合和布局布线，最终生成bit文件。
3.4 系统测试在系统实现完成后，需要进行系统的测试。
测试包括功能测试和性能测试。
功能测试主要是验证系统是否按照设计要求正常工作；性能测试主要是测试系统的性能指标，如运行速度、吞吐量等。
4. 实验结果：经过实验，我们成功设计和实现了一个简单的计算机系统。
该系统具有以下特点：- 指令集：支持基本的算术运算和逻辑运算；- 寄存器：包括通用寄存器、程序计数器、指令寄存器等；- 运算单元：包括算术逻辑单元（ALU）和控制单元。
东北大学计算机组成原理课程设计
计算机组成原理课程设计报告班级：09计算机04班姓名：学号：完成时间：2012年1月4日星期三一、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①总体概述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报告
计算机组成原理课程设计报告――带移位运算功能的模型机设计与实现一、实验目的1.熟悉用微程序控制器控制模型机的数据通路。
2.学习设计与调试计算机的基本步骤及方法。
二、实验设备CCT－IV计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。
三、实验内容1.实验原理本实验在基本模型机的基础上搭接移位控制电路，实现移位控制运算。
本实验采用五条机器指令:IN(输入),ADD(进制加法),STA(存数),OUT输出),JMP(转移)。
其中IN为单字长(8位),其余为双字节长指令,XXXXXXXX为ADDR对应的二进制地址码。
为了向RAM中装入程序和数据,检查写入是否正确,并能启动程序执行,还必须设计三控制台操作微程序。
存储器读操作:拨动总清开关CLR后,控制台开关SWB,SWA为"00"时,按下START微动开关,可对RAM连续手动读操作。
存储器写操作:拨动总清开关CLR后,控制台开关SWB,SWA为"01"时,按下START微动关,可对RAM连续手动写操作。
启动程序:拨动总清开关CLR后,控制台开关SWB,SWA为"11",按下START微动开关,即可转入到第01号"取址"微程序,启动程序运行。
实验中新增4条移位运算指令：RL（左环移）、RLC（带进位左环移）、RR （右环移）、RRC（带进位右环移），其指令格式如下：助记符操作码RR 01010000RRC 01100000RL 01110000RLC 10000000以上4条指令都为单字长（8位）。
RR为将R0寄存器中的内容循环右移一位。
RRC为将R0寄存器中的内容带进位右移一位，它将R0寄存器中数据右边第一位移入进位，同时将进位寄存器的数移至R0寄存器的最左位。
RL为将R0寄存器中的数据循环左移一位。
RLC为将R0寄存器中的数据带进位循环左移一位。
为了向RAM中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，还必须设计三个控制台操作程序。
《计算机组成原理》课程设计报告
7.连接实验线路…………………………………………………………………..12
8.运行与调试……………………………………………………………………..13
五总结…………………………………………………………………………………………….13
六参考文献…………………………………………………………………………………………15
OUT addr
0011 0000 XXXX XXXX
[addr] -> LED
JMP addr
0100 0000 XXXX XXXX
[addr] -> PC
4
（1）微指令格式
微指令字长共24位，其控制位顺序如下表所示：
A字段
B字段
C字段
15
14
13
选择
12
11
10
选择
9
8
7
选择
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
110
110
000110
0B
0
0
0
0
0
0
0
1
1
110
110
110
011000
0C
0
0
0
0
0
0
0
1
1
110
110
110
001101
0D
0
0
0
0
0
0
0
0
1
101
000
110
000001
18
0
0
计算机组成原理(毕业设计报告)
《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CYP1 接 A0P2 接 A7CA、CC、RCP、CI 接ΦS3～S0 接 M23~M20Cn 接M19M 接M18CG 接M11OB 接M8OT 接 M10CT 接＋5VRR 接M1A 接 I0B 接 I1P+1 接M6GI 接 M7CK 接ΦCLR 接＋5VOI 接M15B1、B3 接RFKA 接IAB0PA 接 IAB1DR 接 M5MLD 接 M4MP+1 接 +5VMCLR 接 ROMCLK 接POMIG 接地MD10～MD6 接地MD5 接 I7MD4 接 I6MD3 接 I5MD2 接 I2MD1～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。
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计算机组成原理课程设计报告
班级：09计算机04班：学号：
完成时间： 2012年1月4日星期三
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
①总体概述
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。
而在组合逻辑控制方式中，按时序用指令码产生相应的控制位。
在本模型机中，一条指令最多分四个状态周期，一个状态周期为一个时钟脉冲，每个状态周期产生不同的控制逻辑，实现模型机的各种功能。
模型机有24位控制位以控制寄存器的输入、输出，选择运算器的运算功能，存储器的读写。
模型机的缺省的指令集分几大类：算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令、数据传输指令、跳转指令、中断返回指令、输入/输出指令。
②模型机的寻址方式
表1 模型机的寻址方式
（2）该模型机微指令系统的特点（包括其微指令格式的说明等）：
①总体概述
该模型机的微命令是以直接表示法进行编码的，其特点是操作控制字段中的每一位代表一个微命令。
这种方法的优点是简单直观，其输出直接用于控制。
缺点是微指令字较长，因而使控制存储器容量较大。
②微指令格式的说明
模型机有24位控制位以控制寄存器的输入、输出，选择运算器的运算功能，存储器的读写。
微程序控制器由微程序给出24位控制信号，而微程序的地址又是由指令码提供的，
也就是说24位控制信号是由指令码确定的。
该模型机的微指令的长度为24位，其中微指令中只含有微命令字段，没有微地址字段。
其中微命令字段采用直接按位的表示法，哪位为0，表示选中该微操作，而微程序的地址则由指令码指定。
这24位操作控制信号的功能如表2所示：（按控制信号从左到右的顺序依次说明）
COP2000中有7个寄存器可以向数据总线输出数据, 但在某一特定时刻只能有一个寄存器输出数据. 由X2,X1,X0决定那一个寄存器输出数据。
COP2000中的运算器由一片EPLD实现. 有8种运算, 通过S2,S1,S0来选择。
运算数据由寄存器A及寄存器W给出, 运算结果输出到直通门D。
2。
计算机中实现乘法和除法的原理
（1）无符号乘法
（1）无符号乘法
①实例演示（即，列4位乘法具体例子演算的算式）：
被乘数为1001（二进制），即为十进制的9；乘数为0110（二进制），即为十进制的6。
那么，可以通过笔算得到：
1000×0111=00110110
即十进制运算结果为：
8×7=56
无符号乘法的实例演示如图1所示：
1 0 0 0 ；被乘数
× 0 1 1 1 ；乘数
0 0 0 0 ；初始值（零）
＋ 1 0 0 0 （1）；乘数最低位为1，部分积加被乘数，被乘数左
；移一位，乘数右移一位。
1 0 0 0 ；部分积
＋ 1 0 0 0 （1）；乘数最低位为1，部分积加被乘数，被乘数左
；移一位，乘数右移一位。
1 1 0 0 0 ；部分积
＋ 1 0 0 0 （1）；乘数最低位为1，部分积加被乘数，被乘数左
；移一位，乘数右移一位。
1 1 1 0 0 0 ；部分积
＋ 0 0 0 0 （0）；乘数最低位为0，部分积加0，被乘数左移一
；位，乘数右移一位。
（0） 0 1 1 1 0 0 0 ；计算完毕，结果为00111000 即：1000×0111=00111000
图1 无符号乘法实例演示
②硬件原理框图：
图2 无符号乘法的硬件原理框图
在模型机上实现无符号数乘法运算时，采用“加法—移位”的重复运算方法。
那么，
无符号乘法的硬件原理框图如图2所示。
③算法流程图：
在模型机上实现无符号数乘法运算时，采用“加法—移位”的重复运算方法。
因此，无符号乘法的算法流程图如图3所示。
（2）无符号除法
①实例演示（即，列4位除法具体例子演算的
算式）：
②硬件原理框图：
③算法流程图：
3．对应于以上算法如何分配使用COP2000实验仪中的硬件（初步分配，设计完成后再将准确的使用情况填写在此处）4．在COP2000集成开发环境下设计全新的指令/微指令系统设计结果如表所示（可按需要增删表项）
（1）新的指令集
（设计两个不同指令集要分别列表）
（2）新的微指令集
PC
5．用设计完成的新指令集编写实现无符号二进制乘法、除法功能的汇编语言程序
（1）乘法
4位乘法的算法流程图与汇编语言程序清单：
（2）除法（选作）
4位除法的算法流程图与汇编语言程序清单：
6．上述程序的运行情况（跟踪结果）
按下表填写描述以上各程序运行情况的容。
按每个程序一表进行。
程序运行的过程
PC P
C
7．设计结果说明
调试运行程序时是否出现问题，是否有重新调整指令/微指令系统设计的情况出现？请在此做具体说明。
五、本次课程设计的总结体会（不少于200字）
主要总结学到的具体知识、方法及设计中的切身体会；包括列出在设计的各个阶段出现的问题及解决方法。
（以上红色字容为由设计者完成并填写）。