2013年计算机组成原理课程设计任务书
计算机组成原理课程设计
课程设计报告课程设计名称：计算机组成原理微指令系别：学生姓名：班级：学号：成绩：指导教师：开课时间：2012-2013学年 2 学期目录一．设计题目 (2)1.1计算机组成原理课程设计——简单模型机的微程序设计 (2)二．主要内容 (2)2.1计算机的硬件基本组成； (2)2.2计算机中机器指令的设计 (2)2.3计算机中机器指令的执行过程； (2)2.4微程序控制器的工作原理； (2)2.5微指令的格式设计原则； (2)三．具体要求 (2)四．进度安排 (3)五．微程序的设计过程 (4)5.1模型机的CPU及系统硬件 (4)5.2基本模型机的指令设计 (6)5.3指令微流程分析 (6)六、编写微程序 (9)七．微程序测试并且调试 (10)八．问题答案解析 (11)九．总结 (12)十．参考文献 (12)一．设计题目1.1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：2.1计算机的硬件基本组成；2.2计算机中机器指令的设计2.3计算机中机器指令的执行过程；2.4微程序控制器的工作原理；2.5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．置数指令 IN 置数开关SW（KD0～KD7）的状态→R02．加法指令 ADD R0,，(addr)：(R0)+(addr)→（R0）3．存数指令 STA R0，（addr）：(R0)→（addr）4．输出指令 OUT （addr）：(addr)→输出设备"LED"5．跳转指令 JMP （addr）：addr→PC6．或指令OR RD，RS：(RS)或(RD)→(RD)7．新加法指令 NADD (addr1)，(addr2)：(addr1)加(addr2)→(RD) 8．异或指令XOR (addr1)，(addr2)：(addr1)异或(addr2)→(RD)9．与指令AND RD，RS：(RS)与(RD)→(RD)10．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。
计算机组成原理课程设计任务书
华中科技大学计算机学院计算机组成原理课程设计任务书计算机组成原理是计算机专业的核心专业基础课。
课程设计是学完该课程并进行了多个单元实验后，综合利用所学的理论知识，并结合在单元实验中所积累的计算机部件设计和调试方法，设计出一台支持自有指令系统的简单计算机系统。
所设计的系统能在基于EDA的实验平台上运行一段基于自有指令的程序，通过检查程序结果的正确性来判断所设计计算机系统正确性。
课程设计属于设计型实验，不仅锻炼学生简单计算机系统的设计能力，而且通过进行主机系统及底层功能部件电路的设计及实现、系统的故障分析与定位、系统调式等环节的锻炼，进一步提高分析和解决问题的能力。
1．课程设计题目课程设计的主要任务是设计一台简单的计算机系统,并调试通过。
围绕这一主要目标，课程设计的题目可以根据自己的设计内容、实现方式、所设计的计算机系统的结构从下列备选题中选取，也可以自己命题。
1)基于微程序控制器的简单计算机系统设计与实现2)基于硬布线控制器的简单计算机系统设计与实现3)基于微程序控制和硬布线相结合的简单计算机系统设计与实现4)支持流水线的简单计算机系统设计与实现5)基于总线结构的简单计算机系统设计与实现6)基于FPGA的简单计算机系统设计与实现7)支持中断的简单计算机系统设计与实现还可以在上述机器中支持其它功能,如溢出判断功能、浮点运算功能等。
2、简单计算机系统的设计目标计算机系统设计的总体目标是设计模型机系统的总体结构、指令系统和时序信号。
在对该模型机系统中的部件功能利用EDA软件的仿真功能进行仿真分析和功能验证的基础上，将部分电路下载到FPGA，并与适当的外围器件(包括部分芯片、输入/输出开关、LED显示等)相配合，实现模型机的主机系统。
要求所设计的主机系统能支持自动和单步运行方式，能正确地执行存放在主存中程序的功能，对主要的数据流和控制流通过LED适时显示信息。
3．本课程设计的主要技术指标1)支持算术运算、逻辑运算、存储器读写、寄存器间数据传送等几类指令。
计算机组成原理_课程设计任务书
课程设计课程名称：计算机组成原理设计题目：一个非常简单的CPU的设计学院：信息工程与自动化专业：计算机科学与技术年级： 08级 1班学生姓名：张桥指导教师：李凌宇日期： 2010-9-9教务处制课程设计任务书信息工程与自动化学院计算机专业 08 1 年级学生姓名：张桥课程设计题目：一个简单的CPU的设计课程设计主要内容：设计一台完整的计算机。
首先要确定该计算机的功能和用途。
在设计中根据功能和用途确定指令系统，定义数据通路，设计每条指令的执行流程，要求利用微程序进行设计，每人至少要求4条CPU指令，可以自己选择；在设计中要求画出指令系统的格式并说明各位的意义；要求画出数据通路并定义微操作信号；要求画出微程序流程图。
设计指导教师（签字）：教学基层组织负责人（签字）：年月日一台模型计算机的设计一、教学目的、任务与实验设备融会贯通本课程各章节的内容，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。
二、数据格式和指令系统本模型机是一个8位定点二进制计算机，具有四个通用寄存器：R 0～R 3，能执行11条指令，主存容量为256KB 。
1． 数据格式数据按规定采用定点补码表示法，字长为8位，其中最高位（第7位）为符号位，小数点位置定在符号位后面，其格式如下：数值相对于十进制数的表示范围为：－1≤X ≤1―2―72． 指令格式及功能由于本模型机机器字只有8位二进制长度，故使用单字长指令和双字长指令。
⑴ LDR Ri ，D格式 7 4 3 2 1 0功能：Ri ←M （D ）（2） STR Ri ，D格式功能：M （D ）←（Ri ）（3） ADD Ri ，Rj格式 功能：Ri ←（Ri ）＋ （Rj ）（4） SUB Ri ，Rj格式 7 4 3 2 1 0功能：Ri ←（Ri ）－ （Rj ）（5） AND Ri ，Rj格式功能：Ri ←（Ri）∧（Rj）（6）OR Ri，Rj格式功能：Ri ←（Ri）∨（Rj）（7）MUL Ri，Rj格式7 4 3 2 1 0功能：Ri ←（Ri）×（Rj）（8）转移指令格式7 4 3 2 1 0功能：条件码00 无条件转移PC ←D01 有进位转移PC ←D10结果为0转移PC ←D11结果为负转移PC ←D⑼IN R i，M j格式其中M j为设备地址，可以指定四种外围设备，当M j=01时，选中实验箱的二进制代码开关。
组成原理课程设计任务书--余三码十进制加法器
四、时间安排
12月31日：Quartus II的安装及使用
1月4日：具体电路设计
1月5日：利用Quartus II进行电路设计和仿真
1月6日：调试，撰写课程设计说明书，答辩
系（教研室）主任签字：2012年1月9日
《计算机组成原理》课程设计任务书
器单元电路的设计与实现
指导教师
答疑教师
设计时间
设计要求
一、设计目的
1．对已学过的组成原理知识知识进行综合运用；
2．能按要求设计出具有一定功能的逻辑电路。
二、设计任务
1、已知余三编码由四位二进制组成，2十进制一位数的余三码进行相加要对最后的运算结果进行调整，若结果无进位，则从和数中减去3，若结果有进位，则在和数中加上3，设计具有此功能的加法逻辑电路。
2、利用Quartus II完成电路图的绘制，选择合适的逻辑电路和芯片。
3、对所设计的电路分析其性能优劣，并与所熟悉的其他电路做比较，总结各自优缺点。
4、利用软件进行仿真。
三、知识点掌握
掌握基本二进制加法器的逻辑电路；
利用已知的二进制加法器设计具有其他功能的逻辑电路。
掌握基本进位链的使用；
巩固计算机中减法是由加负数补码来实现的规则；
计算机组成原理课程设计参考任务书
计算机组成原理课程设计任务说明书题目1：硬布线控制器设计要求：用硬布线控制器实现以下指令功能，设计各指令格式以及编码，根据定义的机器指令，自拟编写包含以下指令的应用程序。
参考实验5.2，在此基础上增加如下指令加：ADD Ri ; R← R+ Ri,i={0-3}减：SUB Ri ; R← R- Ri, i={0-3}与：AND Imme ; R0← Rand Imme或：OR mem ; R0← Ror (mem)题目2：微程序设计要求：用微程序控制器实现以下指令功能，设计各指令格式以及编码，并实现各机器指令微代码，根据定义的机器指令，自拟编写包含以下指令的应用程序。
参考实验5.3、6.1，在此基础上增加如下指令调用：CALL addr ;指令功能与80X86相同，addr是8位二进制地址返回：RET ；存储器到存储器传送：MOV memi , memj; memi←(memj), i<>j，memi内存单元地址带左移的加法运算：ADD Ri , Rj, N ; Ri←（Ri）+（Rj）<<N ，Rj中内容不变说明：1、2人一组，自由组合，任选一题完成2、每组提交一份课程设计报告，每人提交一份课程设计总结，每人提交一份评分成绩页3、课程设计报告要求至少应包含以下部分：微程序控制器原理总体设计（系统构成）详细设计（标明成员完成内容）指令格式、编码，微指令格式以及编码，微程序流程图等测试结论参考文献4、考核与成绩评定考核内容：实际系统运行结果演示，回答相关问题成绩评定方法：考核内容结合课程设计报告评定成绩。
浙江理工大学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(2013/2014第二学期------第19周) 指导教师：许建龙张芳班级：12计科2班姓名：学号：计算机组成原理大型实验任务书（计算机12级1、2、3班和实验班） 一、实验目的：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，进一步理解和掌握动态微程序设计的概念；完成微程序控制的特定功能计算机的指令系统设计和调试。
二、实验说明：要进行这项大型实验，必须清楚地懂得： （1）TEC-2机的功能部件及其连接关系；（2）TEC-2机每个功能部件的功能与具体组成； （3）TEC-2机支持的指令格式；（4）TEC-2机的微指令格式，AM2910芯片的用法；（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； （6）要实现的新指令的格式与功能。
三、实验内容：选定指令格式、操作码，设计如下指令：（1）把用绝对地址表示的内存单元A 中的内容与内存单元B 中的内容相加，结果存于内存单元C 中。
指令格式：D4××，ADDR1，ADDR2，ADDR3 四字指令（控存入口100H ） 功能： [ADDR3]=[ADDR1]+[ADDR2]（2）将一通用寄存器内容减去某内存单元内容，结果放在另一寄存器中。
指令格式：E0 DR SR ，ADDR （SR ，DR 源、目的寄存器各4位）双字指令（控存入口130H ） 功能： DR=SR - [ADDR]（3）转移指令。
判断两个通用寄存器内容是否相等，若相等则转移到指定绝对地址，否则顺序执行。
指令格式：E5 DR SR ，ADDR 双字指令（控存入口140H ） 功能： if DR==SR goto ADDR else 顺序执行。
设计：利用指令的CND 字段，即IR 10~8，令IR 10~8=101，即CC=Z则当DR==SR 时Z=1，微程序不跳转，接着执行MEMPC （即 ） 而当DR!=SR 时Z=0，微程序跳转至A4。
《计算机组成原理》课程设计任务书
1
2
参考文献
系统电路原理图
（3）实现寄存器和运算器之间的信息传输；
（4）实现存储器和运算器之间的信息传输；
（5）显示各种信息。
6.4
（1）系统使用的芯片：与门、或门、异或门、非门、D触发器、驱动器、发光二极管、各种开关、三态锁存器；
（2）能实现8位二进制数的加法运算；
（3）能显示参加运算的数据、能显示运算结果；
（4）能对运算结果实现直接传输、左移、右移、半字交换等操作。
计算机组成原理
课程设计任务书
班级：
学号：
姓名：
成绩：
电子与信息工程学院
计算机科学系
一、设计的目的和意义
综合运用所学计算机组成原理知识，人为模拟各部件单元中的控制信号实现常用部件电路及之间的信息通路的设计，进一步加强理论知识与应用相结合的实践和锻炼。通过这次设计能够巩固所学的知识，使自己的设计水平和对所学知识的应用能力以及分析问题解决问题的能力得到全面提高。
2.文中符号、图、表要符合国家统一标准。
3.画出电路原理图A3。
4.编写设计说明书（不少于1500字）。
六、设计题目
6.1
（1）使用器件：181、182、244、373、LED、各类开关；
（2）能实现十六位二进制数的算术运算和逻辑运算；
（3）能显示参加运算的操作数及其运算结果；
（4）能实现串行进位和并行进位的转换。
6.2
（1）系统使用的器件：SRAM6264、373、244、LED、各类开关；
（2）能实现八位数的读和写操作。包括从开关给数存入存储器，将存储器某个单元内容送入另一个单元；
（3）能显示地址、显示读出或写入的具体数据。
6.3
（1）系统使用的芯片：373、244、181、LED、6264及各种开关；
计算机组成原理课程设计报告2013
计算机组成原理课程设计目录目录1 设计概述 (1)1.1设计题目 (1)1.2设计目的 (1)1.3设计器材 (1)2 设计内容 (2)2.1设计思路 (2)2.2 设计内容 (2)2.3数据通路图 (2)2.4微指令格式 (3)2.5微程序地址的转移 (4)2.6 机器指令的写入、读出和执行 (5)3 设计步骤 (7)3.1 机器指令程序及数据存放地址 (7)3.2微程序流程图 (7)3.3 微操作代码 (9)3.4 实验接线 (9)3.5 写程序 (10)3.6 运行程序 (11)4 遇到的问题及解决方法 (12)4.1 遇到的问题 (12)4.2 解决的方法 (12)设计总结 (13)I计算机组成原理课程设计设计概述1 设计概述1.1设计题目基本模型机的设计与实现。
1.2设计目的1.掌握机器指令与微程序的对应关系。
2.掌握机器指令的执行流程。
3.掌握机器指令的微程序的编制、写入。
4.在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将组成系统，构成一台基本模型计算机。
5.为其定义六条机器指令，并编写相应的微程序，上机调试，掌握整机概念。
1.3设计器材TDN-CM计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。
1计算机组成原理课程设计设计内容2 设计内容2.1设计思路部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，如运算器实验中对74LS－181芯片的控制，存储器实验中对存储器芯片的控制信号，以及几个实验中对输入设备的控制。
而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。
这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，一条机器指令对应一段微程序。
本系统使用两种外部设备，一种是二进制代码开关(DATA UNIT)，它作为输入设备；另一种是发光二极管(BUS UNIT上的一组发光二极管)，它作为输出设备。
例如：输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不变。
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2013年计算机组成原理课程设计任务书
X位模型计算机的设计
2013年12月1日
一、实习内容
设计一个X（学生根据设计自己定）位指令字长的模型机，包括：运算器单元、控制器单元、寄存器组、内存单元。
可采用以下2种形式：
1）模块化设计：对各模块调试通过后再将各模块连接在一起，指令格式可简单一些。
可将实验设计的各模块修改后连接，在对原指令系统调试通过后，再进行扩展。
（强力推荐该方法）
2）在原CPU实验的基础上对原指令系统进行扩展，最少包含3种寻址方式。
二、实习要求
1.设计一台模型机，定义至少7条机器指令：AND、ADD、SUB、NOP、STA、JMP，
JZ。
2.推荐采用模块化设计方法，如将数据通路与控制器分开设计。
3.采用硬件描述语言VHDL为设计工具，进行大规模集成电路的设计仿真。
4.整理设计报告及相关的文档（包括指令格式、数据通路，微程序流程图，微程序
代码，接线图，设计说明，程序源代码，仿真结果图、指令与数据在内存中的分配等）。
三、设计步骤
1.拟定指令系统
要考虑指令的完备性、有效性、规整性；主要说明系统包括哪些指令以及指令格式。
2.模型机框图设计
主要是数据通路的设计或选择，要说明如下内容：
1)通用寄存器的位数及个数
2)专用寄存器的位数及功能
3)总线宽度
4)ALU位数及运算功能
5)微命令的格式（长度、各位（或各字段）的含义）
3.控制器的选择
是组合逻辑控制器还是微程序控制器
4.绘制指令流程图
5.安排指令操作时间表（组合逻辑控制器）或者设计微指令格式（微程序控制器）
6.进行微操作信号综合与优化（组合逻辑控制器）或者编写微程序（微程序控制器）
7.编写VHDL程序代码
源代码写在报告的附录中，模块说明写在VHDL实现一节
8.调试仿真
四、参考数据通路
为了降低难度保证在2周内完成，同学们可以参考如下单总线数据通路；图中有不完善的地方请自行补充。
1.模型机数据通路框图1
2、模型机数据通路框图2
参见实验模型机框图
3．模型机数据通路框图3
对实验模型机框图进行扩展。
4.．模型机数据通路框图4
5. 模型机数据通路框图4
四、调试与验证
实验室全天开放QUARTUS，ModelSim.，实验箱
五、总结报告（每人一份），参见报告格式
六、具体时间安排及要求
设计时间：第16周
验收时间：第17周
七、参考资料
计算机组成原理教材
清华实验教学系统讲义（FPT：//202.206.159.243）平时实验的参考资料
VHDL语言设计指南。