计算机组成原理课程设计概论

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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
计算机组成原理课程设计是计算机科学与技术专业的一门核心课程,其目的是帮助学生更深入地理解计算机的组成原理和工作原理,培养学生分析和设计计算机硬件的能力。

在这个课程设计中,我选择了设计一个简单的单周期CPU。

首先,我会设计CPU的指令集,包括处理器指令的类型、指
令格式、寻址方式等。

然后,根据指令集的要求,设计并实现CPU的控制器,控制指令的执行流程。

接着,我会设计并实
现CPU的数据通路,包括寄存器、ALU、存储器等组件,实
现指令的操作。

在设计过程中,我会遵循计算机组成原理的基本原理和设计原则,如冯·诺伊曼体系结构、指令周期、数据通路和控制单元
的相互协调等。

我会使用硬件描述语言,如VHDL或Verilog,进行设计,通过仿真和验证来测试设计的正确性。

同时,我还会考虑CPU的性能和效率,尽量优化各个部分的设计,以提
高CPU的运行速度和处理能力。

在设计完成后,我还会进行性能测试和功能验证,测试CPU
在不同工作负载下的性能表现,并根据测试结果对设计进行优化。

最后,我会编写报告,详细介绍我的设计思路、实现过程和测试结果,以及可能存在的问题和改进的方向。

通过这个课程设计,我将深入理解计算机组成原理的相关知识,并掌握CPU设计的基本方法和技术。

这对于我今后的学习和
工作都具有重要意义,不仅可以加深我对计算机硬件的理解,
还可以提高我的问题分析和解决能力,为我未来的研究和工作奠定坚实的基础。

计算机组成原理课程设计

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课程设计报告课程设计名称:计算机组成原理系:学生姓名:班级:学号:成绩:指导教师:开课时间:2011-2012学年2 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1.通过使用作者开发的微程序分析和设计仿真软件,熟悉介绍的为基本模型机而设计的微程序的执行过程。

必须充分理解并正确解释下些问题:(1)微程序中的微指令的各个字段的作用。

哪些字段是不译码的,哪些字段是直接译码的,哪些字段又可以看成是字段间接编码的。

(2)微程序中的微指令是否是顺序执行的,如果不是,那么次地址是如何产生的。

什么情况下,次地址字段才是将要执行的微指令的地址。

(3)在微程序中如何根据机器指令中的相关位实现分支,据此,在设计机器指令时应如何避免和解决与其它指令的微指令的微地址冲突。

(4)哪些微指令是执行所有指令都要用到的。

(5)解释一条机器指令的微程序的各条微指令的微地址是否连续?这些微指令的微地址的安排的严重原则是什么?(6)为什么读写一次内存总要用两条微指令完成?(7)机器程序中用到的寄存器是R0,是由机器指令中哪些位决定的?如果要用R1或R2,是否要改写微程序或改写机器指令?如果要,应如何改写?2.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。

新增加的机器指令的功能是:求反指令NOT RS,RD :/(RS) →(RD)与指令AND RD,(addr):(RD)与(addr)→(RD)异或指令XOR RD,(addr):(addr)异或(RD)→(RD)或指令OR RD,(addr):(RD)或(addr)→(RD)减法指令SUB RD,RS :(RS)减(RD)→(RD)其中的RS、RD可以是R0、R1、R2中的任何一个。

计算机组成原理课程设计

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计算机组成原理课程设计一、设计背景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,旨在培养学生对计算机硬件组成和工作原理的深刻理解。

通过课程设计,学生可以巩固和应用所学的知识,提高解决实际问题的能力。

二、设计目标本次计算机组成原理课程设计的目标是让学生通过实践,加深对计算机硬件组成和工作原理的理解,培养学生的设计和实现能力。

具体目标包括:1. 设计并实现一个简单的计算机系统,包括中央处理器(CPU)、存储器、输入输出设备等。

2. 熟悉计算机指令系统的设计与实现,包括指令的编码、解码和执行过程。

3. 学会使用硬件描述语言(如VHDL)进行计算机硬件的设计和仿真。

4. 掌握计算机系统的性能评估方法,包括指令周期、时钟频率等。

三、设计内容本次计算机组成原理课程设计的内容为设计并实现一个简单的基于冯·诺依曼结构的计算机系统。

具体设计内容包括以下几个方面:1. 计算机系统的总体设计根据冯·诺依曼结构的原理,设计计算机系统的总体框架。

包括中央处理器(CPU)、存储器、输入输出设备等。

2. 指令系统的设计与实现设计并实现一个简单的指令系统,包括指令的编码、解码和执行过程。

指令集可以包括算术运算、逻辑运算、数据传输等常见指令。

3. 中央处理器(CPU)的设计与实现设计并实现一个简单的中央处理器,包括指令寄存器、程序计数器、算术逻辑单元等。

通过对指令的解码和执行,实现计算机的基本功能。

4. 存储器的设计与实现设计并实现一个简单的存储器模块,包括指令存储器和数据存储器。

通过存储器的读写操作,实现程序的加载和数据的存储。

5. 输入输出设备的设计与实现设计并实现一个简单的输入输出设备,如键盘和显示器。

通过输入输出设备,实现用户与计算机系统的交互。

6. 系统性能评估对设计的计算机系统进行性能评估,包括指令周期、时钟频率等指标的测量和分析。

通过性能评估,优化计算机系统的性能。

四、设计步骤本次计算机组成原理课程设计的步骤如下:1. 确定设计的整体框架和目标,明确设计的内容和要求。

《计算机组成原理》教学大纲

《计算机组成原理》教学大纲

《计算机组成原理》教学大纲一、课程概述《计算机组成原理》是计算机科学与技术、电子信息工程等专业的一门重要基础课。

本课程主要介绍计算机的基本组成和工作原理,使学生全面了解计算机硬件体系结构,包括计算机历史发展、指令系统、CPU设计、存储器层次结构、输入输出系统、总线结构等内容。

二、教学目标1.了解计算机硬件的组成和工作原理。

2.理解计算机的历史发展过程,掌握计算机的分类和体系结构。

3.掌握计算机指令系统的设计原则和常见指令的执行过程。

4.熟悉CPU的基本组成和工作原理,能够设计简单的CPU。

5.理解存储器层次结构的原理,熟悉常见的存储器技术。

6.了解输入输出系统的原理和常见的接口技术。

7.掌握计算机总线的分类和工作原理。

三、课程具体内容及教学安排1.计算机硬件体系结构(2周)-计算机硬件的分类和功能-冯·诺依曼计算机体系结构-CISC和RISC指令集架构2.指令系统设计与实现(3周)-指令系统的基本要求-ISA的设计原则-MIPS指令系统设计与实现3.CPU设计与实现(4周)-CPU的基本结构和功能-数据通路和控制器的设计与实现-单周期CPU与多周期CPU的设计比较4.存储器层次结构(3周)-存储器的分类和特点-存储器的层次结构和映射方式- Cache的设计原理和优化策略5.输入输出系统(2周)-输入输出设备的分类和特点-输入输出接口的工作原理与设计-DMA和中断的处理机制6.总线结构(2周)-总线的分类和特点-总线的时序与仲裁机制-PCI和PCIe总线的基本原理四、教学方法1.理论授课:介绍计算机的基本原理和概念。

2.实践操作:通过实验课程,让学生动手操作实际的计算机硬件和软件,加深对计算机组成原理的理解。

3.讨论与研讨:组织学生进行小组讨论和报告汇报,共同探讨计算机组成原理的相关问题。

4.相关案例分析:通过实际案例分析计算机组成原理在实际应用中的作用和影响。

五、教材和参考书教材:参考书:1. 《计算机组成与设计:硬件/软件接口》(原书第4版)(Patterson和Hennessy编著)2. 《计算机组成与体系结构》(英文版)(David A. Patterson和John L. Hennessy编著)3.《计算机组成原理及其实践》(胡伟编著)六、评分方式1.平时成绩:包括出勤情况、作业完成情况和课堂表现等。

《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

《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。

计算机组成原理课程设计

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计算机组成原理课程设计计算机组成原理课程设计一、课程背景计算机组成原理是一门涉及计算机硬件设计、结构原理及计算机工作原理的课程,通过本课程的学习,学生们可以掌握计算机系统的功能,掌握计算机系统结构及其各部分的功能特征等,为学习计算机学科的其他课程打下基础。

二、课程教学内容1. 计算机组成原理掌握计算机组成原理,以及不同分类方式下的计算机架构。

2. 计算机硬件系统的基础掌握计算机硬件系统的结构和功能,以及计算机硬件系统的技术特征和性能指标。

3. 掌握计算机组成与控制的基本原理掌握计算机组成原理,以及计算机控制的基本原理,包括计算机控制的思维方式和算法。

4. 计算机性能分析掌握计算机性能分析的基本知识,包括性能分析的概念、原理和方法及性能分析的工具等。

5. 计算机组成原理的实际应用通过课程设计,锻炼学生的计算机组成原理的实际应用能力,帮助学生在计算机设计过程中更好地使用计算机组成原理的技术。

三、课程教学安排1. 学习理论在本课程中,首先通过课堂讲解和实验室实习,学习相关理论知识,掌握计算机组成原理的基本概念、结构及性能分析的原理、计算机控制的基本原理及方法等。

2. 课程设计通过课程设计,锻炼学生的计算机组成原理的实际应用能力。

课程设计的内容包括:设计一个计算机系统结构,确定各部分的功能特点和性能指标;分析计算机性能,比较不同设计方案的优劣;分析计算机控制的基本原理,设计一个计算机控制系统;应用计算机组成原理设计一个系统等。

四、课程考核根据本课程实际教学情况,实行期中考试和期末考试相结合的考核制度,比重分别为50%和50%。

期中考试着重考查学生理论知识,期末考试着重考查学生的应用能力,两次考试比重相当,有助于引导学生良好的学习状态。

计算机组成原理与设计课程设计

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计算机组成原理与设计课程设计导言计算机组成原理与设计是计算机专业的核心课程,主要介绍计算机系统硬件的组成和工作原理,以及计算机系统的设计和实现方法。

本课程的设计旨在帮助学生深入了解计算机系统硬件的基本原理和设计方法,为学生今后的学习和工作奠定坚实的基础。

课程目标本课程旨在使学生:•了解计算机系统硬件的基本组成和工作原理;•掌握计算机系统的主要部件的功能和原理;•具备设计和实现简单计算机系统的能力;•培养学生的系统思维和分析能力。

教学内容1.计算机系统的基本组成和工作原理1.计算机的基本层次结构2.计算机的工作原理3.计算机系统性能指标2.处理器的基本组成和工作原理1.处理器的指令执行过程2.处理器的运算单元和控制单元3.处理器的主要指令集和寻址方式3.存储器的基本组成和工作原理1.存储器的层次结构2.存储器的访问机制3.存储器的组织和管理4.输入输出设备的基本组成和工作原理1.输入输出设备的分类和特点2.输入输出设备与计算机的接口方式3.输入输出设备的控制方式5.计算机系统的设计和实现方法1.组成原理的设计流程和方法2.计算机系统的体系结构设计和性能分析3.计算机系统的从软件到硬件实现教学方法本课程采用理论教学与实验教学相结合的教学方法,通过理论讲解、设计实践、案例分析等方式,帮助学生深入理解计算机系统的原理和方法,掌握计算机系统的设计和实现技能。

1.理论讲解:讲解计算机系统的基本原理和设计方法;2.设计实践:设计和实现简单计算机系统,提升学生的实践能力;3.案例分析:分析和讨论实际计算机系统的结构和性能,培养学生的系统分析和思维能力。

实验内容1.计算机硬件的组装和调试实验1.了解计算机硬件的基本组成和工作原理;2.掌握计算机硬件的组装和调试方法;3.熟悉计算机硬件的故障排除和维护方法。

2.指令执行过程模拟实验1.理解指令的执行过程和执行时间;2.学习指令系统的设计方法;3.掌握指令执行过程的模拟方法,加深对计算机系统的理解和认识。

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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计算机组成原理课程设计是一个重要的课程项目,旨在帮助学生深入理解计算机的基本组成和工作原理。

以下是一个可能的计算机组成原理课程设计的简要概述:1. 课程设计目标:- 理解计算机的基本组成和工作原理;- 掌握计算机的层次结构和指令执行过程;- 学习计算机的数据表示和存储方式;- 熟悉计算机的中央处理器和存储器的设计与实现;- 掌握计算机的输入输出系统和总线结构。

2. 课程设计内容:- 计算机层次结构和指令执行过程的介绍;- 数据表示和存储方式的学习;- 中央处理器和存储器的设计与实现;- 输入输出系统和总线结构的研究。

3. 课程设计步骤:- 第一阶段:理论学习和研究- 学习计算机组成原理的基本概念和理论知识;- 研究计算机的层次结构和指令执行过程;- 学习计算机的数据表示和存储方式;- 研究计算机的中央处理器和存储器的设计与实现;- 学习计算机的输入输出系统和总线结构。

- 第二阶段:实践设计和实现- 设计并实现一个简单的计算机系统,包括中央处理器、存储器、输入输出系统和总线结构;- 学习使用硬件描述语言(如Verilog或VHDL)进行计算机系统的设计和仿真;- 进行计算机系统的功能测试和性能评估;- 优化计算机系统的设计和实现。

- 第三阶段:课程设计报告和演示- 撰写课程设计报告,包括设计思路、实现过程和结果分析;- 准备课程设计演示,展示计算机系统的功能和性能;- 进行课程设计的答辩和评审。

4. 课程设计评估:- 课程设计报告的质量和完整性;- 计算机系统的功能和性能;- 课程设计演示的表现和效果;- 学生对计算机组成原理的理解和应用能力。

以上是一个可能的计算机组成原理课程设计的简要概述,具体的设计内容和步骤可以根据教学目标和学生能力进行调整和补充。

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
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。

计算机组成原理第五版课程设计

计算机组成原理第五版课程设计

计算机组成原理第五版课程设计一. 课程设计简介本次课程设计的主要目的是通过设计一个单周期CPU的过程,来加深学生们对计算机组成原理的理解。

帮助学生们深入了解计算机各个方面的组成,并且通过实际操作提升学生们的实践能力。

二. 课程设计要求1.设计一个单周期CPU,实现ADD、SUB、AND、OR、XOR、SLT、LW、SW、BEQ、J(AL)、JR(AL)等主要指令的功能。

2.根据指定的指令集格式,编写CPU的控制信号表,完成CPU控制单元的设计。

3.根据CPU的控制信号表和指令集不能实现的控制信号,补充编写控制信号的逻辑运算式,实现CPU控制单元的完整设计。

4.写出至少两个汇编程序进行测试,并且能够成功运行。

5.初步完成CPU的时序分析和电路设计,了解并掌握CPU因时序错误等因素产生故障的处理方法。

三. 课程设计具体步骤1.设计指令集。

首先根据要求的指令集格式,设计满足要求的指令集。

需要考虑指令的功能和操作码,同时考虑指令集的扩展性,可以在原有的指令集架构上扩展更多指令。

2.编写控制信号表。

在正确完成指令集设计的基础上,根据指令集的功能和操作码,编写控制信号表。

在表格中列出各个控制信号的代表意义以及对应的运算式。

根据表格进行CPU控制单元的设计。

3.设计数据通路。

在控制单元的基础上,设计数据通路,主要包括寄存器、ALU、存储器等部件,同时考虑数据分离和运算结果写回等问题。

4.补全控制信号逻辑。

在完成CPU的基础功能实现之后,对于一些指令集不包含的信号,需要重新编写逻辑,完善控制信号的设计。

5.写出测试程序。

为了验证CPU的正确性,需要编写测试程序来测试CPU的各个功能。

在编写测试程序时要严格按照调试过程进行,分析程序执行过程中寄存器、存储器中数据的变化。

6.完善时序分析和电路设计。

在测试程序验证CPU的功能之后,还需要对CPU进行时序分析,并对电路进行完善的设计,了解CPU的因时序错误等因素产生故障的处理方法。

计算机组成原理课程设计

计算机组成原理课程设计

数据总线 R0-G R0 LDR0 时 序 微控制器 WE T1 T2
IN
IR LDIR
SW-G
基本模型机微指令结构图
微程序 24 S3 控制信号 23 S2 22 S1 21 S0 20 M 19 CN 18 RD 17 M17 16 M16 15 14 A 13 12 11 B 10 9 8 P 7 6 uA5 5 uA4 4 uA3 3 uA2 2 uA1 1 uA0
八、复杂模型机的设计过程
数据格式 指令格式 指令系统 微程序分析
$M00 018108
0000 0001 1000 0001 0000 1000 分析 0000 00 无效 0读 11无效 000 000 100根据P(4)字段转移,由控制台进入相应分 001000 下址字段10 即由控制台进入相应分支。
六、第一次实验任务
重做实验2.1或2.2,使用联机方式进行写入,分析2.1
与2.2之间的差异。 实验时考虑如下几个方面:
1.模型机的总线结构,数据通路的工作方式 2.理解数据通路中每个控制信号的功能及设置原因 3.微命令字段中,每个字段的功能 4.后继微地址,特别是存在分支时的形成方式 5.根据微程序流程图,分析每条微指令的工作过程
$M14 001001(八进制下地址为24)
0000 0000 0001 0000 0000 0001 分析 0000 00 无效 0读 00输入 001 LDRi 输入数据至R0 (指令中是R0) 000 000 000001 下址字段01 即通过输入设备输入数据至R0寄存器

假设此时
IN 01,R0 IN 01,R2 即分别从输入设备输入数据至R0,R2后要执行ADC R2,R0(R0、R2寄存器内容和进位CY相加送R0)该 如何处理?

《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
000001xx
????未使用
000010xx
????未使用
000011xx
????未使用
ADDA, R?
000100xx
将寄存器R?的值加入累加器A中
ADDA, @R?
000101xx
将间址存储器的值加入累加器A中
ADDA, MM
000110xx
?MM
将存储器MM地址的值加入累加器A中
ADDA, #II
FEN:?将标志位存入ALU内部的标志寄存器。
?? X2:?? X2、X1、X0三位组合来译码选择将数据送到DBUS上的寄存器。
X1:??见16页表。
X0:
WEN:?将数据总线DBUS的值打入工作寄存器W中。
AEN:将数据总线DBUS的值打入累加器A中。
S2:? S2、S1、S0三位组合决定ALU做何种运算。
?II
将立即数II加入累加器A中,带进位
SUBA, R?
001100xx
从累加器A中减去寄存器R?的值
SUBA, @R?
001101xx
从累加器A中减去间址存储器的值
SUBA, MM
001110xx
?MM
从累加器A中减去存储器MM地址的值
SUBA, #II
001111xx
?II
从累加器A中减去立即数II加入累加器A中
000111xx
?II
将立即数II加入累加器A中
ADDCA, R?
001000xx
将寄存器R?的值加入累加器A中,带进位
ADDCA, @R?
001001xx
将间址存储器的值加入累加器A中,带进位
ADDCA, MM
001010xx

计算机组成原理与设计全解

计算机组成原理与设计全解

计算机组成原理与设计全解计算机是当今社会不可缺少的一部分,然而硬件层面的计算机组成却是许多人所不了解的领域。

本文将以计算机组成原理与设计为主题,从计算机硬件的层面深入探讨计算机的结构、控制器、算术逻辑单元等内容,以及现代计算机的发展趋势。

一、计算机的层次结构计算机可以被抽象成一系列的层次结构。

从最底层的物理层面,到中间的指令集结构层面,最后到最高层面的应用层面。

其中最底层的物理层面由计算机硬件构成,包括CPU、内存、外设等。

指令集结构层面对底层硬件做了一些抽象并且定义了一些指令、指令集等。

应用层面则是用户最终使用的软件界面。

二、计算机控制器计算机的控制器是指计算机硬件中负责控制计算机工作的核心部件,主要任务是根据指令对计算机中的各部分进行控制与协调。

计算机控制器主要由指令寄存器、指令译码器、程序计数器、状态寄存器、时钟等组成。

指令寄存器存储当前要执行的指令,指令译码器负责将指令翻译成CPU能理解的格式,程序计数器则存储当前指针所指向的指令地址。

状态寄存器用于存储CPU执行指令后的状态,而时钟控制器则用于同步硬件之间的时钟。

三、算术逻辑单元算术逻辑单元(ALU)是计算机中的一个核心部件,主要用于完成各种算术、逻辑运算。

ALU通常包括加法器/减法器、乘法器、除法器等。

其中加法器/减法器负责实现基本的加减法操作,乘法器则主要负责实现乘法操作,而除法器则主要负责实现除法操作。

ALU还可以配合控制器完成各种复杂的运算,如比较、移位、异或等。

四、现代计算机的发展趋势随着技术的不断更新,现代计算机也在不断的发展和进步。

其中最为明显的就是计算机微处理器的不断升级。

现代计算机CPU不仅有更快的速度和更多的内核,还对指令集进行不断的优化。

与此同时,计算机的存储器和内存也在不断地增加,存储容量大幅提高,速度也更快了。

此外,新型的晶体管、化学电池、量子计算、人工智能等科技也将深入影响计算机的未来发展。

总之,计算机组成原理与设计是理解计算机硬件层面最基础也是最核心的一环,本文从计算机层次结构、控制器、算术逻辑单元、现代计算机的发展趋势四个方面阐述了计算机组成原理与设计的内容。

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《计算机组成原理》课程设计(2013/2014第二学期------第19周)指导教师:许建龙张芳班级: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。

四、实验要求:(1)根据内容自行设计相关指令微程序;(务必利用非上机时间设计好微程序) (2)设计测试程序、实验数据并上机调试。

(3)设计报告内容:包括1、设计目的2、设计内容3、微程序设计(含指令格式、功能、设计及微程序)4、实验数据(测试所设计指令的程序及结果)。

(具体要求安最新规范为准)(4) 大型实验报告必须打印成册,各班班长收齐大型实验报告于19周星期五前,交张芳老师办公室。

五、上机时间安排:2014计算机组成原理课程设计安排如下:(第十九周)(地点:10-413和414机房)备注:1.各班每2人一组,可自由组合但要固定,各班班长将各组组号及学生名单于第一次上机时上报指导教师;2.各班学生须严格按照规定的时间上机,不得无故缺席、迟到早退,指导教师会严格考勤。

指导教师:许建龙、张芳2014年6月18日计算机组成原理课程设计实验报告一、目的和要求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、实验环境TEC-2机,PC机三、具体内容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]指令格式:微程序:1)PC→AR,PC+1→PC: 0000 0E00 A0B5 54022)MEM→AR: 0000 0E00 10F0 00023)MEM→Q: 0000 0E00 00F0 00004)PC→AR,PC+1→PC: 0000 0E00 A0B5 54025)MEM→AR: 0000 0E00 10F0 00026)MEM+Q→Q: 0000 0E01 00E0 00007)PC→AR,PC+1→PC: 0000 0E00 A0B5 54028)MEM→AR 0000 0E00 10F0 00029)Q→MEM,CC#=0: 0029 0300 1020 00101)程序计数器加1,开辟一个内存单元2)指令地址送AR(ADDR1)3)将内存单元中的数据送入Q寄存器4)PC加1,开辟第二个内存单元5)将指令地址送AR6)完成加法(ADDR2内容+Q寄存器内容送Q寄存器)7)PC加1,开辟第三个内存单元8)将指令地址送AR(ADDR3)9)将结果送ADDR3,低电位有效用E命令输入微码:>E9000900 0000:0000 0000:0E00 0000:A0B5 0000:5402 0000:00000905 0000:0E00 0000:10F0 0000:0002 0000:0000 0000:0E00090A 0000:00F0 0000:0000 0000:0000 0000:0E00 0000:A0B5090F 0000:5402 0000:0000 0000:0E00 0000:10F0 0000:00020914 0000:0000 0000:0E01 0000:00E0 0000:0000 0000:00000919 0000:0E00 0000:A0B5 0000:5402 0000:0000 0000:0E00091E 0000:10F0 0000:0002 0000:0029 0000:0300 0000:10200923 0000:0010用D命令查看输入的微码:>D9000900 0000 0E00 A0B5 5402 0000 0E00 10F0 0002 ......T......... 0908 0000 0E00 00F0 0000 0000 0E00 A0B5 5402 ..............T. 0910 0000 0E00 10F0 0002 0000 0E01 00E0 0000 ................ 0918 0000 0E00 A0B5 5402 0000 0E00 10F0 0002 ......T......... 0920 0029 0300 1020 0010 0000 0000 0000 0000 .).............. 0928 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................ 0930 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................ 0938 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................ 0940 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................ 0948 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................ 0950 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................ 0958 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................ 0960 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................ 0968 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................ 0970 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................ 用A命令输入加载微码的程序:>A8000800: MOV R1,9000802: MOV R2,90804: MOV R3,1000806: LDMC0807: RET0808:用G命令运行加载微码的程序:>G800用A命令输入程序:>A8200820: MOV R0,00230822: MOV [A00],R00824: MOV R0,00320826: MOV [A01],R00828: NOP0829: NOP082A: NOP082B: NOP082C: RET082D:用E命令输入新指令:>E8280828 0000:D400 0000:0A00 0000:0A01 0000:0A02用U命令查看输入程序:>U8200820: 2C00 0023 MOV R0, 00230822: 3400 0A00 MOV [0A00], R00824: 2C00 0032 MOV R0, 00320826: 3400 0A01 MOV [0A01], R00828: D400 DW D4000829: 0A00 ADC R0, R0082A: 0A01 ADC R0, R1082B: 0A02 ADC R0, R2082C: AC00 RET082D: 0000 NOP082E: 0000 NOP082F: 0000 NOP0830: 0000 NOP0831: 0000 NOP0832: 0000 NOP0833: 0000 NOP用G命令运行程序:>G820用D命令查看运行结果:>DA000A00 0023 0032 0055 0000 0000 0000 0000 0000 .#.2.U..........0A08 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................0A10 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................0A18 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................0A20 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................0A28 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................0A30 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................0A38 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................0A40 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................0A48 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................0A50 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................0A58 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................0A60 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................0A68 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................0A70 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ................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。

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