组成原理课程设计-设计一台模型计算机
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
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
计算机组成原理课程设计-模型计算机的设计与实现
模型计算机的设计与实现
目录
1、设计目的 (1)
2、设计内容 (2)
3、设计要求 (2)
4、数据格式与指令系统 (2)
4.1 数据格式 (2)
4.2指令系统 (3)
5、设计原理与电路图 (3)
5.1总的逻辑框图： (3)
5.2指令的具体分析 (4)
6、微程序流程图、代码表 (5)
6.1 微程序流程图： (5)
6.2微指令分析 (5)
7、系统调试情况 (6)
8、参考文献 (6)
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。
计算机组成原理课程设计
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；
计算机组成原理课程设计(模型机)
模型机详细介绍
1. 模型机的结构
模型机主要由运算器、控制器、存储器、数据总线、输入输出和时序产生器组成，模型机的结构图如图1所示。
图1 模型机结构图
（1）运算器。运算器又由运算逻辑单元、数据暂存器、通用寄存器组成。在图1模型机的结构图中，ALU、ALU_G和74299组成运算逻辑单元，其中ALU是由2个4位的74LS181串联成8位的运算器，ALU_G是ALU-G 实现用于控制ALU的运算结果的输出，74299用74LS299实现用于对ALU 的运算结果进行移位运算；数据暂存器在图1中由DR1和DR2组成，DR1和DR2都是用74LS273实现，它们用于存储运算器进行运算的两个操作数；通用寄存器在图1中由R0、R1和R2组成，R0、R1和R2都是用74LS374实现，它们用作目的寄存器和源寄存器。
（2）控制器。控制器由微程序控制器、指令寄存器、地址寄存器和程序计数器组成。在图1中微程序控制器表示为MControl，它里面存放了指令系统对应的全部微程序，微程序控制器是由微控制存储器和3个138译码器实现（A138、B138和P138），用于产生控制信号来控制各个组件的工作状态；在图1中指令寄存器表示为IR，指令寄存器由一个74LS273实现，用于存放当前正在执行的指令；在图1中地址寄存器表示为AR，地址寄存器由一个74LS273实现，在读取或者写入存储器时用于指明要读取或
写入的地址；程序计数器在图1中由PC_G和PC组成，其中PC是由八位二进制同步计数器实现，用于产生程序指针pc的下一个值，PC_G由PC-G实现，用于存储程序的程序指针pc的值。
计算机组成原理课程设计---一台模型计算机的设计与调试
课程设计报告
课程名称：计算机组成原理
专业：计算机XXX 班级：计算机XXXX班
学号：
姓名：
指导老师：
日期：
目录
设计题目 (1)
1.数据格式 (1)
2.指令系统 (1)
2.1.算术逻辑运算指令 (1)
2.2.访内指令及转移指令 (1)
2.3.输入输出指令 (2)
2.4.停机指令 (2)
2.5.具体编码 (2)
3.数据通路 (3)
3.1.全局概略图 (3)
3.2.单片机写控制 (4)
3.3.微程序显示 (4)
3.4.指令寄存器 (5)
3.5.通用寄存器 (6)
3.6.运算器 (7)
3.7.内存和程序计数器 (8)
3.8.地址总线显示 (9)
3.9.手动输入微程序 (10)
3.10.单片机写微程序 (10)
3.11.控制存储器 (11)
3.12.指令译码 (12)
3.13.微地址显示 (13)
3.14.单片机与数据总线输入 (14)
3.15.设计说明 (14)
4.时序系统 (15)
4.1.时序系统与起停控制 (15)
4.2.时序波形图 (15)
5.微指令格式 (16)
6.微程序控制器 (17)
6.1.原理图 (17)
6.2.地址转移逻辑 (18)
7.微程序流程图 (19)
8.微程序代码表 (19)
9.设计体会 (21)
10.参考文献 (21)
11.附录 (21)
11.1.单片机写程序 (21)
11.1.微程序编码转换程序 (29)
设计题目
一台模型计算机的设计与调试
1.数据格式
字长：8位
格式：定点整数
其中: 第
定点整数：-128 ≤X≤127。
2.指令系统
指令的类型设计：算术逻辑运算、数据存取、程序控制、输入输出，按固定操作码4位长度进行设计，设计14条指令。
计算机组成原理课程设计基本模型机设计与实现
课程设计（大作业）报告课程名称：计算机组成原理
设计题目：基本模型机设计与实现
院系：信息技术学院
班级：计算机科学与技术3班
设计者：
学号：
指导教师：
设计时间：
昆明学院
信息技术学院
课程设计（大作业）任务书
目录
一、课程设计的教学目的
二、课程设计任务和基本要求
三、设计任务及分析
四、设计原理
五、操作步骤
1．本实验设计机器指令程序如下表所示。
２．根据下图连接线路
3．联机写程序
4. 联机运行
六、实验结果
七、实验总结
八、参考书籍
课程设计（大作业）报告
一、课程设计的教学目的
1. 在“微程序控制器的组成与微程序设计实验”的基础上，进一步将其中各单元组成系统构造一台模型计算机。
2. 本实验定义五条机器指令，编写相应的微程序，并上机调试运行，形成整机概念。
课程设计内容设计一台基本模型机，并实现相关的指令。
二、课程设计任务和基本要求
本课程设计以TDN-CM++计算机组成原理教学实验系统为平台设计完成。
1.按给定的数据格式和指令系统,设计一个微程序控制器。
2.设计给定机器指令系统以及微程序流程图,按微指令格式写出微
程序的为指令代码。
3.连接逻辑电路完成启动,测试,编程,测试,效验和运行,并观测运
行过程及结果。
4.将微程序控制器模块与运算器模块,存储器模块联机,组成一台
模型计算机。
5.用微程序控制器控制模型机的数据通路。
6.通过在模型机上运行由机器指令组成的简单程序,掌握机器指令
与微指令的关系,建立计算机整机的概念,掌握计算机的控制机制。
7.按指定的应用项目进行汇编指令格式及功能设计,并设计相应的
机器指令代码,按照模型机数据通路设计实现机器指令功能的微程序.在PC机上编辑机器指令和微程序,装载代码到TDN-CM++实验系统并运行,实现应用要求。
计算机组成原理课程设计(基本模型机的设计与实现(第1组))
沈阳工程学院
课程设计
设计题目：基本模型机的设计与实现（第1组）
系别信息工程系班级计本061
学生姓名刘根虎、都子卿、吴长鑫学号9、11、23 指导教师王健、李贞职称讲师、教授起止日期：2008年12月8日起——至2008年12月14日止
沈阳工程学院
课程设计任务书
课程设计题目：基本模型机的设计与实现（第1组）
系别信息工程系班级计本061
学生姓名刘根虎、都子卿、吴长鑫学号9、11、23 指导教师王健、李贞职称讲师、教授
课程设计进行地点：计算机组成原理实验室
任务下达时间：2008年12月5日
起止日期：2008年12月8日起——至2008年12月14日止教研室主任李贞2008年12月3日批准
一、课程设计的原始资料及依据
查阅有关计算机组成原理的教材、实验指导书等资料，进一步熟悉微程序控制器原理，微指令的设计方法。在掌握运算器、存储器、微程序控制器等部件的单元电路实验的基础上，进一步将各部件组成系统，构造一台基本模型计算机。为给定的机器指令编写相应的微程序，上机调试，掌握整机概念。
二、课程设计主要内容及要求
1．认真阅读资料，掌握给定的机器指令的操作功能。
2．分析并理解数据通路图。
3．根据数据通路图画出给定的机器指令的微程序流程图。
4．根据微指令格式编写每条机器指令对应的微程序，形成“二进制微指令代码表”。
5．全部微程序设计完毕后，将微程序中各个微指令正确地写入E2PROM芯片2816中。
6．进行机器指令程序的装入和检查。
7．运行程序，检查结果是否和理论值一致。
8．IN、ADD、JMP指令为必做指令，另外新定义1条机器指令重复上述过程。各组要求新定义的机器指令如下：
广东海洋大学计算机组成原理报告书-基本模型机的设计与实现
《计算机组成与结构》课程实习
基本模型机的设计与实现
系另比信息学院______________
班级：______________________________
指导教师：刘桃丽_________________
基本模型机的设计与实现
一、设计要求
1、课程设计题目：基本模型机的设计与实现
2、分组设计一台基本模型机，并在模型机上运行一个简单的程序。每组2-3 人，要求各组的指令系统不同。
3、根据设计的图纸，在验台上进行组装，并调试成功。
4、在组装调试成功的基础上，整理出设计图纸和其他文件，包括：
（1）总框图（数据通路图）
（2）微程序流程图
（3）微指令格式
（4）微程序代码表
（5）调试小结
二、课程实习使用的实验设备
系统功能：输入两个正整数，计算两正整数之间所有的正整数累加之和。即是累加求和。
需求分析：本程序包含加法（add）、减法（sub）、自加1（inc）、自减1（dec）条件转移（jc）、无条件转移（jmp）、停机（stp）等机器指令。其中Inc和dec为单独设计，其他指令为模型机所自带的。
设计模块：微指令设计、机器指令设计。
各模块功能：微指令：定义并执行多个并行操作微命令，包含控制字段、判别测试字段、下地
址字段
机器指令：包含操作码和操作数，操作码就是指令的动作它会在CPU 上产生相应的硬件动作操作数可以是被加工的数据也可以是数据的地址用于指定操作的对象.
输入输出的信号的含义及要求：在R0和R1分别输入待运算是数，R2输入
FF 由减法R2=R2-R1 用来控制累加次数.
三、课程实习步骤
计算机的功能和用途:
计算机组成原理项目课程设计
计算机组成原理项目课程设计
计算机组成原理是计算机科学与技术专业中的一门重要课程，旨在介绍计算机硬件系统的组成和工作原理。为了巩固学生对计算机组成原理的理论知识，提高实践能力，通常会设置计算机组成原理项目课程设计。
计算机组成原理项目课程设计是一个综合性的实践项目，旨在让学生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，并在实践中提升解决问题的能力。
在计算机组成原理项目课程设计中，学生需要完成以下几个主要任务：
1. 设计计算机系统的整体架构。学生需要根据计算机组成原理的知识，设计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. 实现计算机系统的各个部件。学生需要根据设计的计算机系统架构，逐个实现各个部件的功能。例如，设计并实现一个简单的指令集，编写控制器代码等。
3. 进行计算机系统的集成与测试。学生需要将各个部件进行集成，并进行一系列的测试，验证计算机系统的正确性和稳定性。例如，编写测试程序，测试指令的执行结果是否符合预期。
4. 进行性能优化与扩展。学生可以根据自己的兴趣和能力，对设计的计算机系统进行性能优化或扩展。例如，改进指令集，增加硬件资源等。
在计算机组成原理项目课程设计中，学生需要运用所学的计算机组成原理的知识，理解计算机系统的工作原理。通过设计和实现一个简单的计算机系统，学生可以更加深入地理解计算机硬件系统的组成和工作原理，培养解决实际问题的能力。
在计算机组成原理项目课程设计中，学生还可以学习到团队合作和项目管理的能力。通常情况下，计算机组成原理项目课程设计是以小组为单位进行的，学生需要与小组成员共同合作，分工合作，完成项目的各个阶段。
计算机组成原理CISC模型机设计(求负数平方和)
计算机组成原理课程设计说明书
题目：设计求负数平方和的CISC模型计算机
院（系）：计算机科学与工程学院
专业：网络工程
学生姓名黄武平
学号：**********
指导教师：***
1、课程设计的题目和内容：设计一台嵌入式CISC模型计算机（采用定长
CPU周期、联合控制方式），并运行能完成一定功能的机器语言程序进行验证。
要求连续输入5个有符号整数（用8位二进制补码表示，十六进制数输入）求所有负数的平方和并输出显示。
说明：①5个有符号数从外部输入；
②一定要使用符号标志位（比如说SF），并且要使用负的时候转移（比如
说JS）或不为负的时候转移（比如说JNS）指令。
课程设计完成的内容
1.完成系统的总体设计，画出模型机数据通路框图；
2.设计微程序控制器（CISC模型计算机）的逻辑结构框图；
3.设计机器指令格式和指令系统；
4.设计时序产生器电路；
5.设计所有机器指令的微程序流程图；
6.设计操作控制器单元；
在CISC模型计算机中，设计的内容包括微指令格式（建议采用全水平型微指令）、微指令代码表（根据微程序流程图和微指令格式来设计）和微程序控制器硬件电路（包括地址转移逻辑电路、微地址寄存器、微命令寄存器和控制存储器等。具体电路根据微程序控制器的逻辑结构框图、微指令格式和微指令代码来设计）。
7.设计模型机的所有单元电路，并用VHDL语言（也可使用GDF文件----图形描述文件）对模型机中的各个部件进行编程，并使之成为一个统一的整体，即形成顶层电路或顶层文件；
8.由给出的题目和设计的指令系统编写相应的汇编语言源程序；
计算机组成原理课程设计基本模型机及使用6116芯片设计8K×16位存储器逻辑
设计题目模型机设计与实现
课程设计任务书
1.完成<<计算机组成原理>>课程教学与实验
2.TD-CMA计算机组成原理教学实验系统
要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
1.掌握复杂指令系统计算机的微控制器功能与结构特点
2.熟悉TD-CMA教学实验系统的微指令格式
3.设计五条机器指令,并编写对应的微程序
4.在TDN-CMA教学实验系统中调试机器指令程序,确认运行结果
5.建立复杂指令系统计算机的整机概念模型
目录
1.课程设计目的——————————————————————1
2.课程设计设备——————————————————————1
3.课程设计内容——————————————————————1 3.1课程设计原理—————————————————————1 3.2课程设计机器指令———————————————————2 3.3微指令格式——————————————————————2 3.4数据通路图——————————————————————3 3.5微程序流程图—————————————————————3 3.6微指令二进制微代码表—————————————————4
3.7机器指令程序—————————————————————5
4.实验步骤————————————————————————5 4.1实验接线———————————————————————5 4.2写入实验程序—————————————————————6
4.3运行程序———————————————————————7
计算机组成原理实验八复杂模型机的设计与实现心得
计算机组成原理实验八复杂模型机的设计与实现心得
在计算机组成原理实验八中，我们需要设计并实现一个复杂的模型机。这是一个很有挑战性的任务，需要我们充分运用所学的知识和技能，才能成功完成。
在设计过程中，我们首先需要明确模型机的功能需求，并根据需求确定模型机的各个部分以及它们之间的相互关系。在此基础上，我们可以开始进行具体的设计和实现工作。
在具体实现过程中，我们需要注意代码的可读性和可维护性，尽量避免出现冗长、复杂的代码结构。同时，我们需要对代码进行严格的测试和调试，确保模型机的各个部分都能正常运行和协同工作。
通过这次实验，我不仅深入了解了计算机组成原理的相关知识，也锻炼了自己的设计和实现能力。希望今后能够在这方面继续努力，不断提高自己的技能水平。
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组成原理课程设计-设计一台模型计算机
计算机组成原理课程设计
一、基本要求：设计一台模型计算机
具体内容： 1. 数据格式和指令系统 2. 数据通路
3. 时序系统
4. 微指令格式
5. 微程序控制器
6. 微程序流程图
7. 微程序代码表 二、模型机设计
1. 数据格式和指令系统的约定
1) 数据格式
模型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为8位，其格式如下：
其中: 第7位为符号位，数值表示范围是：-1≤X ＜1。
2) 指令系统
模型机设计四大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令（9条）、I ／O 指令（4条）、访内及转移指令（2条）和停机指令（1条）。
因为指令系统共16条指令，所以操作码是4位。
由于模型机机器字长为8位，故设计单字长指令和双字长指令供使用。
(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：
其中，9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式。
(2) 访内指令及转移指令
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，
(正负均可)，X 为寻址方式，其定义如下：
格式如下：
其中，addr=01 时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为入设备，addr=10时，选中“OUTPUT DEVICE”中的数码快作为输出设备。
(4) 停机指令
格式如下：
2. 数据通路
简单的模型计算机是由运算器、控制器、存储器、总线、输入输出和时序产生器组成。
在模型机中，我们将要实现RAM的读写指令，寄存器的读写指令，跳转指令，ALU的加、减、与、或指令。把通用寄存器作为累加器A，进行左、右移等指令，整体构成一个单累加器多寄存器的系统。
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-简单模型机设计课设
兰州理工大学技术工程学院
计算机组成原理课程设计任务书（09级）题目：模型机设计—1
学生姓名：学号：
班级：计算机科学与技术(2)班指导老师：
一、计算机组成原理课程设计题目简介
该设计要求学成根据计算机组成原理课程所学知识，设计、开发一套简单的模型就算计。
通过对一个简单计算机的设计，以达到对计算机的基本组成、部件的功能与设计、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。通过模型机的设计和调试，连贯运用计算机组成原理课程学到的知识，建立计算机整体概念，加深计算机时间与空间概念的理解。
二、计算机组成原理课程设计任务
1、查阅文献资料，一般在5篇以上；
2、以教学实验用模型机为背景，通过调研、分析现有的模型机，建立带有带8位自增、自减指令的整机模型；
3、完成系统编程与测试工作；
4、撰写设计说明书；
5、做好答辩工作。
三、计算机组成原理课设设计的主要内容、功能及指标
1、根据任务要求设计整体系统的方案。
2、存储系统：使用模型机的存储模块，说明存储器的输入输出时序，模块连接方式等。
3、运算器：使用模型机的器件，组成带有片间串行进位8位移位运算功能的运算器。
4、微程序控制器模块：使用教学机的系统，设计微程序控制器。
5、设计模型机指令系统：（含设计微指令格式，微程序流程图，每条指令所对
应的微程序等）。指令系统包括下列指令：IN、OUT、STA、LDA、JMP、BZC、CLR、MOV、
ADD、SUB、ADC、ADT、INC、DEC、SBT、SBC
6、了解并说明教学模型机的输入输出模块。
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。
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计算机组成原理课程设计
一、基本要求：设计一台模型计算机
具体内容： 1. 数据格式和指令系统 2. 数据通路
3. 时序系统
4. 微指令格式
5. 微程序控制器
6. 微程序流程图
7. 微程序代码表
二、模型机设计
1. 数据格式和指令系统的约定
1) 数据格式
模型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为8位，其格式如下：
7 6 5 4 3 2 1 0
其中: 第7位为符号位，数值表示范围是：-1≤X＜1。
2) 指令系统
模型机设计四大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令（9条）、I／O指令（4条）、访内及转移指令（2条）和停机指令（1条）。
因为指令系统共16条指令，所以操作码是4位。
由于模型机机器字长为8位，故设计单字长指令和双字长指令供使用。
(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 0
其中，OP-CODE为操作码，Rs为源寄存器，Rd为目的寄存器，并规定：9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式。
(2) 访内指令及转移指令
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：
7 6 5 4 3 2 1 0
其中，OP-CODE为操作码，Rd为目的寄存器，D为位移量(正负均可)，X为寻址方式，其定义如下：
(3) 输入输出指令
格式如下：
7 6 5 4 3 2 1 0
其中，addr=01 时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为入设备，addr=10时，选中“OUTPUT DEVICE”中的数码快作为输出设备。
(4) 停机指令
格式如下：
7 6 5 4 3 2 1 0
这类指令只有一条，即停机指令HALT
(5) 模型机指令系统
2. 数据通路
简单的模型计算机是由运算器、控制器、存储器、总线、输入输出和时序产生器组成。
在模型机中，我们将要实现RAM的读写指令，寄存器的读写指令，跳转指令，ALU的加、减、与、或指令。把通用寄存器作为累加器A，进行左、右移等指令，整体构成一个单累加器多寄存器的系统。
运算器模块主要由四片74LS181、暂存器两片74LS273等构成。其中74LS181可通过控制器相应的控制指令来进行某种运算，具体由S0、S1、S2、S3、M、CN来决定。T4是它的工作脉冲，正跳变有效。寄存器堆模块为实验计算机提供了2个8位通用寄存器。它们用来保存操作数及其中间运算结果，它对运算器的运算速度、指令系统的设计等都有密切关系。在该运算器中，有两片74LS181组成算术和逻辑运算。数据的来源由74LS273寄存器提供，74LS273产生16位数据分别送入到74LS181运算器中进行相应的运算。
主存储器单元电路主要用于存放实验机的机器指令，它的数据总线挂在外部
数据总线EXD0～EXD7上；它的地址总线由地址寄存器单元电路中的地址寄存器74LS273（U37）给出，地址值由8个LED灯LAD0～LAD7显示，高电平亮，低电平灭；在手动方式下，输入数据由键盘提供，并经一三态门74LS245（U51）连至外部数据总线EXD0～EXD7，实验时将外部数据总线EXD0～EXD7用8芯排线连到内部数据总线BUSD0～BUSD7，分时给出地址和数据。它的读信号直接接地；它的写信号和片选信号由写入方式确定。该存储器中机器指令的读写分手动和自动两种方式。手动方式下，写信号由W/R`提供，片选信号由CE`提供；自动方式下，写信号由控制CPU的P1.2提供，片选信号由控制CPU的P1.1
提供。由于地址寄存器为8位，故接入6264的地址为A0～A7，而高4位A8～A12接地，所以其实际使用容量为256字节。6264有四个控制线：CS1第一片选线、CS2第二片选线、OE读线、WE写线。CS1片选线由CE`控制（对应开关CE）、OE读线直接接地、WE写线由W/R`控制（对应开关WE）、CS2直接接+5V。
为了向主存储器RAM中装入程序或数据，并且检查写入是否正确以及能运行主存储器中的程序，必须设计三个控制操作微程序。
·存储器读操作：拨动总清开关后，置控制开关SWB、SW A为“00”时，按要求连线后，连续按“启动运行”开关，可对主存储器RAM连续手动读操作。
·存储器写操作：拨动总清开关后，置控制开关SWB、SW A为“01”时，按要求连线后，再按“启动运行”开关，可对主存储器RAM进行连续手动写入。
·运行程序：拨动总清开关后，置控制开关SWB、SW A为“11”时，按要求连线后，再按“启动运行”开关，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行。
IR指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把指令从内
存去到DR中，然后再传送至IR。指令由操作码和地址码字段组成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行P测试，通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。指令译码器根据指令中的操作码译码强置微控器单元的地址，使下一条微指令指向相应的微程序的首址。
本系统有两种外部I\O设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备；另一种是数码块，它作为输出设备。输入时二进制开关数据直接经过三态门送到外部数据总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不变。输出时，将输出数据送到外部数据总线上，当写信号有效时将数据打入输出锁存器，驱动数码块显示。
根据计算机的执行原理对各个元部件进行状态控制，最终设计出模型机的数据通路框图见附件一的图1。
计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。
数据的通路从程序计数器PC的地址送到主存的地址寄存器，根据地址寄存器的内容找到相应的存储单元。存储器中的数据是指令时，那么数据是从RAM送到总线，再从总线送到IR中。存储器中的数据是需要加工的数据时，那么数据是从RAM送到总线，再从总线
送到通用寄存器中等待加工。
数据加工过程中，两个数据是从总线上将数据分别分时压入两个暂存器中，等待运算部件的加工，在数据加工完成以后。运算结果是通过三太门送到总线上。三态门的控制时由微控制器来控制。
3. 时序系统
本实验装置的主存模块和操作控制器模块都带有时序电路，在连续或单脉冲源的作用下时序电路能连续或单步地输出T1、T2、T3、T4、信号，并有启停控制信号。在微程序控制器中，机器指令和微指令的时序关系比较简单，所以时序电路也比较简单。读取一个控存单元的时间与机器指令的CPU周期的时间相同，指令周期等于CPU周期与本质了所含微指令条数的积。
时序系统的设计见附件2的图2。
节拍电位与节拍脉冲时序关系图见附件3的图3。
4. 微指令格式
微指令格式采用水平型微指令，微命令编码采用直接表示法和字段直接译码法相结合的混合表示法，以缩短微指令长度，后继地址采用断定方式，微指令格式如下：