一台模型计算机的设计
计算机组成与结构实验指导(学生)1
《计算机组成与结构》实验指导（学生用书）1.实验硬件环境简介2.运算器原理实验3.存储器工作原理实验4.简单模型机的设计与实现实验硬件环境简介一．系统构成TDN-CN计算机组成原理实验箱由八个功能模块单元构成，各功能模块的名称及包含的主要器件如表1-1所示。
表1-1TDN-CM系统构成电路名称主要电路内容运算器单元(ALUUNIT) 运算器、进位控制器、移位寄存器、寄存器堆、通道内部总线程序存储器单元(PRAMUNIT)RAM6116、地址寄存器、地址移位寄存器微控器单元(MCROCONTROLLERUNIT) 指令寄存器、指令译码器、微代码控制寄存器及其编程器、逻辅译码单元、时序电路逻辑信号测量单元两路逻辑信号PC示波器12131313131单片机控制单元（PC UNIT)控制单片机、RS-232C串口等I/O单元开关、显示灯、控制台(读写、启动、停机〉电源采用高效开关电源、输出为5V/2A、±12V/02A 系统操作器(选件〉24键键盘和8位LED显示、打印机接口二．系统主要元件配置系统中各主要功能单元所采用的器件如表1-2所示表1-2 实验板的主要元件配置名称器件型号数量运算器74LS181 2移位器74LS299 1通用寄存器74LS273 2 74LS274 3指令程序存储器SRAM6116 1 指令寄存器74LS273 1程序计数器74LS161 2时序发生器74LS175 1 74LS74 1启停控制器拨动开关 2微动开关 2 微程序控制存储器E2PROM2816 3微指令寄存器74LS273 2 74LS175 1微地址寄存器74LS74 3 编辑运行方式开三态开关 1信号源555 1 74LS123 1 电位器 2显示灯发光二极管8 机内电源|5V、±12V输出8 单片机89C51 1串行通讯接口MC1488 1 MC1489 1 9针插座 1实验用元件排线若干三．系统单元电路简介1．运算器单元（ALU UNIT）运算器电路单元由两部分组成：运算器单元（ALU UNIT）和寄存器堆单元（REG UNIT），运算器运算器电路单元位于实验板的左部，其中标有“ALU UNIT”。
白中英《计算机组成原理》(第5版)教材精讲(课程教学实验设计 TEC—8实验系统平台)
10.1 TEC—8实验系统平台一、TEC一8实验系统技术特点1．模型计算机采用8位字长，简单而实用,有利于学生掌握模型计算机整机的工作原理。
通过8位数据开关用手动方式输入二进制测试程序，有利于学生从最底层开始了解计算机工作原理。
2．指令系统采用4位操作码，可容纳l6条指令。
已实现加、减、与、加l、存数、取数、条件转移、无条件转移、输出、中断返回、开中断、关中断和停机等14条指令，指令功能非常典型。
3．采用双端口存储器作为主存，实现数据总线和指令总线双总线体制，实现指令流水功能，体现出现代CPU设计理念。
4．控制器采用微程序控制器和硬连线控制器2种类型，体现了当代计算机控制器技术的完备性。
5．微程序控制器和硬连线控制器之间的转换采用独创的一次全切换方式，切换不用关电源，切换简单、安全可靠。
6．制存储器中的微代码可用PC下载，省去了E2PROM器件的专用编辑器和对器件的插、拔。
7．运算器中ALU采用2片74181实现，包含4个8位寄存器组使用1片EPM7064实现，设计新颖。
8．一条机器指令的时序采用不定长机器周期方式，符合现代计算机设计思想。
9．在TEC-8上进行计算机组成原理或计算机组成与系统结构课程时实验接线较少，让学生把精力集中在实验现象的观察、思考和实验原理的理解上。
二、TEC-8实验系统组成TEC-8实验系统由下列部分构成：1．电源安装在实验箱的下部，输出+5V，最大电流为3A。
220V交流电源开关安装在实验箱的右侧。
220V交流电源插座安装在实验箱的背面。
实验台上有一个+SV电源指示灯。
2．实验台实验台安装在实验箱的上部，由一块印制电路板构成。
TEC-8模型计算机安装在这块印制电路板上。
学生在实验台上进行实验。
3．下载电缆用于将新设计的硬连线控制器或者其他电路下载到EPM7128器件中。
下载前必须将下载电缆的一端和PC机的并行口连接，另一端和实验台上的下载插座连接。
4．USB通信线USB通信线用于在PC机上在线修改控制存储器中的微代码。
复杂模型机实验实验报告（共9篇）
复杂模型机实验实验报告(共9篇)_复杂模型机实验报告计算机组成原理实验报告实验题目：一台模型计算机的总体设计之复杂模型机设计实验目的：(1)在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统，构造一台复杂模型计算机，建立一台基本完整的整机。
(2)为其定义至少五条机器指令，并编写相应的微程序，通过联机调试，观察计算机执行指令：从取指令、指令译码、执行指令等过程中数据通路内数据的流动情况，进一步掌握整机概念。
实验设备TDN-CM+教学实验系统一套、微型计算机一台、排线若干。
实验原理：(1)数据格式及指令系统：①数据格式模型机规定数据采用定点整数补码表示，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－27 ≤X≤27－1 ②指令格式模型机设计4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。
A．算术逻辑指令设计九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，OP－CODE为操作码，RS为源寄存器，RD为目标寄存器，并规定：九条算术逻辑指令的助记符、功能和具体格式见表5.2－1。
B.访问及转移指令：模型机设计两条访问指令，即存数(STA)、取数(LDA)，两条转移指令，即无条件转移(JMP)、结果为零或有进位转移(BZC)，指令格式如下：其中，OP－CODE为操作码，RD为目的寄存器地址(LDA、STA 指令使用)。
D为位移量(正负均可)，M为寻址模式，其定义如下：本模型机规定变址寄存器RI指定为寄存器R2。
C．I/O指令：输入(IN)和输出(OUT)指令采用单字节指令，其格式如下：其中，addr=01时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为输入设备，addr=10时，选中“OUTPUT DEVICE”中的数码块作为输出设备。
D．停机指令：停机指令格式如下：HALT指令，用于实现停机操作。
③指令系统：本模型机共有16条基本指令，其中算术逻辑指令七条，移位指令两条，访问内存指令和程序控制指令四条，输入/输出指令两条，其它指令一条。
计算机网络体系结构与参考模型
计算机网络体系结构与参考模型计算机网络层次结构模型和各层协议的集合被定义为计算机网络体系结构，网络体系结构的提出不仅方便了大家对网络的认识和学习，同时也加强了人们对网络设计和实现的指导。
在这一节中我们主要讨论网络的分层结构、一些基本概念及ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型等。
1.2.1计算机网络分层结构网络分层结构的出现其实是将复杂的网络任务分解为多个可处理的部分，使问题简单化。
而这些可处理的部分模块之间形成单向依赖关系，即模块之间是单向的服务与被服务的关系，从而构成层次关系，这就是分层。
分层网络体系结构的基本思想是每一层都在它的下层提供的服务基础上提供更高级的增值服务，且通过服务访问点（SAP）来向其上一层提供服务。
在OSI分层结构中，其目标是保持层次之间的独立性，也就是第（N）层实体只能够使用（N-1）层实体通过SAP提供的服务；也只能够向（N+1）层提供服务；实体间不能够跨层使用，也不能够同层调用。
网络是一个非常复杂的整体，为便于研究和实现，才将其进行分层，其中分层的基本原则是。
（1）各层之间界面清晰自然，易于理解，相互交流尽可能少。
（2）各层功能的定义独立于具体实现的方法。
（3）网中各节点都有相同的层次，不同节点的同等层具有相同的功能。
（4）保持下层对上层的独立性，单向使用下层提供的服务。
计算机网络层次结构模型和各层协议的集合被定义为计算机网络体系结构，网络体系结构的提出不仅方便了大家对网络的认识和学习，同时也加强了人们对网络设计和实现的指导。
在这一节中我们主要讨论网络的分层结构、一些基本概念及ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型等。
1.2.1计算机网络分层结构网络分层结构的出现其实是将复杂的网络任务分解为多个可处理的部分，使问题简单化。
而这些可处理的部分模块之间形成单向依赖关系，即模块之间是单向的服务与被服务的关系，从而构成层次关系，这就是分层。
分层网络体系结构的基本思想是每一层都在它的下层提供的服务基础上提供更高级的增值服务，且通过服务访问点（SAP）来向其上一层提供服务。
计算机组成原理课程设计的实验报告范文
长治学院课程设计报告课程名称：计算机组成原理课程设计设计题目：设计一台性能简单的计算机系别：计算机系专业：计科1101班组别：第三组学生姓名: 学号:起止日期: 2013年7月4日~ 2013年7月10日****:***目录一、课程设计的目的 ----------------------------------1二、设计要求 ----------------------------------------1三、设计的方法及过程---------------------------------23.1整机设计 --------------------------------------23.1.1 根据设计要求正确设置正确设置多路开关-------23.1.2操作控制信号及其实现方式-------------------23.1.3根据接线表画出整机的线路图-----------------2 3.2．设计指令系统----------------------------------3 3.3．设计微指令及指令的微程序----------------------43.3.1设计微地址 --------------------------------4 3.3.2写出指令的执行流程-------------------------3 3.3.3编写指令的微程序---------------------------53.4．编写并执行应用程序----------------------------8四、心得体会-----------------------------------------7 一课程设计的目的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理；二设计要求题一研制以台性能如下的实验计算机。
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。
基本模型机的设计与实现
基本模型机的设计与实现1.设计目的1、在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统构造一台基本模型计算机。
2、为其定义五条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试，掌握整机软硬件组成概念。
2.设计内容2.1设计原理部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，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，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。
2.1.1有关微控制器部分的介绍微程序控制电路：微程序控制器的组成见图10，其中控制存储器采用3片2816的E2PROM，具有掉电保护功能，微命令寄存器18位，用两片8D触发器(74273)和一片4D(74175)触发器组成。
微地址寄存器6位，用三片正沿触发的双D触发器(7474)组成，它们带有清“0”端和预置端。
在不判别测试的情况下，T2时刻打入微地址寄存器的内容即为下一条微指令地址。
当T4时刻进行测试判别时，转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过强置端将某一触发器置为“1”状态，完成地址修改。
在该实验电路中设有一个编程开关(位于实验板右上方)，它具有三种状态：PROM (编程)、READ(校验)、RUN(运行)。
当处于“编程状态”时，实验者可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器2816中。
当处于“校验状态”时，可以对写入控制存储器中的二进制代码进行验证，从而可以判断写入的二进制代码是否正确。
当处于“运行状态”时，只要给出微程序的入口微地址，则可根据微程序流程图自动执行微程序。
图中微地址寄存器输出端增加了一组三态门，目的是隔离触发器的输出，增加抗干扰能力，并用来驱动微地址显示灯。
微指令格式：上图为地址转移逻辑电其中UA5--UA0为6位的后续微地址，A，B，C为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多个微命令。
计算机辅助设计
计算机辅助设计计算机辅助设计（Computer-Aided Design，简称CAD）是指利用计算机技术和相应的软件工具来辅助进行产品设计、建筑设计、工程设计等创作过程的方法。
随着科技的不断进步，计算机辅助设计在各个领域中起着越来越重要的作用。
本文将探讨计算机辅助设计的意义、应用领域以及其带来的好处。
一、计算机辅助设计的意义计算机辅助设计的出现是人类智慧的结晶，它通过引入计算机和相关软件，使传统的手工绘图方式向数字化、自动化方向发展。
计算机辅助设计的意义主要体现在以下几个方面：1. 提高设计效率：计算机辅助设计借助各种设计工具，能够快速完成设计任务，大大提高了工作效率。
与传统手工绘图相比，它能够节省大量的时间和精力。
2. 准确性和精确性：计算机辅助设计能够消除传统手工绘图中的误差和瑕疵，确保设计结果的准确性和精确性。
设计者只需输入正确的参数和数据，计算机就能够准确地绘制出图形和模型。
3. 可视化呈现：计算机辅助设计可以将设计结果以图形、模型或动画的形式直观地展现出来，使设计者和客户更直观地了解设计方案，减少了沟通的障碍。
4. 重复利用和修改便捷：计算机辅助设计允许设计者对已完成的设计文件进行编辑和修改，可以快速创建新的设计，实现多次重复利用，提高了工作效率和设计质量。
二、计算机辅助设计的应用领域计算机辅助设计广泛应用于各个领域，包括但不限于以下几个领域：1. 工业制造：计算机辅助设计在汽车设计、机械制造、航空航天等领域中得到广泛应用。
利用CAD软件可以快速设计出复杂的零部件和装配体，提高制造效率和产品质量。
2. 建筑设计：计算机辅助设计在建筑设计与规划中起到了重要的作用。
通过CAD软件，建筑师可以方便快捷地设计楼房的平面布局和立体效果图，为工地施工提供准确的图纸和模型。
3. 电子电路设计：计算机辅助设计在电子电路设计中应用广泛。
通过CAD软件，可以绘制出电路图、布板和模拟分析等，提高了电路设计的效率和可靠性。
CPU与简单模型机设计实验
掌握一个简单CPU 的组成原理。
在掌握部件单元电路的基础上，进一步将其构造一台基本模型计算机。
为其定义五条机器指令，编写相应的微程序，并上机调试掌握整机概念。
PC 机一台，TD-CMA 实验系统一套本实验要实现一个简单的 CPU,并且在此CPU 的基础上，继续构建一个简单的模型计算机。
CPU由运算器（ALU 、微程序控制器（MC 、通用寄存器（R0）,指令寄存器（IR ）、程序计数器（PC 和地址寄存器（AR ）组成,如图5-1-1所示。
这个CPU 在写入相应的微指令后， 就具备了执行机器 指令的功能，但是机器指令一般存放在主存当中，CPU 必须和主存挂接后，才有实际的意义，所以还需要在该CPU 的基础上增加一个主存和基本的输入输出部件，以构成一个简单的模型计算机。
图5-1-1基本CPU 构成原理图除了程序计数器（PC ，其余部件在前面的实验中都已用到，在此不再讨论。
系统的程序计 数器（PC 和地址寄存器（AR 集成在一片CPLD 芯片中。
CLR 连接至CON 单元的总清端CLR 按 下CLR 按钮，将使PC 清零，LDPC 和T3相与后作为计数器的计数时钟，当LOA 场低时，计数时钟到来后将CPU 内总线上的数据打入 PG 如图5-1-2所示。
图5-1-2程序计数器（PC ）原理图本模型机和前面微程序控制器实验相比， 新增加一条跳转指令JMP,共有五条指令：IN （输入）、ADD （二进制加法）、OUT （输出）、JMP （无条件转移），HLT （停机），其指令格式如下（高4位为操作码）：其中JMP 为双字节指令，其余均为单字节指令，******** 为addr 对应的二进制地址码。
微程 序控制器实验的指令是通过手动给出的，现在要求CPU 自动从存储器读取指令并执行。
根据以上要求，设计数据通路图，如图 5-1-3所示。
本实验在前一个实验的基础上增加了三个部件，一是 PC （程序计数器），另一个是 AR （地址寄存器），还有就是 MEM （主存）。
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。
Okumura—Hata模型的计算机编程
Okumura—Hata模型的计算机编程摘要：移动通信中，由于移动台在不停的运动，电波传播的实际情况是复杂多变的。
为此，人们通过大量的实地测量和分析，总结归纳了多种经验模型。
通常在一定情况下，使用这些模型对移动通信电波传播特性进行估算，都能获得比较准确的预测结果。
Okumura—Hata 模型是目前应用最广泛的模型，由此，通过计算机编程或仿真更能方便的得出基本传输损耗。
关键词：移动通信Okumura—Hata编程传输损耗一、Okumura—Hata模型的介绍移动通信中电波传播的实际情况是复杂多变的。
实践证明，任何试图使用一个或几个理论公式计算的结果，都将引入较大误差。
甚至与实测结果相差甚远。
为此，人们通过大量的实地测量和分析，总结归纳了多种经验模型。
通常在一定情况下，使用这些模型对移动通信电波传播特性进行估算，都能获得比较准确的预测结果。
能否准确预测基站信号的覆盖情况是移动通信网络规划的优劣所在，提高预测准确度的关键在于选择最能接近实测值的预测模型。
目前应用较为广泛的是OM模型（Okumura模型），为了在系统设计时，使Okumura模型能采用计算机进行预测，Hata对Okumura模型的基本中值场强通过对其他预测模型的分析对比，并与实测数据的仿真比较，得出了0kumum—Hata预测模型更接近实测值的结论。
移动通信系统中的无线电波是在不规则地形情况下进行传播的，在估算路径损耗时，应考虑特定地区的地形因素，预测模型的目标是预测特定点或特定区域(小区)的信号强度，但在方法复杂性和精确性方面差异很大，因此针对不同地形特点，要选择最适合于本地的预测模型。
在传播预测模型中通常将地形划分为城区、郊区、开阔地和空间自由传播四种情况，城市郊区人口密度介于乡村和繁华市区，基站规划需同时考虑覆盖范围和用户容量两方面因素，随着移动用户的急剧增加，目前城市郊区基站的覆盖范围通常不足lkm，要选择预测模型，需将该地区具有代表性的测量数据代人模型，根据仿真结果以确定出可选用的模型。
冯诺依曼结构 模型
冯诺依曼结构模型冯诺依曼结构是计算机体系结构的一种基本模型，由冯·诺依曼（John von Neumann）在20世纪40年代提出。
这个模型对计算机的设计和实现产生了深远的影响，成为现代计算机体系结构的基础。
1. 冯诺依曼结构概述冯诺依曼结构是一种以存储程序方式工作的计算机体系结构。
它包括五个主要组成部分：中央处理器（Central Processing Unit, CPU）、存储器（Memory）、输入设备（Input）、输出设备（Output）和控制器（Control Unit）。
这些部件通过总线（Bus）相互连接。
2. 冯诺依曼结构的主要特点2.1 存储程序冯诺依曼结构中，指令和数据以二进制形式存储在同一个存储器中。
这意味着程序本身也可以被当作数据进行处理。
程序可以按照顺序执行，也可以通过跳转指令改变执行顺序，实现分支和循环等控制结构。
2.2 单一存储器冯诺依曼结构中，指令和数据共享同一存储器。
这样可以避免使用多个存储器导致的数据传输延迟和复杂性。
同时，程序可以通过地址访问存储器中的指令和数据。
2.3 指令流水线冯诺依曼结构中的控制器可以对指令进行解码和执行。
为了提高计算机的性能，可以使用指令流水线技术，将指令的执行分为多个阶段，并同时执行多条指令。
这样可以提高计算机的吞吐量。
2.4 存储层次结构冯诺依曼结构中的存储器可以分为多个层次，从高速缓存（Cache）到主存（Main Memory），再到辅助存储器（Secondary Storage）。
不同层次的存储器速度和容量不同，通过层次化设计可以提高计算机的访问速度和效率。
3. 冯诺依曼结构与现代计算机体系结构冯诺依曼结构模型对现代计算机体系结构产生了深远影响，并成为其基础。
然而，现代计算机体系结构在冯诺依曼结构的基础上进行了许多扩展和改进。
3.1 并行处理现代计算机体系结构引入了并行处理的概念，通过多核处理器、向量处理器等技术实现多个任务的同时执行。
计算机组成原理课程设计（中央处理器--微程序控制器设计）
“计算机组成原理”课程设计报告微程序控制器的设计一、设计思路按照要求设计指令系统，该指令系统能够实现数据传送，进行加、减运算和无条件转移，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。
从而可以想到如下指令： （１）24位控制位分别介绍如下：位控制位分别介绍如下： XRD XRD ：： 外部设备读信号，当给出了外设的地址后，输出此信号，从指定外设读数据。
定外设读数据。
EMWR EMWR：： 程序存储器EM 写信号。
写信号。
EMRD EMRD：： 程序存储器EM 读信号。
读信号。
PCOE PCOE：： 将程序计数器PC 的值送到地址总线ABUS 上。
上。
EMEN EMEN：： 将程序存储器EM 与数据总线DBUS 接通，由EMWR 和EMRD 决定是将DBUS 数据写到EM 中，还是从EM 读出数据送到DBUS DBUS。
IREN IREN：： 将程序存储器EM 读出的数据打入指令寄存器IR 和微指令计数器uPC uPC。
EINT EINT：： 中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。
中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。
ELP ELP：： PC 打入允许，与指令寄存器的IR3IR3、、IR2位结合，控制程序跳转。
转。
MAREN MAREN：将数据总线：将数据总线DBUS 上数据打入地址寄存器MAR MAR。
MAROE MAROE：将地址寄存器：将地址寄存器MAR 的值送到地址总线ABUS 上。
上。
OUTEN OUTEN：将数据总线：将数据总线DBUS 上数据送到输出端口寄存器OUT 里。
里。
STEN STEN：： 将数据总线DBUS 上数据存入堆栈寄存器ST 中。
中。
RRD RRD：： 读寄存器组读寄存器组R0-R3R0-R3，寄存器，寄存器R?R?的选择由指令的最低两位决定。
的选择由指令的最低两位决定。
的选择由指令的最低两位决定。
简单模型机实验报告
简单模型机实验报告篇一：模型机实验报告HUNAN UNIVERSITY课程实习报告题目：模型机学生姓名学生学号 XX0801328专业班级计算机科学与技术（3）班指导老师方恺晴完成日期 XX.5.28思考题：1. 给定一个复合运算式子以及指令码IR[7..5]与八位BUS总线对应情况。
要求写出七条指令新的指令码并写出复合运算执行mif文件。
修改模型机电路调试程序以实现复合运算。
例：已知A=55H，B=8AH，C=F0H；IR[7..5]对应BUS8,BUS1,BUS3；写出(Aplus/B)^(/(/CplusB))的mif文件，并在模拟机上实现。
答：模拟机电路修改如下：存储器预设指令重设：计算结果：(A+/B)^(/(/C+B))=42H2. Microcomputer.vhd代码中进程ct1，ct2，ct3，ct4功能划分依据是什么？ct1：微序列控制器下址跳转。
ct2：实现各种指令，主要集中在实现从存储器或者寄存器释放数据到总线上。
ct3：完成各种指令，从总线上装载数据到相应的存储器或者寄存器中。
ct4：生成下址，判断下址生成方式，根据不太那个的方式生成下址。
3. Microcomputer.vhd代码中如何定义并初始化RAM？type ram is array(0 to 37)of std_logic_vector(7 downto 0); --38*8ramsignal ram8:ram:=(x”20”, x”1e”, x”80”, x”40”, x”20”, x”20”, x”1d”, x”c0”, x”20”, x”40”, x”21”, x”20”, x”1f”, x”80”, x”40”, x”22”, x”20”, x”1e”, x”c0”, x”22”, x”80”, x”e0”, x”21”, x”40”, x”23”, x”60”, x”23”, x”a0”, x”00”, x”55”, x”8a”, x”f0”,others=>x”00”) –initialize ram44. Microcomputer.vhd代码中bus_reg_t2 将ram8存储器中对应于ar中地址单元的数据取出来放到bus_reg_t2寄存器中。
著名的抽象计算机模型——图灵机
著名的抽象计算机模型——图灵机人类盼望用机器进行计算由来已久。
最早的自动计算机可追溯到1833年由英国数学家查尔斯·拜贝吉（CharlesBabbage）建造的分析机，它依据事先打在卡片上的指令进行操作。
它是首台通用的计算机。
现在，这台计算机被存放在伦敦科学博物馆。
但是，现代计算机的历史应从1936年算起。
那年，英国著名数学家图灵设计出抽象计算机模型——图灵机，而任何实用的现代计算机性能只是图灵机性能的等价集，或者子集。
为此，它被认为是现代计算科学之父。
艾伦·图灵（Alan Turing），1912年6月23日生于英国伦敦西部帕丁顿住宅区一个中上层的家庭里。
父亲在民间服务机构工作，经常来往于英国与印度之间。
幼小的艾伦·图灵被托付给他父亲的一位朋友。
很小的时候，图灵就显露出不同常人的天分。
他仅用了三个星期，自己学会了阅读。
他还表示出对数学难题的热衷。
六岁那年进小学，女校长马上发现了他的聪明才智，为了怕他“吃”不饱，经常将后面的课程提前教给他。
1926年，他进入中学。
开学那天，正赶上英国举行大罢工，公共交通身骑自行车，飞速穿行60英里（近100公里）赶往学校，夜间留宿中途的小饭店，最后没有误了第一天的课。
这件事在当地报纸上报道后引起轰动。
图灵的爱好是瘫痪。
年仅14岁的图灵提前一天只数学和科学，而这所开办于十六世纪的著名1931年，图灵进入剑桥大学国士学位。
1935年，凭借他在国王解决难题中的应用（OnComp 。
这纸带被分成一个个小方格，每个小方格记录单学校，其传统是文学和艺术。
校长给他父亲写信，认为图灵独自追求科学，有违学校育人的初衷，实在是浪费时间。
但是，图灵不管这些，继续在自己喜爱的学科领域中不断展示才华。
1927年，他根本没有学习过微积分的基础知识，但是硬是将十分复杂的难题解决了。
1928年，图灵年仅16岁，开始接触爱因斯坦的高深理论。
他不但掌握了这些理论，而且用爱因斯坦理论审视教科书中没有阐述清楚的牛顿运动法则。
《计算机组成原理》教学大纲
《计算机组成原理》教学大纲一、课程基本信息课程中文名称：计算机组成原理课程英文名称：Principles of Computer Composition课程编码：课程类型：学科基础课总学时：64理论学时：52 实验学时：12学分：4适用专业：计算机类专业先修课程：数字逻辑开课院（部）：计算机科学与工程学院二、课程的性质与任务《计算机组成基础》是计算机类专业必修的一门学科基础课。
本课程介绍计算机系统的组成原理及内部工作机制，包括计算机各大部件的结构、工作原理、逻辑实现、设计方法及其互连构成计算机整机的技术，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，深刻理解程序在计算机硬件上被执行的过程，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。
为今后计算机网络、操作系统、计算机体系结构及专业方向课程的学习打好基础。
三、课程教学基本要求1、计算机组成原理课程的内容比较抽象，教学中需要结合实际例子进行讲授。
2、讲授比较复杂的过程，如指令周期的步骤，可以通过动画演示，帮助学生理解。
也可以结合实验，讲解数据通路。
3、要求学生课前预习，课后复习，尽量完成课后所有习题，帮助消化理解教学内容。
对于典型的习题，应该在习题课上详细讲解。
选讲一些综合性的考研试题，帮助学生开拓思路。
4、注重实验的教学效果，实验不能仅仅停留在做出结果，一定要让学生知其所以然，并且能初步进行一些设计。
四、理论教学内容和基本要求第一章计算机系统概论（一）讲授内容：1.1 计算机的分类1.2 计算机的发展简史1.3 计算机的硬件1.4 计算机的软件1.5 计算机系统的层次结构（二）基本要求：（1）了解计算机软硬件的概念，软件的分类；（2）理解计算机的系统层次结构，包括计算机硬件的基本组成(五大部件的构成)，以及计算机的基本工作过程；（3）掌握计算机的工作原理、硬件的主要技术指标。
（三）重点及难点：重点：计算机的工作原理、计算机的层次结构第二章运算方法和运算器（一）讲授内容：2.1 数据与文字的表示方法2.2 定点加法、减法运算2.3 定点乘法运算2.4 定点除法运算2.5 定点运算器的组成2.6 浮点运算方法和浮点运算器（二）基本要求：（1）掌握各种数制及其相互转换的方法、无符号数和有符号数的表示方法。
1.简述计算机系统设计的主要方法。
福师13春《计算机体系结构》练习题1.简述计算机系统设计的主要方法。
答题要点：计算机系统设计的主要方法，有3种，参见课件第一章第三小节。
2. 一般来讲，计算机组成设计要确定的内容应包括那些方面？答题要点：计算机组成设计的主要任务，参见课件第一章第三小节。
3. 简述计算机系统结构用软件实现和用硬件实现各自的优缺点。
答题要点：计算机系统设计中软硬件的平衡，参见课件第一章第三小节。
4．简述冯。
诺依曼计算机的特征。
答题要点：冯。
诺依曼计算机的特征，参见课件第一章第五小节。
1.什么是存储系统？答题要点：存储系统的概念，参见课件第二章第一小节。
2．什么是高速缓冲存储器答题要点：高速缓冲存储器的概念，参见课件第二章第三小节。
3．假设一台模型计算机共有10种不同的操作码，如果采用固定长操作码需要4位。
已知各种操作码在程序中出现的概率如下表所示，计算采用Huffman编码法的操作码平均长度，并计算固定长操作码和Huffman操作码的信息冗余量（假设最短平均长度H＝3.1位）。
指令序号指令使用频度Pi 指令序号指令使用频度PiI1 0.17 I6 0.09I2 0.15 I7 0.08I3 0.15 I8 0.07I4 0.13 I9 0.03I5 0.12 I10 0.01答题要点：利用Huffman编码的计算，操作吗的平均长度，信息冗余量R=1- 操作码的平均长度/最短平均长度，参考课件第四章第三小节的例题。
一、1.按照弗林（Flynn）分类法，计算机系统可以分为4类：SISD计算机、______计算机、_______计算机和_______计算机。
答题要点：计算机系统的佛林（Flynn）分类法，有4类，参见课件第一章第二小节。
2. 高速缓冲存储器的地址映象方式有三种，它们分别是：__________、__________、__________。
答题要点：高速缓冲存储器的三种映像方式，参见课件第二章第三小节。
3.解决中断引起的流水线断流的方法有_______和________。
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一台模型计算机的设计题目如下：一、教学目的、任务与实验设备 1．教学目的〔1〕融会贯穿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功能部件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根本步骤和方法，提高使用软件仿真工具和集成电路的根本技能。
〔3〕培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计与组装调试的实践和经验。
2．设计与调试任务〔1〕按给定的数据格式和指令系统，在所提供的器件范围内，设计一台微程序控制的8位二进制模型计算机。
〔2〕根据设计图纸，在MAX+PLUS平台上进行仿真，并下载到EL教学实验箱上进行调试成功。
〔3〕在调试成功的根底上，整理出设计图纸和其他文件。
包括：①总框图(数据通路图)；②微程序控制器逻辑图；②微程序流程图；④微程序代码表；⑤元件排列图〔或VHDL程序清单〕；⑥设计说明书；⑦调试小结。
3．实验设备〔1〕PC机一台〔2〕 EL教学实验箱〔3〕 MAX+PLUS Ⅱ配套软件二、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，具有四个通用存放器：R0～R3，能执行7条指令，主存容量为256字节。
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长只有8位二进制长度，故使用单字长指令和双字长指令。
要求该模型机能执行7条指令，各指令格式及功能如下〔1〕 LDR Ri，D 格式功能：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 格式功能：Ri ←〔Ri〕－〔Rj〕〔5〕 AND Ri，Rj 格式功能：Ri ←〔Ri〕∧〔Rj〕〔6〕 OUT Ri，Mj 格式当M j=10时，选中实验箱的显示灯。
功能：〔M j〕← Ri〔7〕 JMP D 格式功能：无条件转移 PC ← D应当指出，用以上7条指令来编写程序是远远不够的，好在我们的目的不是程序设计，而主要是为了教学目的，通过CPU执行一个最简单的程序来掌握微程序控制器的工作原理。
三、总体设计总体设计的主要任务是：(1) 选定CPU中所使用的主要器件；(2) 根据指令系统、选用的器件和设计指标，设计指令流的数据通路；(3) 根据指令系统、选用的器件和设计指标，设计数据流的数据通路。
计算机的工作过程，实质上是不同的数据流在控制信号作用下在限定的数据通路中进行传送。
数据通路不同，指令所经过的操作过程也不同，机器的结构也就不-样，因此数据通路的设计是至关重要的。
所谓数据通路的设计，也就是确定机器各逻辑部件相对位置的总框图。
数据通路的设计，目前还没有非常标准的方法。
主要是依据设计者的经验，并参考现有机器的三种典型形式〔单总线、双总线或三总线结构〕，根据指令系统的要求，可采用试探方法来完成。
其主要步骤如下：(1) 对指令系统中的各条指令进行分析，得出所需要的指令周期与操作序列，以便决定各器件的类型和数量。
(2) 构成一个总框图草图，进行各逻辑部件之间的互相连接，即初步确定数据通路，使得由指令系统所包涵的数据通路都能实现，并满足技术指标的要求。
(3)检验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，尽可能降低本钱，简化线路。
以上过程可以反复进行，以便得到一个较好的方案。
图1给出了一个总框图的参考方案，注意，在此方案确定之后，应该检查所选用的各个器件是否满足数据通路的要求，此外，还应有一个PSW存放器。
实际上，数据通路的设计与器件的选择应同时进行而不能别离地工作。
其次，接入总线的器件都要有三态输出，以便与总线连接。
另外，在信息传送过程中应当注意器件原码和反码输出的配合关系。
图1所示的方案采用单总线结构，使用的许多器件都是三态输出，这种方案便于总线的连接和扩展，但缺点是指令和数据的传送都要经过总线，因此对总线的使用权就要分配得当。
另外，执行算术逻辑指令时，先将第一个操作数由通用存放器Ri送至缓冲存放器DR1，然后再由通用存放器Rj取第二个操作数送至缓冲存放器DR2，之后送往ALU进行运算。
显然，执行-条算术逻辑。
四、微程序控制器数据通路框图-旦确定，指令流与数据流的通路也就随之最后确定，因而运算器和控制器的大局部结构也就确定下来了。
图1中各功能器件上还标注了控制点及其控制信号，这些控制信号就是微程序控制器进行设计的依据。
1．微指令格式根据给定的7条机器指令功能和数据通路总体图的控制信号，采用的微指令格式如图2所示，微指令字长共24位，其中顺序控制局部6位：后继微地址5位，判别字段1位；操作控制字段18位：其中既有直接控制，又有字段译码控制〔6、7两位字段译码控制〕。
2．微程序控制器对应微指令格式，微程序控制器的组成如图3所示。
其中控制存储器容量可为32×24，采用ROM实现，其内容为七条指令的微程序。
微命令存放器20位，用两片8D触发器〔273〕和一片4D触发器〔175〕组成。
微地址存放器5位，用三片正沿触发的双D触发器〔7474〕组成，它们带有清 \\端和预置端，在不判别测试情况下，T2时刻打入的微地址存放器内容即为下条微指令地址。
当T4时刻进行P〔1〕测试判别时，转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过预置端将某一触发器从原来的 \\状态改变为 \\状态，完成地址修改。
然后按修改的微地址读出下一条微指令，并在下一个CPU周期的T2时刻打入到微地址存放器和微命令存放器。
图3 微程序控制器电路图 3．微程序设计上述7条指令的微程序流程图如图4所示，7条指令对应7个微程序。
每条微指令可按前述的微指令格式转换成二进制代码，然后写入到ROM中。
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，还设计了以下三个控制台操作微程序(见图4下部)。
存储器写操作〔KWE〕：按下总清按钮CLK后，微指令存放器全部清 \\，因而微地址存放器状态为00000。
此时用SWE开关强置uA4为 \〔见图3〕，微地址存放器变为l0000〔八进制为20〕，从而可对RAM连续进行手动写入。
存储器读操作〔KRD〕：按下总清按钮CLK后，微地址存放器变为00000，此时用SRD开关强置uA3为 \，微地址寄作品变为01000〔八进制为10〕，从而可对RAM连续进行读操作。
启动程序〔RP〕：按下总清按钮，给出微程序入口地址为00〔八进制〕。
用数据开关SW设置内存中程序的首地址，然后执行第00号微指今，即可转入到第01号 \取指 \微指令。
五、输入输出输入输出是人机联系的重要手段，输入可采用开关、键盘等方式，输出可采用字符显示或打印输出等方式。
考虑到本钱与设备因素，本模型机采用最简单的二进制开关输入和发光二极管显示的方法，换句话说，本模型机中只使用两种 \外部设备 \：一种是二进制代码开关，它作为输入设备；另一种是发光二极管，它作为输出设备。
本设计为了节省器件，输入输出时可以不设置专门的数据缓冲存放器。
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，输入的信息也就不变。
输出时，将输出数据送到数据总线BUS上，驱动发光二极管进行显示。
如果采用正规的输入输出方法，可采用相应的器件构成接口电路。
六、组装与调试1．元器件的布局与连接由图1看出，数据通路一旦确定之后，在调试过程中将会很少有变化。
因此从组装和调试的角度来看，模型机总框图可划分为如下三个相对独立的功能模块： (1) 运算器、存储器和系统总线 (2) 时序产生器 (3) 微程序控制器本模型机所使用的器件较多，假设采用图形编辑法，那么布线的工作量相当大，希望同学们认真、细致地工作。
元器件布局的一般原那么是尽可能地按功能电路相对集中，这样做的好处是各器件之间的连线较短，同时也便于组装和调试。
规整的布线不仅对调试维修带来方便，也可以保证线路可靠地工作，任何马马虎虎的接线将会给调试带来难以想象的后果，因此在布线前必须对布线质量给予高度重视。
假设采用文本编辑法，那么也应按功能一个模块一个模块的编程和调试。
2．分调试按功能模块进行分调是实现总调的前提和根底，因为只有各功能模块工作正常后，才能保证全机的正确运行。
为此必须-步一个脚印、精心做好分调试，切不可赶急图快，以免在未做好分调的情况下进入总调，而最后又不得不返回头来重新分调。
分调的重点放在时序产生器和微程序控制器上。
3．总调当各模块分调正常后，可将控制器发出的控制信号线接到相应的功能部件中去，转入全机总调试。
总调的第一步，事实上是检查全部微程序流程图。
方法是用单步方式读出并执行微指令。
进行的顺序是：先执行控制台指令的微程序流程图，然后执行机器指令的微程序流程图。
当全部微程序流程图检查完毕后，如果存储器和运算器功能执行正确，就算总调第一步完成。
第二步是在内存中装入包括有全部指令系统的一段程序和有关数据，进一步可采用单指令方式或连续方式执行，以验证机器执行指令的正确性。
第三步是编写一段表演程序，令机器运行。
第四步是运行指导教师给出的验收程序。
如果通过，就算大功告成。