广东海洋大学计算机组成原理课程设计基本模型机的设计与实现分析
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。
（3）存储器。
存储器在图1中表示为MEN，存储器用静态随机存储器6116实现，用来存储用户程序和数据。
（4）数据总线。
数据总线用于连接运算器、存储器、输入输出等模块，数据总线由ccp_DataBus实现。
（5）输入输出。
输入输出类似于键盘和显示器。
（6）时序产生器。
基本模型机的设计与实现实验报告
基本模型机的设计与实现实验报告本文将围绕“基本模型机的设计与实现实验报告”进行分析和阐述。
基本模型机的设计与实现是计算机系统课程中的重点内容，是学生理解计算机系统的核心；设计和实现基本模型机需要学生掌握计算机组成原理的基本知识，能够编写汇编语言程序和理解存储器层次结构等相关概念。
一、实验目的本次计算机系统实验的目的是掌握CPU的设计与实现，以及理解汇编语言的底层执行过程。
通过本次实验，学生可以深入了解计算机系统的基本组成部分，从而提高对计算机实现原理的认识和理解。
二、实验中设计与实现模型机的步骤1、确定模型机性能要求根据实验要求，我们需要设计出一个能够运行汇编语言程序的模型机。
此时，我们需要确定模型机的性能需求，如运行速度、存储容量和输入输出设备等方面。
2、设计和实现CPU在模型机中，CPU是核心部件，所以首先需要设计和实现CPU。
CPU需要包括寄存器、算术逻辑单元、控制器和取指令等组成部分。
由于我们使用的是逻辑电路实现，所以需要进行逻辑门设计，采用Verilog语言来实现。
3、设计和实现存储器存储器是CPU所需的重要组成部分之一，我们需要为CPU设计实现一套存储器，包括RAM和ROM两部分，其中RAM用于存储数据，ROM用于存储指令。
4、设计和实现输入输出设备在模型机中，输入输出设备也是必不可少的部分。
我们需要设计并实现一套输入输出设备，用于用户输入指令和数据，以及模型机输出结果。
5、编写汇编程序在完成模型机的设计和实现后，我们需要编写汇编程序来测试模型机的功能是否正常。
我们可以编写一些简单的汇编程序来测试模型机的运行速度和结果准确性。
三、实验结果与分析经过实验，我们成功地设计并实现了一套基本模型机，并编写了一些简单的汇编程序进行测试。
模型机具有较高的运行速度和存储容量，并且可以实现输入输出设备的基本功能。
同时，我们也发现了一些问题，如指令与数据存储的冲突等，需要进一步改进。
在完成实验过程中，我们深刻理解了计算机系统的结构和运作原理，提高了对计算机系统的认识和理解能力。
计算机组成原理课程设计报告(基本模型机设计与实现)
本科生课程实习学生姓名学生学号所在专业所在班级指导教师职称时间成绩目录一、课程设计题目 (2)二、课程设计使用的实验设备 (2)三、课程设计内容与步骤 (2)1、所设计模型机的功能与用途 (3)2、数据通路图 (4)3、微代码定义 (4)4、微程序流程图 (5)5、微指令二进制代码 (6)6、本课程设计机器指令 (7)7、模型机的调试与实现 (7)(1)接线图 (7)(2)写程序 (8)(3)运行程序 (8)四、总结 (9)参考文献 (9).一、课程设计题目基本模型机设计与实现二、课程设计使用的实验设备TDN-CM计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干三、课程设计内容与步骤不见实验过程中，各部件单元的控制信号是认为模拟产生的，而本次课程实习将能在为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。
本课程设计采用六条机器指令：IN（输入）、AND（与运算）、DEC（自增1）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件跳转），其指令格式如下：其中IN、DEC为单字长，其余为双字长指令，********为addr对应的二进制地址码。
1、所设计模型机的功能与用途本次课程设计设计的模型机包括六条指令，输入、与运算、自增、存数、输出、无条件跳转。
利用此模型机可完成两个数的与运算，一个数从键盘输入，另个数从内存中读取，再将运算结果自增1，把最后结果保存到内存中，并且将运算结果输出2、数据通路图3、微代码定义C字段A字段B字段4、微程序流程图控制程序流程图当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P(1)测试；控制台操作为P(4)测试，它以控制台开关SWB、SWA作为测试条件，共三路分支。
5、微程序设计完毕后，将每条微指令代码化，将流程图转化为二进制代码表6、本课程设计机器指令7、模型机的调试与实现(1)接线图(2)写程序A、现将机器指令对应的微代码正确写入2816中。
计算机组成原理-实验报告四-基本模型机设计与实现
计算机组成原理实验报告
学院:计算机科学与信息专业：班级：
指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试P（1），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，强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。
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（INPUTDEVICE）；另一种是LED块，它作为输出设备（OUTPUT DEVICE）。
本实验设计机器指令程序如下：
地址（二进制）内容（二进制）助记符号说明
0000 0000 0000 IN R0，SW "INPUT DEVICE"-->R0
0001 0001 0000 ADD R0，09H R0+「09H」-->R0
0010 0000 1001
0011 0010 0000 STA 0BH，R0 R0-->「0BH」
0100 0000 1011
0101 0011 0000 OUT BUS ，0AH 「0AH」-->BUS
0110 0000 1010
0111 0100 0000 JMP 00H 00H-->PC
1000 0000 0000
1001 0101 0101 自定
1010 1010 1010 自定
1011 求和结果。
计算机组成原理课程设计——模型计算机的设计与实现
---------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姓名学号指导教师日期 2012.6.18～ 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，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 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。
四．设计原理与电路图原理图按照原理图，完成模型机的数据通路的编辑、编译以及波形仿真工作。
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:本程序用来计算两个数的累加求和。
总体结构:数据通路: INSSW BUS控制器 KblJtSQ-諒匚画UiuSlLCHLtfiLRWCT3^LDAR l~CHj TT ARI M 逼jC Z 列 ___ J_1 A 』 LPiARn^UDIMil _LL KL ,LDER(T4*Q Jl-k ALU &US RAI 『：TT ~ , ’—I UMR2(T2)*M3AR2MUX3设计指令执行流程:IARPC ADl>(T21MUM 他I 貯….I IM_C' [NTQIW VRlI'KQ"UWSl”，num •…unn控制信号输出运行微程序01PC A ARPC+1RAM ―►BUSBUS ―►IRIR7~IR40000 0001 1011ADD SUB DEC P11001JC1000JMP1010INC10H 11H 13H 19H 18H 18H M1=0 M1=0 M1=0LDDR1M2=0 LDDR23BH ALU=A+BALU BUS LDER LDDR1M2=0LDDR23AHALU=A-BALU BUSLDER LDERWD微指令信号表:RS BULDDR1 SM2=0 M1=1LDDR2 LDR4P0LDPC38HALU=A-1 M4=0ALU BUS LDR1PC ADDLDPCWRD0FH34HM1=0LDDR1M2=0LDDR219HALU=A+1ALU BUSLDER微指令代码化：四、总结我们小组在这几天完成计算机组成原理课程设计实习的过程中，我们发现，计算机组成原理与我们的专业息息相关，如果我们没能够熟练地掌握计算机原理里面的知识，这对我们以后的软件设计以及创新就会产生很大的局限性。
《计算机组成原理》课程设计说明书-模型机指令系统的设计与实现
《计算机组成原理》课程设计说明书-模型机指令系统的设计与实现题目:模型机指令系统的设计与实现院系:专业班级:学号:学生姓名:指导教师:2010年12月10日安徽理工大学课程设计(论文)任务书学生姓学号专业(班级) 名设计题模型机指令系统的设计与实现目(1)用微程序控制器实现设计任务;设 (2)要满足指令系统的性能要求; 计(3)设计说明书能很好地反映设计内容技术参数参考实验指导书第四章模型机综合实验(微程序控制器)设计的过程，设运用其微指令格式，独立设计指令系统。
并用该指令系统中的指令编计一完成简单运算的程序，并进行调试运行。
要求工作要求设计说明书的字数在3000字以上。
量2010.11.22-11.24 根据设计要求，查找相关资料，完成需求分析; 工2010.11.25-11.28 进行系统的概要设计;作 2010.11.29-12. 01 进行系统的详细设计和微程序的书写; 计2010.12.02-12.05 对系统进行调试分析，写出课程设计报告。
划[1] 白中英.计算机组成原理(第四版).科学出版社.2008 参 [2] DJ-CPTH超强型计算机组成原理与系统结构实验指导书.启东市东考疆计算机有限公司.2008 资料指导教师签字教研室主任签字2010年6月20日指导教师评语:成绩:指导教师:年月日目录1 问题描述 ..................................................................... .. (5)1.1 设计目的 ..................................................................... .. (5)1.2 设计要求 ............................................................................. 5 2 数据格式和指令系统 (6)2.1 数据格式 ..................................................................... .. (6)2.2 指令格式 ..................................................................... .. (6)2.3 指令系统 ..................................................................... ......... 8 3 模型机的数据通路 ......................................................................9 4 详细设计 ..................................................................... ............... 10 5 调试分析 ..................................................................... ............... 12 6 设计体会 ..................................................................... ............... 14 参考文献 ..................................................................... (15)1 问题描述1.1 设计目的本课程设计是《计算机组成原理》课程结束以后开设的大型实践性教学环节。
广东海洋大学计算机组成原理课程实习报告 课程设计
T1
H24
SIGNAL UNIT
SE6
SE6 SE0
SWB SWA
R0
R7 R0
LDR1 SE0 LDR2 ALU_B P<1> LDR1 P<4> RS_B
SWB SWA
P<1> P<4>
I7
I7 I0
I0 LDG UNIT CE LDIRD WE LDAR LDAD PC_A PC_B
R7 CE R0 WE B7 LDAR LDAD B0 PC_B LDPC
7
4
测试结果及分析
4.1 测试过程
地址（二进制） 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0001 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 0000 0001 (ADD ) (ADD STA) (AND) (AND STA) (SUB)
25
R0→DR1
33 01
R0→DR1
37 34 01
(DR1)+(DR2) →R0
26
DR1^DR2 → BUS->R0
01
(DR1)-(DR2) →R0
01 01
5
3.2
接线图
R7 . R0 BUS S3 R7 CN LDR1 LDR2 ALU_B LDR0 R0_B S3 SN T4 T1 JT UNIT T4
本科生课程实习
课程题目：基本模型机的设计与实现
广东海洋大学计算机组成原理课程设计-基本模型机的设计与实现分析
《计算机组成与结构》课程实习基本模型机的设计与实现系别：信息学院班级：计科1141指导教师：刘桃丽基本模型机的设计与实现一、设计要求1.1、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。
1.2、根据设计的图纸，在验台上进行组装，并调试成功。
1.3、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2.1 实验设备TEC-9计算机组成原理教学实验系统一台（含74181算术运算器ALU、74374寄存器堆R0、74161程序计数器、74273地址寄存器AR、74273指令寄存器IR 等），排线若干。
2.3 系统需求分析一台计算机所能执行的各种指令集合称为指令系统或指令集。
一台特定的计算机只能执行自己指令系统中的指令。
因此，指令系统就是计算机的机器语言。
指令系统表征着计算机的基本功能和使用属性，它是计算机系统设计中的核心问题。
指令系统的设计主要括指令功能、操作类型的设计，寻址方式和指令格式的设计。
计算机的性能与它所设置的指令系统有很大的关系，指令系统反映了计算机的主要属性，而指令系统的设置又与机器的硬件结构密切相关。
指令是计算机执行某种操作的命令，而指令系统是一台计算机中所有机器指令的集合。
通常性能较好的计算机都设置有功能齐全、通用性强、指令丰富的指令系统，而指令功能的实现需要复杂的硬件结构来支持。
随着社会科技的发展，计算机被应用到各行各业，人们步入自动化、智能化的生活阶段。
本次课程设计课题是基本模型机的设计与实现，它正体现了这一点。
利用CPU与简单模型机来实现计算机组成原理课程及实验中所学到的实验原理和编程思想，硬件设备自拟，编写指令的应用程序，用微程序控制器实现了一系列的指令功能，最终达到将理论与实践相联系。
本次设计完成了各指令的格式以及编码的设计，实现了各机器指令微代码，形成具有一定功能的完整的应用程序。
计算机组成原理课程设计报告(基本模型机设计与实现)
本科生课程实习学生姓名学生学号所在专业所在班级指导教师职称时间成绩目录一、课程设计题目 (2)二、课程设计使用的实验设备 (2)三、课程设计内容与步骤 (2)1、所设计模型机的功能与用途 (3)2、数据通路图 (4)3、微代码定义 (4)4、微程序流程图 (5)5、微指令二进制代码 (6)6、本课程设计机器指令 (7)7、模型机的调试与实现 (7)(1)接线图 (7)(2)写程序 (8)(3)运行程序 (8)四、总结 (9)参考文献 (9).一、课程设计题目基本模型机设计与实现二、课程设计使用的实验设备TDN-CM计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干三、课程设计内容与步骤不见实验过程中，各部件单元的控制信号是认为模拟产生的，而本次课程实习将能在为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。
本课程设计采用六条机器指令：IN（输入）、AND（与运算）、DEC（自增1）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件跳转），其指令格式如下：其中IN、DEC为单字长，其余为双字长指令，********为addr对应的二进制地址码。
1、所设计模型机的功能与用途本次课程设计设计的模型机包括六条指令，输入、与运算、自增、存数、输出、无条件跳转。
利用此模型机可完成两个数的与运算，一个数从键盘输入，另个数从内存中读取，再将运算结果自增1，把最后结果保存到内存中，并且将运算结果输出2、数据通路图3、微代码定义C字段A字段B字段4、微程序流程图控制程序流程图当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P(1)测试；控制台操作为P(4)测试，它以控制台开关SWB、SWA作为测试条件，共三路分支。
5、微程序设计完毕后，将每条微指令代码化，将流程图转化为二进制代码表6、本课程设计机器指令7、模型机的调试与实现(1)接线图(2)写程序A、现将机器指令对应的微代码正确写入2816中。
计算机组成原理课程设计模型机实验报告 精品
实践报告计算机组成原理--模型机设计报告作者姓名：专业：计算机科学与技术学号：指导教师：完成日期：年月号******学院计算机工程系摘要“计算机组成原理”是计算机科学与技术系的一门核心专业基础课程，在计算机专业中起了很重要的作用。
课程中分部分介绍了计算机的各个部件，我们有必要将它们组合起来以对计算机有一个整体的认识。
这次课程设计通过对一个简单模型机的设计与实现，是我们对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接有更深的理解。
依次设计计算机的几个部件并进行连接使成为一个完整的模型机。
通过运行和调试，使之正常工作。
关键词：运算器；控制器；存储器；输入输出接口；模型机正文：一、课设目的要求：《计算机组成原理》是一门理论性、实践性均较强的专业基础课，要求学生具有一定的电路分析、指令系统编写能力、软件设计能力。
通过计算机组成原理实践周，要突出《计算机组成原理》理论联系实际的特点，培养实践动手能力。
1.培养学生运用理论知识和技能，构建建立问题逻辑结构，锻炼学生分析解决实际问题的能力。
2.培养学生使用PROTEUS软件分析和设计计算机内部器件的方法和技巧。
3.培养学生调查研究、查阅技术文献、资料、手册以及编写技术文献的能力。
4.通过实践设计，要求学生在指导教师的指导下，独立完成设计课题的全部内容，包括：（1）通过调查研究和上机实习，掌握PROTEUS软件的设计和仿真调试技能。
（2）掌握计算机系统的组成结构及其工作原理。
（3）设计实现一个简单计算机的模型机，并能够使用PROTEUS软件进行电路仿真验证二、课设内容：利用所学的计算机结构和工作原理的知识，要求学生独立完成简单计算机的模型机设计，并用PROTEUS软件进行验证。
在分析设计过程中，要求学生养成良好的习惯，学会分析实际问题，并利用所学的知识建立系统的逻辑结构，学会PROTEUS调试技巧和方法，通过逻辑设计和工程设计培养调试硬件电路的实际动手能力。
要求学生掌握数字逻辑电路中故障的一般规律，以及排除故障的一般原则和方法；锻炼分析问题与解决问题的能力，在出现故障的情况下，独立分析故障现象，并排除故障。
广东海洋大学计算机组成原理课程设计实习报告(最新版)--基本模型机的实现
本科生课程实习基本模型机的设计与实现课程名称计算机组成与结构课程实习学生姓名学生学号所在专业计算机科学与技术所在班级指导教师成绩2019年12月19日目录1 设计任务与要求 (2)1.1 设计目的 (2)1.2 设计内容 (2)1.3 设计要求 (2)2 设计思想 (2)2.1 主要使用芯片 (2)2.2 基本原理 (2)3 设计方案 (3)3.1 指令格式表 (3)3.2 指令流程图与控制信号表 (4)3.3 接线图 (6)3.4 模块功能 (6)4 测试结果及分析 (7)4.1 测试过程 (7)4.2 测试结果 (7)5 源程序 (11)6 总结 (12)参考文献 (12)基本模型机的设计与实现1设计任务与要求1.1 设计目的（1）将微程序控制器同执行部件(整个数据通路)联机，组合一台模型计算机；（2）用微程序控制器控制模型机数据通路（3）通过CPU运行九条指令(排除中断指令)组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，牢固建立计算机的整机概念1.2 设计内容设计不少于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。
包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。
设计出微程序，其中数据字长为8位，采用定点补码表示，指令字长为8的整数倍。
微指令字长为38位。
上机调试，并给出测试思路和具体程序段。
1.3 设计要求了解并掌握计算机组成原理设计的一般方法，具备初步的独立分析和设计能力；通过该课程设计的学习，总结计算机组成原理课程的学习内容，层次化设计方法、多路开关，逻辑运算部件，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。
提高综合运用所学的理论知识和方法独立分析和解决问题的能力。
2 设计思想2.1 主要使用芯片该实验用到了GAL22V10,74LS181,HN58C65,74LS298,ISPLI1016,IDT7132等芯片。
2.2 基本原理微指令的格式如下所示：2.2.1指令的设计思想主要是根据实验指导提供的指令执行周期图，根据微指令的格式分析哪一位信号应该开启，即状态置为1，然后将其按照每8位二进制合成一个W值（十六进制数），就是组成指令的源程序。
计算机组成原理课程设计报告基本模型机的设计与实现
计算机组成原理课程设计报告基本模型机的设计与实现
本次课程设计的任务是完成一个基本模型机的设计与实现。
设计经过综合运用了以前所学计算机原理的知识,依照设计要求和指导,实现了一个基本的模型计算机。
本模型机实现的功能有：IN（输入）,OUT （输出），ADD（加法），SUB（减法），STA（存数），JMP（跳转）。
设计进行开始,在了解微程序的基本格式,及各个字段值的作用后,按微指令格式参照指令流程图，设计出程序以及微程序，将每条微指令代码化，译成二进制代码表，并将二进制代码转换为联机操作时的十六进制格式文件。
根据机器指令系统要求，设计微程序流程图及确定微地址。
设计的加法和减法中,被加数和被减数都由调试人员输入,而加数和减数都从存储器中读取.最后上机调试，各个功能运行结果正确。
关键词:基本模型机；机器指令；微指令
目录
1、课程设计题目-
2、实验设备-
3、课程设计步骤-
3.1、所设计计算机的功能和用途-
3.2、指令系统-
3.3、总体结构与数据通路-
3.4、设计指令执行流程-
3.5、微指令代码化-
3.6、组装和调试-
4、课程设计总结-
5、附录-8附录1：数据通路图-8附录2：微程序流程图-9附录3：实验接线图-10附录4：实验程序及微程序-11附录5：。
计算机组成原理课程设计--基本模型机设计与实现
计算机组成原理课程设计一基本模型机设计与实现计算机组成原理课程设课程设计名称：计算机组成原理设计项目名称：基本模型机设计与实现专业：计算机科学与技术班级：计科们5 ________2014年6月13日一、课程设计的教学目的本课程设计的教学目是在掌握计算机系统的组成及内部工作机制，理解计算机各功能部件工作原理的基础上，进一步加深计算机系统各模块间相互关系的认识和整机的概念,在设计实践中提高应用所学专业知识分析问题和解决问题的能力。
学会微程序的设计方法，进一步掌握微程序控制器的工作原理，并体会设计方案的优劣对性能发挥的重要性,培养科学研究的独立工作和创新能力，取得设计与调试的实践经验。
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。
三、设计任务及分析:（1）设计任务：从输入设备读取数据X并将其存入以A为间接地址的内存单元，将X与Ro.寄存器中的内容Y执行X㊉J结果送到以B为直接地址的内存单元保存。
（2）分析：A:给Ro寄存器直接置入01H.B:从数据开关给间接地址为OCH的内存单元置数，（03H）.C:给Ro中的内容取反，结果存在Ro中・D:将间接地址OCH中直接地址OEH中的内容(03H)放入DR1中，R。
计算机组成原理课程设计——模型机(正文)
模型机设计一、设计目的：1.掌握整机动态工作过程2.了解微程序控制器的设计，构建指令系统3.组建模型机，编写应用程序进行调试二、设计器材：EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。
三、设计要求：认真预习相关知识和内容，设计指令系统，编写微程序：（1）指令在8条以上（2）寻址方式包括：寄存器寻址、直接寻址、立即数寻址（3）数据由键盘输入（4）由数码管显示数据四、模型机结构：图1 模型机结构框图图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的其它部分都由EP1K10集成（其原理见系统介绍部分）。
存储器部分由两片6116构成16位存储器，地址总线只有低八位有效，因而其存储空间为00H—FFH。
输出设备由底板上的四个LED数码管及其译码、驱动电路构成，当D-G和W/R均为低电平时将数据总线的数据送入数码管显示。
在开关方式下，输入设备由16位电平开关及两个三态传输芯片74LS244构成，当DIJ-G为低电平时将16位开关状态送上数据总线。
在键盘方式或联机方式下，数据可由键盘或串口输入，然后由监控程序直接送上数据总线，因而外加的数据输入电路可以不用。
五、指令编码：表1 微代码表微地址（八进制）微地址（二进制）微代码（十六进制）00 000000 007F8801 000001 005B4202 000010 016FFD06 000110 015FE507 000111 015FE510 001000 005B4A11 001001 005B4C12 001010 014FFB13 001011 007FC114 001100 01CFFC20 010000 005B6522 010010 005B4723 010011 005B4624 010100 007F1525 010101 02F5C127 010111 018FC130 011000 0001C131 011001 0041EA32 011010 0041EC33 011011 0041FC34 011100 0041F335 011101 0041F636 011110 3071F737 011111 3001F940 100000 0379C141 100001 010FC142 100010 011F4145 100101 007F2052 101010 0029EB53 101011 9403C154 101100 0029E055 101101 6003C162 110010 0003C163 110011 0029F565 110101 B803C166 110110 0C03C167 110111 207DF870 111000 000DC171 111001 107DFA72 111010 000DC173 111011 06F3C874 111100 FF73C975 111101 016E10六、微程序本次课程设计我们组选择的第一个程序设计是实现输入一个一位十进制数，将其扩大5倍后以BCD码输出，程序段如表2所示。
基本模型机设计与实现实验报告
实验报告时间：2011.5.6基本模型机设计与实现一、目的要求(1)在掌握单元电路实验基础上，将各部分组成系统，构成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概念。
二、实验仪器与试剂计算机组成原理实验箱。
三、实验原理1、实验中所用的基本模型机实验原理如图1所示。
图1 基本模型机实验原理框图四、实验步骤1、写程序。
方法一：手动写入①将机器指令对应的微代码正确写入2816中。
②使用控制台KWE和KRD进行机器指令的装入和检查。
方法二：联机读/写程序（略）2、运行程序。
单步运行程序、连续运行。
五、实验现象、结果记录及整理首先验证微控制器的存储特性。
将编程开关置为“写入”状态，写入如表2微地址为06～0D的微代码。
每写入一条指令，按一下“启动运行”开关。
再将微地址和总清开关置0，编程开关置为“读”状态，即可验证是否存储正确。
若有错误，则需检查连线或者是重新输入。
经实验，成功显示。
最后，将编程开关置为“运行”状态，即可运行我们写入的微程序。
经实验，结果显示正确。
六、分析讨论与思考题解答（两个解答选择一个填写，也可以自己修改一下填写）解答一：通过这次实践，不仅让我对计算机的基本组成、简单运算器的数据传送通路组成、静态随机存取存储器RAM工作特性及数据的读写方法、时序信号发生电路组成原理、微程序控制器的设计思想和组成原理、微程序的编制、写入过程有了进一步的了解, 也让我觉得自己的动手能力有了很大的提高;自信心也增强了,在课程设计中自己动脑子解决遇到的问题，书本上的知识有了用武之地，这巩固和深化了自己的知识结构。
解答二：通过这次实践,我相信，只要自己在每一次实践中都能仔细思考，课程设计其实都不会很难,关键在于自己能不能认真思考,能不能亲自动手做实验，而不是想着其他人的劳动果实,其次你还要多操作,只有多操作才能从中发现问题,才能及时向老师和同学请教,解决问题,从而更好的掌握书本中知识。
计算机组成原理实验报告基本模型机和复杂模型机的设计
计算机组成原理实验报告基本模型机和复杂模型机的设计1.引言2.设计目标本次实验的设计目标是实现一个满足基本要求的计算机模型，了解计算机的基本组成结构和工作原理。
然后我们将设计一个更复杂的模型，通过增加功能模块和优化设计，实现更高级的计算能力和更好的性能。
3.实验方法基本模型机的设计主要包括五个核心模块：输入模块、中央处理器（CPU）、存储器、控制器和输出模块。
我们将使用VHDL语言来实现这些模块，并使用FPGA来实现整个基本模型机。
复杂模型机的设计在基本模型机的基础上进行扩展和优化。
我们将对CPU进行升级，加入多核处理器和并行计算能力，增加存储器容量和传输速率，优化控制器的运行效率。
通过这些优化，我们可以提高复杂模型机的计算性能和运行效率。
4.实验结果4.1基本模型机的实验结果基本模型机的实验结果显示，我们成功实现了输入输出功能，能够将用户的输入数据送入存储器，并通过CPU进行计算后将结果输出。
虽然这个模型的计算能力和性能较低，但是它对于初学者来说是一个良好的实践项目。
4.2复杂模型机的实验结果复杂模型机的实验结果显示，我们成功实现了多核处理器和并行计算的功能，并大幅提升了计算性能和运行效率。
存储器的容量和传输速率的提升也带来了更高的数据处理能力。
控制器的优化使得整个模型机的运行更加稳定和高效。
5.实验总结通过设计和实现基本模型机和复杂模型机，我们加深了对计算机组成原理的理解，并掌握了相关的设计和实践技巧。
实验结果表明，我们的设计能够满足计算机的基本要求，并具有一定的性能和计算能力。
通过进一步优化和扩展，我们可以设计出更高级的计算机模型，满足更多应用需求。
[1]《计算机组成原理》李文新，清华大学出版社，2024年。
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《计算机组成与结构》课程实习基本模型机的设计与实现系别：信息学院班级：计科1141指导教师：刘桃丽基本模型机的设计与实现一、设计要求1.1、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。
1.2、根据设计的图纸，在验台上进行组装，并调试成功。
1.3、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2.1 实验设备TEC-9计算机组成原理教学实验系统一台（含74181算术运算器ALU、74374寄存器堆R0、74161程序计数器、74273地址寄存器AR、74273指令寄存器IR 等），排线若干。
2.3 系统需求分析一台计算机所能执行的各种指令集合称为指令系统或指令集。
一台特定的计算机只能执行自己指令系统中的指令。
因此，指令系统就是计算机的机器语言。
指令系统表征着计算机的基本功能和使用属性，它是计算机系统设计中的核心问题。
指令系统的设计主要括指令功能、操作类型的设计，寻址方式和指令格式的设计。
计算机的性能与它所设置的指令系统有很大的关系，指令系统反映了计算机的主要属性，而指令系统的设置又与机器的硬件结构密切相关。
指令是计算机执行某种操作的命令，而指令系统是一台计算机中所有机器指令的集合。
通常性能较好的计算机都设置有功能齐全、通用性强、指令丰富的指令系统，而指令功能的实现需要复杂的硬件结构来支持。
随着社会科技的发展，计算机被应用到各行各业，人们步入自动化、智能化的生活阶段。
本次课程设计课题是基本模型机的设计与实现，它正体现了这一点。
利用CPU与简单模型机来实现计算机组成原理课程及实验中所学到的实验原理和编程思想，硬件设备自拟，编写指令的应用程序，用微程序控制器实现了一系列的指令功能，最终达到将理论与实践相联系。
本次设计完成了各指令的格式以及编码的设计，实现了各机器指令微代码，形成具有一定功能的完整的应用程序。
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，本课程设计将能在微程序控制下自动产生各部件单元的控制信号，实现特定指令的功能，通过设计流程图，编写机器指令，微指令和控制信号程序。
首先向存储器（RAM）中装入数据和程序，然后检查写入是否正确，启动程序执行。
另外，还需设计三个控制台操作微程序：存储器读操作（READ），存储器写操作（WRITE），运行程序(RUN)。
以上各微指令设计完毕后，连接线路在TEC-9计算机组成原理教学实验箱运行程序，并将实验结果显示输出。
2.4 功能分析该系统实现的功能是对输入的数据可以和内存中的数据进行连续的加、减及循环左移运算，并对其结果进行存储，显示等功能，从而得到一个简易的复杂模型机所实现的功能。
2.5 模块功能IN 为单元字长（8位），含义是将数据开关8位数据输入到RO寄存器 ADD 为双字长指令，第一字为操作码，第二字为操作数地址，其含义是将R0寄存器的内容与内存中以A为地址单元的数相加，结果放在R0。
STA 为双字长指令。
含义是将R0中的内容存储到以第二字A为地址的内存单元中。
AND 为双字长指令。
第一字为操作码，第二字为操作数地址，其含义是将R0寄存器的内容与内存中以A为地址单元的数相与，结果放在R0。
SUB 为双字长指令，第一字为操作码，第二字为操作数地址，其含义是将R0寄存器的内容与内存中以A为地址单元的数相减，结果放在R0。
NOT 为双字长指令，第一字为操作码，第二字为操作数地址，其含义是将R0寄存器的内容求反，把结果放在R0中。
JMP 为双字长指令，执行该指令时，程序无条件转移到第二字所指定的内存单元地址。
三、课程实习步骤3.1 设计目的综合运用所学过的计算机原理知识，在理解计算机各功能部件工作原理上，进一步加深计算机系统各模块间相互关系的认识和整机的概念，将微程序控制器模块、运算器模块同存储器模块联机，组成一台基本模型计算机。
用微程序控制器模型机的数据桐庐，通过在够早的模型机上运行机器指令组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，建立机器的整机概念。
3.2 设计内容通过自己设计微指令，同时设计了7条机器指令：IN（输入）、ADD（相加）、AND（逻辑与）、STA（存数）、SUB（相减）、NOT（取反）、JMP（无条件转移），然后输入数据来验证这些操作。
3.3 基本原理A.微程序控制的基本思想:1. 若干微命令编制成一条微指令，控制实现一步操作；2. 若干微指令组成一段微程序，解释执行一条机器指令；3. 微程序事先存放在控制存储器中，执行机器指令时再取出。
B.基本组成:控制存储器，微指令寄存器，微地址寄存器，地址转移逻辑。
控制存储器(CM):用来存放实现全部指令系统的微程序，位于CPU中。
它是一种只读型存储器，要求速度快，读出周期短。
微指令寄存器:存放当前由控制存储器读出的一条微指令信息，分为微地址寄存器和微命令寄存器两个部分。
其中微地址寄存器决定将要访问的下一条微指令的地址，微命令寄存器则保存一条微指令的操作控制字段和判别测试字段(P)的信息。
地址转移逻辑:自动完成修改微地址的任务。
微程序控制器:微程序控制器的基本任务是完成当前指令的翻译和执行，即将当前指令的功能转换成可以控制的硬件逻辑部件工作的微命令序列，完成数据传送和各种处理操作。
它的执行方法就是将控制各部件动作的微命令的集合进行编码，即将微命令的集合仿照机器指令一样，用数字代码的形式表示，这种表示称为微指令。
这样就可以用一个微指令序列表示一条机器指令，这种微指令序列称为微程序。
微程序存储在一种专用的存储器中，称为控制存储器。
C.微程序控制计算机的工作过程:下面通过计算机启动、执行程序直到停机的过程，来说明微程序是如何控制计算机工作的:计算机加电以后，首先由复位信号(Reset)将开机后执行的第一条指令的地址送入PC内，同时将一条"取指"微指令送入微指令寄存器中，并将其他一些有关的状态位或寄存器置于初始状态。
当电压达到稳定值后，自动启动计算机，产生节拍电位和工作脉冲。
为保证计算机正常工作，电路必须保证开机后第一个机器周期信号的完整性，在该CPU周期末，产生开机后第一个工作脉冲。
然后计算机开始执行程序，不断地取出指令、执行指令。
程序可以存放在固定存储器中，也可以利用固化在只读存储器(ROM)中的一小段引导程序，将要执行的程序和数据从外部设备调入主存。
实现各条指令的微程序是存放在微程序控制器中的。
当前正在执行的微指令从微程序控制器中取出后放在微指令寄存器中，由微指令的控制字段中的各位直接控制信息和数据的传送，并进行相应的处理。
当遇到停机指令或外来停机命令后，应该待当前这条指令执行完毕后再停机或至少在本机器周期结束时停机。
要保证停机后，重新启动计算机能继续工作而且不出现任何错误。
3.4 数据通路图注意：①片选信号CE=0为有效电平，CE=1为无效电平。
②WE=1为写入，WE=0为读出。
③LOAD和LDPC同时为“1”时，可将总线上的数据装入到PC中，LDPC为“1”，同时LOAD为“0”时，将PC中的内容加1。
④M=0为算术运算，M=1为逻辑运算。
⑤CN=0表示运算开始时低位有进位，否则低位无进位。
3.5 程序流程图3.6 接线图3.7 测试结果及分析3.7.1 测试过程注：根据实验连线图连接好，使编程开关处于“RUN”，STEP为“STEP”状态，STOP为“RUN”状态。
拨动总清开关CLR（0—》1），微地址寄存器清零，此时用“DATA UNIT”单元的8位二进制开关给出要写入RAM区的首地址（0000 0000），控制台ＳＷＢ，SWA开关置为“01”，按动显示“010010”，再按动一次“START”，微地址灯显示“010100”，此时数据开关的内容置为要写入的机器指令，按动一次START键，即完成该条指令的写入。
机器指令的首地址只要第一次输入即可，PC会自动加1，所以按动START，只有在微地址灯显示“010100”时，才设置内容，直到所有机器指令写完。
3.7.2 测试结果四、总结在做这次计算机组成原理课程设计过程中，困难重重，可以说是身心疲惫，许多在课堂上没有听懂，没有学会的知识在课程设计的过程中暴露无遗，真是书到用时方恨少。
还有，感觉在课堂上学到的还比较肤浅，表面，课后并没有进一步的深入思考和研究琢磨，导致在实际应用和操作方面力不从心，这点启发我们应该认真对待实验课，多动手，多思考，提高实践能力。
不懂就学，不懂就问。
积极的是我在发现问题和自己的不足之后，把课本的内容重新学习了一遍，特别是与之相关的章节内容，对于一些学过还不懂的知识点，例如，数据通道看不懂，不了解指令具体的执行过程，等等，我就上网找资料，发帖求教，请问组员，同学，老师。
此间，培养了自己的独立学习，独立思考能力，同时也意识到了团队合作的重要性，增强了同学间的友谊，师生情谊。
总的来说，这次课程设计还是有收获的，不仅学习巩固了课本知识，更重要的是思想觉悟提高了，一些学术精神也从此萌芽了。
最后，特别感谢刘老师一学期以来的辛勤付出，谆谆教导，让我们接受并获得了新知识，新技能，开阔了视野，受益良多。
参考文献[1] 白中英戴志涛. 计算机组成原理（第五版·立体化教材）北京：科学出版社，2013.3[2] 白中英．计算机组成原理（第五版·网络版）．北京：科学出版社，1998[3] 张昆藏．计算机系统结构．北京：科学出版社，1994[4]（美）普拉持（Platt，D．S）著．黄慧萍等译．Microsoft．NET精髓．北京：机械工业出版社，2003.9[5] ，中国研究生招生信息网[6] 计算机组成原理实验指导书. 王诚，宋佳兴，董长洪编著. 清华大学出版社,2002.[7] 《计算机组成原理》学习指导与训练 . 旷海兰等编著. 中国水利水电出版社, 2004.[8] 计算机原理与设计. 宋焕章张春元王保恒. 长沙：国防科技大学出版社, 2000.附录源程序。