组成原理课程设计报告-设计一台模型计算机
计算机组成原理课程设计报告
《计算机组成原理》课程设计报告目录1.任务书 (1)2.设备清单 (1)3.设计原理及方法 (1)3.1数据格式 (1)3.2指令设计 (1)3.3指令格式 (2)3.4指令系统 (3)3.5设计依据 (3)3.6按微指令的格式参照程序流图 (5)3.7微程序代码清单 (6)3.8实验接线图 (7)3.9机器指令代码清单 (8)3.10化简后的机器指令 (8)4.设计运行结果分析 (12)4.1实验过程 (12)4.2结果分析 (14)5.设计小结 (14)6.设计日志 (15)1．任务描述复杂指令计算机系统设计设计不少于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。
重点是要包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。
基于TD-CMA计算机组成原理教学实验系统，设计一个复杂计算机整机系统模型机，分析其工作原理。
根据模型机的数据通路以及微程序控制器的工作原理，设计完成以下几条机器指令和相应的微程序，输入程序并运行。
IN R1，00H; 从端口00（IN单元）读入数据送R1LDI R2,0FH;将立即数OFH装入R2AND R1,R2;R1*R2－>R1STA [10H],R1;R1->[[10H]],间接寻址OUT 40H,10H；10H单元的内容在OUT单元显示，直接寻址DEC 12H；12H单元内容减1，直接寻址LOP:BZC EXIT;JMP LOP;EXIT:HLT10H、12H单元内容分别为12H、03H2.设备清单PC机一台，TD-CMA实验系统一套，排线若干。
3.设计原理及方法3.1数据格式模式机规定采用的定点补码表示法表述数据，字长为8位，8位全用来表示数据（最高位不表示符合），数值表示的范围：0≤X≤28-1。
3.2指令设计模型机设计三大类指令共十五条，其中包括运算类指令、控制转移类指令，数据传送类指令。
运算类指令包括三类：算数运算、逻辑运算、移位运算，设计有6类运算指令，分别为：AND、ADD、INC、SUB、OR、RR，所有运算全是单指令，寻址方式采用寄存器直接寻址。
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课程设计题目：计算机组成原理专业名称：计算机科学与技术班级： 2013240202关童：201324020217张一轮：201324020218孙吉阳：201324020219张旭：201324020220老师姓名：单博炜2015年12月31日第一章课程设计概述1.1 课程设计的教学目的本课程设计的教学目的是在掌握计算机系统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，深入掌握数据信息流和控制信息流的流动过程，进一步加深计算机系统各模块间相互关系的认识无条件转移)，其指令格式如表1(前4位是操作码)：表1：IN为单字长(8位)，含义是将数据开关8位数据输入到R0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为地址内存单元中；OUT为双字长指令，含义是将内存中以第二字为地址的数据读到数据总线上，由数码管进行显示；JMP是双字长指令，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。
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，还设计了三个控制台操作微程序：存储器读操作”(KRD):拨动总清开关CLR后，当控制台开关SWB、SWA置为“00”时，按START 微动开关，可对RAM进行连续手动读操作；存储器写操作(KWE)：拨动总清开关CLR后，当控制台开关SWB、SWA置为“01”时，按START微动开关，可对RAM进行连续手动写入;启动程序：拨动总清开关CLR后，当控制台开关SWB、SWA置为“11”时，按START微动开关，即可转入第01号“取指”微指令，启动程序运行。
这三条控制台指令用两个开关SWB、SWA的状态来设置，其定义如表2：表2：C字段：按照数据通路可画出机器指令的微程序流程图如图2所示，当拟定“取值”微指令时，该微指令的判别测试字段为P(1)测试，由于取值指令是所有微程序都是用的公用微程序，因此P(1)测试结果出现多路分支，本机使用指令寄存器的前四位(IR7-IR4)作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定的微地址单元。
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-----------------------------------------------12、实验设备---------------------------------------------------13、课程设计步骤-----------------------------------------------13.1、所设计计算机的功能和用途------------------------------13.2、指令系统----------------------------------------------23.3、总体结构与数据通路------------------------------------23.4、设计指令执行流程--------------------------------------33.5、微指令代码化------------------------------------------43.6、组装和调试----------------------------------------------54、课程设计总结-----------------------------------------------75、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5：参考文献（资料）-----------------------------------121、课程设计题目基本模型机的设计与实现2、实验设备TDN—CM++计算机组成原理教学实验系统一台，微机，虚拟软件，排线若干。
计算机课程设计报告
《计算机组成原理课程设计》任务书一、实验目的：(1)通过微程序的编制、装入、执行，验证微程序控制器控制的工作方法。
观察微程序的运行过程，为进行简单模型计算机实验做准备。
(2)通过实验分析简单模型机结构，了解计算机工作原理。
掌握计算机微程序控制器的控制方法，掌握计算机指令执行过程。
(3)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，通过在简单模型计算机基础上设计新的5条机器指令，以提高学生对计算机机器指令理解，锻炼学生自己动手设计模型计算机机器指令的能力。
二、实验说明：要进行这项大型实验，必须清楚地懂得：（1）模型机的功能部件及其连接关系；（2）模型机每个功能部件的功能与具体组成；（3）模型机支持的指令格式；（4）模型机的微指令格式；（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；三、实验内容：（1）完成总线数据传输控制实验。
（2）完成简单模型计算机实验。
（3）完成机器指令设计实验。
可选择其中一项任务任务之一：在模型机上实现以下功能：a)每次输入2个数，将这2 个数相加，其和依次存入存储器地址为20H开始的3个单元，并送LED显示输出，以上操作循环执行3次后停机。
b)其中：设R0为循环计数器、R1为累加器、R2为变址寄存器，Ri就是R2c)INPUT DEVICE和OUTPUT DEVICE的端口地址皆为00H。
任务之二：在模型机上实现以下功能：对输入开关上的数据和存储器某一单元中的数据进行加法操作，结果累计在存储器某一单元中，当累计值大于256时转而进行减法操作，即把此存储器单元中的值减去输入开关上的数据，结果送同一存储器单元，当操作结果小于0时再转而进行加法操作，使用显示灯上出现数据连续加，然后连续减，减到0时再连续加。
这样连续加民、减直到拔动CLR结束程序运行为止。
任务之三：1、分析手动装入程序代码时，为什么必须要在微地址显示灯显示“”时，才从开关上置入指令代码？同时，在手动校验时，为什么只有当微地址显示灯显示“”时，发光管上显示的内容才是内存的数据？2、若将OUT指令的操作码改为0101，则微程序必须做什么样的修改？3、在微程序流程图上，最多还可以添加几条机器指令？四、实验要求：（1）根据实验内容完成各指导书中的实验数据的结果、分析和总结。
计算机组成原理课程设计报告
计算机组成原理课程设计实验报告目录一、程序设计 (1)1、程序设计目的 (1)2、程序设计基本原理 (1)二、课程设计任务及分析 (6)三、设计原理 (7)1、机器指令 (7)2、微程序流程图 (9)3、微指令代码 (10)4、课程设计实现步骤 (11)四、实验设计结果与分析 (15)五、实验设计小结 (15)六、参考文献 (15)一、程序设计1、程序设计目的（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使用简单模型机和复杂模型机的部分机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试掌握整机概念。
（3）掌握微程序控制器的组成原理。
（4）掌握微程序的编写、写入，观察微程序的运行。
（5）通过课程设计，使学生将掌握的计算机组成基本理论应用于实践中，在实际操作中加深对计算机各部件的组成和工作原理的理解，掌握微程序计算机中指令和微指令的编码方法，深入理解机器指令在计算机中的运行过程。
2、程序设计基本原理（1）实验模型机结构[1] 运算器单元（ALU UINT）运算器单元由以下部分构成：两片74LS181构成了并－串型8位ALU；两个8位寄存器DR1和DR2为暂存工作寄存器，保存参数或中间运算结果。
ALU的S0～S3为运算控制端，Cn为最低进位输入，M为状态控制端。
ALU的输出通过三态门74LS245连到数据总线上，由ALU-B控制该三态门。
[2] 寄存器堆单元（REG UNIT）该部分由3片8位寄存器R0、R1、R2组成，它们用来保存操作数用中间运算结构等。
三个寄存器的输入输出均以连入数据总线，由LDRi和RS-B根据机器指令进行选通。
[3] 指令寄存器单元（INS UNIT）指令寄存器单元中指令寄存器（IR）构成模型机时用它作为指令译码电路的输入，实现程序的跳转，由LDIR控制其选通。
[4] 时序电路单元（STATE UNIT）用于输出连续或单个方波信号，来控制机器的运行。
《计算机组成原理》课程设计_两个数的乘法运算
《计算机组成原理》课程设计报告课程设计题目：两个数的乘法运算小组成员：….完成日期：第十一周模型机设计实验一、实验目的综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的模型计算机。
其功能为：输入两个数，进行两个正数（二进制4位）的乘法运算,输出结果。
二、实验内容编写程序，运行程序，观察并记录运行结果。
三、实验仪器1、ZY15CompSys12BB计算机组成原理及系统结构教学实验箱一台2、排线若干3、PC机一台四、预备知识1、数据格式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＜127。
2、指令格式模型机设计四大类指令共十六条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访问存储器、转移指令和停机指令。
（1）算术逻辑指令规定：算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表2—3。
（2）访存指令及转移指令模型机设计2条访存指令，即存数（STA）、取数（LAD），2条转移指令，即无条件转移（负均可）本模型机规定变址寄存器RI指定为寄存器R2。
（3）I/O指令其中，在IN 指令中，addr=01，选中“输入”中的开关组作为输入设备，在OUT指令中，addr=10时，表示选中“输出单元”中的数码块作为输出设备。
（4）停机指令HALT指令，机器码为60H，用于实现停机操作。
3、指令系统复杂模型机共有16条基本指令，其中算术逻辑指令7条，访问内存指令和程序控制指令4条，输入输出指令2条，其它指令1条。
表2-3列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。
我们依然采用复杂模型机指令系统中的部分指令。
五、实验的机器指令程序如下：地址内容助记符说明00 14 IN R0 ; 作计数器用，00000001→R001 15 IN R1 ; 输入X的值，0000xxxx→R102 05 STA R1 ; X→22H03 2204 15 IN R2 ; 输入Y→R2，0000xxxx→R205 06 STA R2 ; R2→23H06 2307 42 CLR R2 ; R2清零08 06 STA R2 ; 存入结果R2→24H09 240A 02 LAD R2 ; 提取[23H]→R20B 230C 6A RRC R2,R2 ; R2带进位右循环一位→R2 0D 06 STA R2 ; 循环结果→23H0E 230F 02 LAD R2 ; 提取结果S，[24H]→R210 2411 0C BZC [15H] ; 有进位跳转到15H12 1513 08 JMP [18H] ; 无条件跳转到[18H]14 1815 01 LAD R1 ; 提取X→R116 2217 56 ADC R1,R2 ; R1+R2→R218 6A RRC R2,R2 ; R2带进位右循环一位→R219 06 STA R2 ; 循环结果→24H1A 241B70 RLC R0,R0 ; R0带进位左循环一位→R0 1C 0C BZC [20H] ; 有进位跳转到20H1D 201E 08 JMP [0AH] ; 无条件跳转到[0AH]1F 0A20 2A OUT R2 ; 输出R2中的结果21 60 HATL ; 停机22 XX23 XX24 XX六、程序机器指令和微程序以上程序的机器指令如下：$P0014 $P0115 $P0205 $P0322$P0416 $P0506 $P0623 $P0772$P0806 $P0924 $P0A02 $P0B23$P0C6A $P0D06 $P0E23 $P0F02$P1024 $P110C $P1215 $P1308$P1418 $P1501 $P1622 $P1756$P186A $P1906 $P1A24 $P1B70$P1C0C $P1D20 $P1E08 $P1F0A$P202A $P2160微程序如下$M00018108 $M0101ED82 $M0200C050$M0300A004 $M0400E098 $M0501B406$M06959B41 $M07298838 $M0801ED8A$M0901ED8C $M0A00A01E $M0B018001$M0C00201F $M0D019801 $M0E19880F$M0F019801 $M1001ED83 $M11001001$M12030401 $M13018016 $M143D9A01$M1501A205 $M16318207 $M1731820E$M18009001 $M19028401 $M1A05DB81$M1B0180DC $M1C018001 $M1D05DB8D$M1E070A08 $M1F068A09七、复杂模型机的数据通路框图WE图2-7复杂模型机数据通路框图八、复杂模型机实验接线图接到指令单元接到开关单元九、复杂模型机实验流程图十、课程设计总结1、成员总结体会…2、遇到的问题和解决的方法等1）寄存器不够用。
山东大学计算机组成原理课程设计实验报告
运算器结构如下图所示。R0、R1、R2 均为 D 触发器组成的八位寄存器，在打入 脉冲 CPRi 的作用下，接收数据输入端提供的信息送入 Ri 中。
μIR23-16 为微指令寄存器的高八位，可定义为操作数。进位信号 C0、打入脉冲 CPR0、CPR1、CPR2、M、S0、S1、S2、S3 均由微指令寄存器的 μIR8 和 μIR7--μIR0 产生。
算术逻辑运算单元 ALU 的设计
该部分中算术逻辑运算单元用两片 74LS181 芯片按如下图所示结构实现八位 组间串行进位运算器。
74LS181 功能表如下图所示。
5
计算机一班 鸿武 QQ:2420430689(2 号)
ALU 的实现电路图如下。
实验调试
将设计完成的电路图下载到 FPGA 中。按照前面所给的 74LS181 功能表编写 微指令，并写入到 ROM 中，微指令从 0 地址单元开始存放。
微程序控制的存储器读写系统设计............................................... 7 设计目的................................................................. 7 设计要求................................................................. 7 结构与信号索引........................................................... 8 微指令格式及微指令编制................................................... 8
微程序控制的运算器设计详细电路图 ........................................ 22 微程序控制的存储器读写系统设计详细电路图 ................................ 24 微程序设计模型机详细电路图.............................................. 25 硬布线控制的模型机详细电路图............................................ 34
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。
计算机组成原理课程设计报告书
计算机组成原理课程设计报告书计算机组成原理课程设计报告书目录一．实验计算机设计11.整机逻辑框图设计12.指令系统的设计23．微操作控制部件的设计54．设计组装实验计算机接线表135．编写调试程序14二．实验计算机的组装14三．实验计算机的调试151.调试前准备152.程序调试过程163.程序调试结果164.出错和故障分析16四．心得体会17五．参考文献17题目研制一台多累加器的计算机一实验计算机设计1.整机逻辑框图设计此模型机是由运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备五大部分组成。
1.运算器又是有299，74LS181完成控制信号功能的算逻部件，暂存器LDR1，LDR2，及三个通用寄存器R0，R1，R2等组成。
2.控制器由程序计数器PC、指令寄存器、地址寄存器、时序电路、控制存储器及相应的译码电路组成。
3.存储器RAM是通过CE和W/R两个微命令来完成数据和程序的的存放功能的。
4输入设备是由置数开关SW控制完成的。
5.输出设备有两位LED数码管和W/R控制完成的LR0LR1LR2寄存器AxBxCxR0-GR1-GR2-G数据总线（D_BUS）ALU-GALUMCNS3S2S1S0暂存器LT1暂存器LT2LDR1LDR2移位寄存器MS1S0G-299输入设备DIJ-G微控器脉冲源及时序指令寄存器LDIR图中所有控制信号LPCPC-G程序计数器LOADLAR地址寄存器存储器6116CEWE输出设备D-GW/RCPU图1整机的逻辑框图图1-1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的其他部分都由EP1K10集成。
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。
计算机组成原理课程设计报告模板
三、课程设计的时间安排
序号
教学顺序
教学内容
2、控制信号的说明；
3、；实验的关键设计；
4、实验的步骤
5、实验运行图；
6、实验结果分析；
六、结论（应当准确、完整、明确精练；也可以在结论或讨论中提出建议、设想、尚待解决问题等。）
七、参考文献
（一）教科书
唐朔飞编著，《计算机组成原理》，高等教育出版社 第三版
（二）参考书
（1）李勇编著，《计算机原理与设计》，国防科技大学出版社
2、学生独立设计出对应每一条指令的一段微指令，并将若干段微程序写入控制存储器，并检查其正误。
3、把程序通过存储器写操作写入内存中
4、通过存储器读操作连续进行读操作，验证6、读寄存器对寄存器堆中的寄存器连续进行读操作，验证写的数据是否正确。
《计算机组成原理》课程设计
系院：
学生姓名：
专业：
年级：
完成日期
指导教师：
课程设计小组成员名单及分工
姓名
学号
主要完成内容
备注
一、课程设计的目的与要求
本课程设计是在完成了计算机组成原理的教学后进行的，目的在于让学生在掌握了计算机组成原理的基本理论之后，在实验室里老师指导下，自己动手，搭建一个简单的计算机的模型，其模型中包括计算机中的运算器、寄存器、译码电路、存储器、和存储微指令用的控制存储器。在此基础上，给出若干条计算机指令，要求学生自行设计出这若干条指令的微指令，并将其存放于控制存储器，然后用这几条指令设计一段程序。将该段程序存放于内存中，并运行此段程序，且显示该段程序运行后其结果的正、误，分析其原因。通过该实习，让学生在实际操作中加深对计算机的组成原理和指令在计算机中运行过程的理解。
计算机组成原理课程设-模型机的设计与实现计
计算机信息工程学院《计算机组成原理》课程设计报告题目：模型机的设计与实现专业：计算机科学与技术（网络方向）班级：15网络1班学号：2015220240134姓名：武希鑫指导教师：徐佳完成日期：2016年12月28日目录一、设计概述 (2)1.1设计目的 (2)二、设计原理及内容 (3)2.1设计基本原理 (3)2.2需执行的机器指令 (3)2.3数据通路图 (4)2.4微指令格式 (5)2.5微程序地址的转移 (5)2.6机器指令的写入、读出和执行 (6)三、设计步骤 (8)3.1编写机器指令 (8)3.2绘制微程序流程图 (8)3.3绘制微指令 (9)3.4连接实验线路 (10)3.5写指令 (10)3.5.1写微指令 (10)3.5.2写机器指令 (11)四、运行结果 (11)参考文献 (12)一、设计概述1.1设计目的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。
在“微程序控制器的组成与微程序设计实验”的基础上，将第一部分中的各单元组成系统，构造一台基本模型计算机。
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.为其定义五条机器指令，并编写相应的微程序，上机调试，掌握整机概念。
二、设计原理及内容2.1设计基本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，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。
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。
计算机组成原理课程设计实验报告
计算机组成原理实验报告班级：1403011学号：140301124姓名：于梦鸽地点：EII-312时间：第3批计算机组成原理与体系结构课程设计基本模型机设计与实现一．实验目的1．深入理解基本模型计算机的功能、组成知识； 2．深入学习计算机各类典型指令的执行流程；3．学习微程序控制器的设计过程和相关技术，掌握LPM_ROM 的配置方法。
4．在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将单元电路组成系统，构造一台基本模型计算机。
5．定义五条机器指令，并编写相应的微程序，上机调试，掌握计算机整机概念。
掌握微程序的设计方法，学会编写二进制微指令代码表。
6．通过熟悉较完整的计算机的设计，全面了解并掌握微程序控制方式计算机的设计方法。
二．实验原理1．在部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本实验将能在微过程控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定的功能。
实验中，计算机数据通路的控制将由微过程控制器来完成，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．指令格式（1）指令格式采用寄存器直接寻址方式，其格式如下：其中IN 为单字长（8位二进制），其余为双字长指令，XX H 为addr 对应的十六进制地址码。
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，还必须设计三个控制台操作微程序。
1,存储器读操作（KRD ）：下载实验程序后按总清除按键（CLR ）后，控制台SWA 、SWB 为“0 0”时，可对RAM 连续手动读入操作。
2,存储器写操作（KWE ）：下载实验程序后按总清除按键（CLR ）后，控制台SWA 、SWB 为“0 1”时，可对RAM 连续手动写操作。
3、启动程序（RP ）：下载实验程序后按总清除按键（CLR ）后，控制台SWA 、SWB 为“1 1”时，即可转入到微地址“01”号“取指令”微指令，启动程序运行。
计算机组成原理课程设计的实验报告
计算机组成原理课程设计的实验报告实验报告：计算机组成原理课程设计摘要：本实验报告旨在介绍计算机组成原理课程设计的实验过程和结果。
该实验旨在深入理解计算机的组成和工作原理，并通过设计和实现一个简单的计算机系统来加深对计算机组成原理的理解。
本实验报告将包括实验的目的、实验环境、实验步骤、实验结果以及实验的分析和讨论。
1. 实验目的：本实验的目的是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。
具体目标包括：- 理解计算机的基本组成和工作原理；- 掌握计算机硬件的设计和实现方法；- 学习使用计算机组成原理相关的软件工具。
2. 实验环境：本实验所需的硬件和软件环境如下：- 硬件环境：一台支持计算机组成原理课程设计的计算机；- 软件环境：计算机组成原理相关的软件工具，如Xilinx ISE、ModelSim等。
3. 实验步骤：本实验的步骤主要包括以下几个部分：3.1 系统需求分析在设计计算机系统之前，首先需要明确系统的需求和功能。
根据实验要求，我们需要设计一个简单的计算机系统，包括指令集、寄存器、运算单元等。
3.2 系统设计根据系统需求分析的结果，进行系统设计。
设计包括指令集的设计、寄存器的设计、运算单元的设计等。
3.3 系统实现在系统设计完成后，需要进行系统的实现。
具体步骤包括使用硬件描述语言（如VHDL）进行电路设计，使用Xilinx ISE进行逻辑综合和布局布线，最终生成bit文件。
3.4 系统测试在系统实现完成后，需要进行系统的测试。
测试包括功能测试和性能测试。
功能测试主要是验证系统是否按照设计要求正常工作；性能测试主要是测试系统的性能指标，如运行速度、吞吐量等。
4. 实验结果：经过实验，我们成功设计和实现了一个简单的计算机系统。
该系统具有以下特点：- 指令集：支持基本的算术运算和逻辑运算；- 寄存器：包括通用寄存器、程序计数器、指令寄存器等；- 运算单元：包括算术逻辑单元（ALU）和控制单元。
组成原理课程设计
计算机组成原理课程设计报告项目名称：计算机简单模型设计——运算器作者姓名：专业：计算机科学与技术学号：指导教师：完成日期：2011年12月23日太原工业学院计算机工程系目录摘要 (3)关键词 (3)正文 (3)2.1运算器部分： (3)2.2存储器部分 (4)2.3寄存器部分 (6)2.4时序电路部分 (6)2.5输入输出接口电路 (7)3.1对试验结果的分析讨论及理论计算结果的比较 (8)3.2调试与性能分析 (9)结论 (12)参考文献 (12)摘要本课程设计综合运用运算器、控制器、存储器、输入输出系统、总线等部件和辅助电路，完成一个运算器计算机的设计和实现（包括硬件和软件）。
用Proteus 7 Professional 软件实现设计上述功能，通过这次课程设计实现了运算器功能关键词基本模型机的设计；运算器；存储器；控制器；输入输出系统；总线等部件和辅助电路正文1、总体思路：就是在存储器内取数据到寄存器然后到运算器然后存入另一个寄存器，通过总线存入另一个存储器2、理论分析2.1运算器部分：74LS1812.2存储器部分双向八总线收发器74LS245是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。
74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。
*当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输（接收）DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当/CE为高电平时，A、B均为高阻态。
存储器6264：A0~A12为13根地址线，i/O0~O7八根数据线，CS1，CS2为两个片选端，OE为为数据输出选通端，WR为写信号控制信号CS 数据线读L H H L 输出写L H L ×输入非选H ×××高阻态非选×L ××高阻态输出禁止L H H H高阻态2.3寄存器部分寄存器74LS373：当三态允许控制端OE 为低电平时，O0~O7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。
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。
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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：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：(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：(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、SWA为“0 0”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、SWA为“0 1”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、SWA为“1 1”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：下址字段6位，从而确定控制存储器容量为64个单元。
判别测试字段3位，通过字段译码可用于规定7种P测试方式，以及一种不测试P0。
当P0=000的情况下，按下址字段的地址直接取下一条微指令。
具体微指令格式内容见附件三的图4。
S3，S2，S1，S0，M，Cn：为运算器74LS181芯片的控制信号。
WE：为W/R信号对RAM和OUT进行读写操作，高电平为写有效。
A9，A8：为对外部设备（RAM,OUTPUT,INPUT）地址进行译码。
A字段内容具体见附件3。
LD299：寄存器选中，具体选择同IR的最低2位（I1，I0）配合。
当I1I0=00时为输入到R0寄存器；当I1I0=01时为输入到R1寄存器；当I1I0=10时为输入到R2寄存器；LDDR1：暂存器DR1选中。
LDDR2：暂存器DR2选中。
LDIR：指令寄存器IR选中。
LOAD：总线数据直接装载在PC计数器中。
LDAR：地址寄存器AR选中。
B字段内容具体见附件3。
B- RS：为源寄存器输出选中。
具体选择同IR的3，4位（I3，I2）配合。
当I3I2=00时为输入到R0寄存器；当I3I2=01时为输入到R1寄存器；当I3I2=10时为输入到R2寄存器；RD-B：为目的寄存器输出选中。
具体选择同指令寄存器（IR）的最低2位（I1，I0）配合。
当I1I0=00时为R0寄存器输出；当I1I0=01时为R1寄存器输出；当I1I0=10时为R2寄存器输出；RI-B：为变址寄存器选中。
本机固定为R2。
299-B：为移位寄存器输出选中。
ALU-B：逻辑运算单元结果输出。
PC-B：PC计数器输出。
P字段：P（1）：分支判断1，和指令寄存器（IR）的高四位（IR7-IR4）作为测试条件。
可分16个分支。
P（2）：分支判断2，和指令寄存器（IR）的三四位（IR3，IR2）作为测试条件，有4个分支。
P（3）：分支判断3，和CY或ZI作为测试条件，有两个分支。
P（4）：分支判断4，和开关SWB，SBA作为测试条件，有4个分支。
用于控制台控制区（读程序，写程序，和运行程序）。
AR：进行算术运算时是否影响进位和判零标志的控制位。
选中时进行带进位运算。
LDPC：为PC计数信号选中。
5. 微程序控制器微程序控制器的结构与微指令的格式密切相关。
它由控制存储器、微地址寄存器、微命令寄存器和地址转移逻辑几部分组成。
微地址寄存器和微命令寄存器两者的总长度即为一条微指令的长度，二者合在一起称为微指令寄存器。
微控制器寄存器使用的是两片74LS273和一片74LS175构成它们从微命令存储器中读出并保存，为后续模块提供信息。
它是根据节拍信号进行读的。
微程序控制器的工作过程：开始运行程序时a.CPU 自动将取指令的微程序入口地址送入uAR ，启动控制存储器进行读操作,将微指令送入uIR 。
b. 指令的操作码部分经译码器产生一组微命令，送到有关部件控制完成一组微操作。
c. 由微地址产生逻辑或微指令的下字址给出下一条微指令的地址。
再按取微指令。
执行微指令的过程重复。
微程序控制器结构见附件3图五。
6. 微程序流程图当拟定“取址”微指令时，该微指令的判别测试字段为P（1）测试。
由于“取址”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P（1）的测试结果出现多路分支。
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，出现了3路分支，占用3个固定微地址单元。
当分支微地址单元固定后，剩下的其它地方就可以一条微指令占用一个微地址单元随意填写。
注意：微程序流程图上的地址为16进制。
指令中的STA、LDA JMP BZC 是四条双字长的指令。
他们有四种寻址方式分别是直接、间接、变址、相对。
指令在操作地址的时候都是先得到地址然才能操作。
在这里设计的过程使用的也是同样的思想。
在指令译码的过程中对这四条指令使用的方式不是直接判断应该执行什么指令，而是先判断应该使用怎样的寻址方式先找到应该操作的主存地址再进行操作。
间接寻址的方式的STA指令如下：第一步：(01H)从地址指针(PC)中得到地址,送到地址寄存器（AR）中，PC自动加一。