组成原理课程设计报告
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。
计算机组成原理课程设计总结报告
计算机组成原理课程设计总结报告课设题目：鼠标的制作院系：计算机学院专业：计算机科学与技术班级：xxxx学号：xxxxx姓名：xxxx一.项目介绍与设计目的1.项目介绍运用基本的元器件完成鼠标的制作与调试并可以在计算机上使用。
2.实验目的本实验旨在通过自己做鼠标锻炼考察对计算机组成原理知识的运用与实践二.项目环境要求在整洁的桌面完成，避免零件混乱。
焊枪使用之前先做清洁处理，不用时放在烙铁架上三.电路图及原理分析电路图：原理分析：在光电鼠标内部有一个发光二极管，通过该发光二极管发出的光线，照亮光电鼠标底部表面（这就是为什么鼠标底部总会发光的原因）。
然后将光电鼠标底部表面反射回的一部分光线，经过一组光学透镜传输到一个光感应器件（微成像器）内成像现在，翻过一只发红光的光学鼠标，您都可以看到一个小凹坑，里面有一个小棱镜和一个透镜。
工作时，从棱镜中会发出一束很强的红色光线照射到桌面上，然后通过桌面不同颜色或凹凸点的运动和反射，来判断鼠标的运动当鼠标移动的时候，成像传感器录得连续的图案，然后通过“数字信号理器”(DSP)对每张图片的前后对比分析处理，以判断鼠标移动的方向以及位移，从而得出鼠标x, y方向的移动数值。
再通过SPI传给鼠标的微型控制单元。
鼠标的处理器对这些数值处理之后，传给电脑主机四.项目实现步骤及注意事项1项目实验步骤：首先先焊接电容主芯片、发光二极管、电阻、按钮的焊接数据线的焊接，按G-蓝、A-白、C-橙、D-绿，接法如下图各组件的安装及鼠标外壳的嵌套2.注意事项焊接电路时连续焊接时间不超过三秒清洁电烙铁焊头使用加水湿润，湿度如拧干的毛巾，不用时一定要放在烙铁架上电容具有正负极之分。
靠近白色横条纹的引脚为负极。
对应电路板上涂白色的区域。
电路版上用到的两个电容不是一样容量的，要注意区分，前面图片中用红色边框圈起来的电容是100uf的，另外一个是10uf。
发光二极管也有正负极之分。
接反了灯就不会亮。
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。
计算机组成原理课程设计报告
《计算机组成原理》课程设计报告（2012— 2013学年第 1学期）题目：复杂指令计算机系统设计专业：计算机科学与技术_姓名学号：指导教师：成绩：计算机科学与技术系2013 年 1 月11 日目录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。
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》课程设计报告
课程设计说明书《计算机组成原理》算法实现（五）专业 计算机科学与技术学生夏晶晶 班级 M 计算机101 学号1051401122指导教师花小朋完成日期2013年6月21日目录1 课程设计目的 (2)2 课程设计容与要求 (2)2.1课程设计的容 (2)2.2 课程设计的要求 (2)3 实现方法 (2)3.1 系统目标 (2)3.2 主体设计 (4)3.2.1 主窗体的设计 (4)3.2.2 定点整数真值还原窗体的设计 (6)3.2.3 定点整数单符号位补码加减法 (8)3.2.4 定点整数的原码乘法 (10)3.2.5 浮点数的加减运算 (12)4 设计小结 (13)参考文献 (13)1 课程设计目的本课程设计是在学完本课程教学大纲规定的全部容、完成所有实践环节的基础上，旨在深化学生学习的计算机组成原理课程基本知识，进一步领会计算机组成原理的一些算法，并进行具体实现，提高分析问题、解决问题的综合应用能力。
2 课程设计容与要求2.1课程设计的容计算机组成原理算法实现（五）2.2 课程设计的要求能够实现机器数的真值还原（定点整数）、定点整数的单符号位补码加减运算、定点整数的原码乘法运算和浮点数的加减运算。
3 实现方法3.1 系统目标本程序含有以下几个功能模块，分别能够实现如设计容所设计的功能。
共有5个类，各类之间的关系如图3-1所示：系统流程图：3.2 主体设计3.2.1 主窗体的设计程序菜单需要在输入口令正确后方可使用，若口令输入错误需给出重新输入口令的提示，三次口令输入错误则禁止使用。
登陆算法的流程图：输入密码判断密码计数器减1激活菜单栏隐藏登陆显示欢迎界面弹出错误窗口判断计数器值是否大于零结束开始3.2.2 定点整数真值还原窗体的设计选择主窗体中“机器数的真值还原（定点整数）”时进入下图所示的窗体。
在上面的窗体中按“输入”按扭时，将输入焦点设置为最上面的一个文本框上。
输入一个机器数（如10001000）后，按“原->真值”、“反->真值”、“补->真值”或“移->真值”按扭中的任一个后，将在第二文本框中显示对应操作的结果。
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。
计算机组成原理课程设计完整版
目录1 需求分析 (1)1.1课程设计目的 (1)1.2课程设计内容及要求 (1)1.3TDN-CM++计算机组成原理实验教学系统特点 (2)1.4微指令格式分析 (2)1.5指令译码电路分析 (5)1.6寄存器译码电路分析 (6)1.7时序分析 (7)2 总体设计 (9)2.1数据格式和机器指令描述 (9)2.2机器指令设计 (11)3 详细设计 (16)3.1控制台微程序流程的详细设计 (16)3.2运行微程序流程的详细设计 (19)4 实现阶段 (31)4.1所用模型机数据通路图及引脚接线图 (31)4.2 测试程序及结果 (33)心得体会 (35)参考资料 (36)1 需求分析1.1 课程设计目的本课程设计是计算机科学与技术专业重要的实践性教学环节之一，是在学生学习完《计算机组成原理》课程后进行的一次全面的综合设计。
目的是通过一个完整的8位指令系统结构（ISA）的设计和实现，加深对计算机组成原理课程内容的理解，建立起整机系统的概念，掌握计算机设计的基本方法，培养学生科学的工作作风和分析、解决实际问题的工作能力。
1.2 课程设计内容及要求基于TDN-CM++计算机组成原理实验教学系统，设计和实现一个8位指令系统结构（ISA），通过调试和运行，使设计的计算机系统能够完成指定的功能。
设计过程中要求考虑到以下各方面的问题：（1）指令系统风格（寄存器-寄存器，寄存器-存储器，存储器-存储器）；（2）数据类型（无符号数，有符号数，整型，浮点型）；（3）存储器划分（指令，数据）；（4）寻址方式（立即数寻址，寄存器寻址，直接寻址等）；（5）指令格式（单字节，双字节，多字节）；（6）指令功能类别（算术／逻辑运算，存储器访问，寄存器操作，程序流控制，输入／输出）。
要求学生综合运用计算机组成原理、数字逻辑和汇编语言等相关课程的知识，理解和熟悉计算机系统的组成原理，掌握计算机主要功能部件的工作原理和设计方法，掌握指令系统结构设计的一般方法，掌握并运用微程序设计（Microprogramming）思想，在设计过程中能够发现、分析和解决各种问题，自行设计自己的指令系统结构（ISA）。
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集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）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123班姓名流星雪雨学号指导教师顾辉日期目录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。
以上过程可以反复进行，以便得到一个较好的方案。
4 数据格式与指令系统4.1 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 3 214.2 指令系统本实验设计使用5条机器指令，其格式与功能说明如下：7 6543210INADDSTAOUTJMPIN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。
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。
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。
存储器的设计和制作需要掌握数字电路设计、电子工艺制作和人机交互等知识和技能。
下面是存储器设计的主要步骤：1.确定存储器的类型和容量。
根据实际需要和使用场景，确定存储器的类型和容量，包括SRAM、DRAM、FLASH等。
2.设计存储器的电路和控制线路。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
沈阳航空航天大学课程设计报告课程设计名称：计算机组成原理课程设计课程设计题目：定点原码一位乘法器设计与实现院（系）：计算机学院专业：计算机科学与技术（物联网方向）班级：34010105学号：2013040101211姓名：李浩渊指导教师：施国君完成日期：2016 年 1 月 14 日目录第1章总体设计方案 (2)1.1 设计原理 (2)1.2 设计思路 (2)1.3 设计环境 (2)1.3.1 Xilinx foundation f3.1 设计软件 (2)1.3.2 COP2000集成调试软件 (3)第2章详细设计方案 (4)2.1 总体方案的设计与实现 (4)2.2 模块的设计与实现 (4)2.2.1 被乘数模块 (4)2.2.2 乘数模块 (7)2.2.3部分积模块 (10)2.2.4 加法器 (12)2.2.5计数控制模块 (15)2.3 总电路仿真测试 (18)2.3.1 建立仿真波形文件及仿真信号选择 (18)2.3.2 功能仿真结果与分析 (18)2.4 顶层设计方案的设计与实现 (20)2.4.1 创建顶层图形设计文件 (20)2.4.2 器件的选择与引脚所定 (20)第3章编程下载与硬件测试 (21)3.1 编程下载 (21)3.2 硬件测试及结果分析 (21)参考文献 (24)第1章总体设计方案1.1 设计原理乘法的运算过程归纳如下：(1)乘法运算可用移位和加法来实现，两个8位数相乘，总共需要进行8次加法运算和8次移位。
(2)由乘数的末位值确定被乘数是否与原部分积相加，然后右移一位，形成新的部分积；同时，乘数也右移一位，由次低位作新的末位，空出最高位放部分积的最低位。
(3)每次做加法时，被乘数仅仅与原部分积的高位相加，其低位被移至乘数所空出的高位位置。
计算机很容易实现这种运算规则。
用一个寄存器存放被乘数，一个寄存器存放乘积的高位，另一个寄存器存放乘数及乘积的低位，再配上加法器及计数控制电路，就可组成乘法器。
原码一位乘的运算规则如下：(1) 两个原码数相乘，乘积的符号位由两原码符号异或运算结果决定。
(2) 乘积的数值部分由两数绝对值相乘。
1.2 设计思路按照课设题目要求及设计原理，将整个电路的设计分为以下模块：被乘数模块、乘数模块、部分积模块、加法器模块、控制电路模块。
在电路的具体实现过程中，配合相应时钟脉冲和逻辑门电路已达到预期效果。
设计过程采用自上而下的方法，顶层设计采用原理图设计输入方式，底层设计也采用原理图设计输入方式。
当最终的总芯片仿真无误时，经编译形成*.bit文件并下载到XCV2000可编程逻辑芯片中，经硬件测试验证设计的正确性。
1.3 设计环境1.3.1 Xilinx foundation f3.1 设计软件Xilinx foundation f3.1 是Xilinx 公司的可编程器件开发工具，该平台功能强大，主要用于百万逻辑门设计。
该系统由设计入口工具、设计实现工具、设计验证工具三大部分组成。
设计入口工具包括原理图编辑器、有限状态机编辑器、硬件描述语言（HDL）编辑器、LogiBLOX模块生成器、Xilinx内核生成器等软件。
其功能是：接收各种图形或文字的设计输入，并最终生成网络表文件。
设计实现工具包括流程引擎、限制编辑器、基片规划器、FPGA编辑器、FPGA写入器等软件。
设计实现工具用于将网络表转化为配置比特流，并下载到器件。
设计验证工具包括功能和时序仿真器、静态时序分析器等，可用来对设计中的逻辑关系及输出结果进行校验，并详尽分析各个时序限制的满足情况。
1.3.2 COP2000集成调试软件COP2000集成开发环境是为COP2000实验仪与PC机相连进行高层次实验的配套软件，它通过实验仪的串行接口和PC机的串行接口相连，提供汇编、反汇编、编辑、修改指令、文件传送、调试FPGA实验等功能，该软件在Windows下运行。
图1.3.2-1 COP2000计算机组成原理实验系统第2章详细设计方案2.1 总体方案的设计与实现课设题目要求是被乘数和乘数的位数均为8位，但是便于设计，在具体的电路实现过程中，输入端采用双符号位，即输入为10位二进制数据，符号位2位，数据位8位。
按照第1章中的设计原理及设计思路，整个电路共有5大模块。
(1)被乘数模块：用来存放被乘数的寄存器，并且接收乘数的最低位，完成被乘数每一位与乘数最低位分别相与的功能并输出结果。
(2)乘数模块：用来存放乘数的寄存器，带移位功能。
(3)部分积模块：用来存放运算过程中的部分积，有移位功能和清零功能。
(4)加法器：完成输入的两个10位二进制数据的相加求和功能。
(5)计数控制模块：实现运算完毕电路的自动停止功能。
2.2 模块的设计与实现2.2.1 被乘数模块被乘数模块主要实现被乘数的寄存、被乘数与传递来的乘数最低位进行与运算两个功能。
封装好的芯片输入端共有12个引脚，其中10个引脚用来输入10位被乘数，包括8位数据位，2位符号位；一个CLK引脚为时钟输入，一个R引脚用来接乘数寄存器的最低位输出。
其输出端输出被乘数每位分别与传递来的乘数最低位做逻辑与运算之后的结果。
封装好的芯片如图2.2.1-1所示。
图2.2.1-1 被乘数模块芯片为了实现被乘数模块的两个功能，芯片内部电路分为两部分。
前一部分电路使用10个FD触发器（上升沿触发）实现10位输入数据的寄存，后一部分电路使用与门构成简单电路完成被乘数与乘数最低位的与运算。
内部电路图具体实现如图2.2.1-2所示。
图2.2.1-2 被乘数模块内部电路对被封装好的芯片进行仿真，波形图如图2.2.1-3。
观察波形图，输入被乘数数据D9-D0为0011110000，传递来的乘数最低位数据R为1，当CLK的第一个上升沿到来时，输出数据Q9-Q0为0011110000，即D9-D0寄存之后再分别与R相与的结果。
输出符合预期，说明被乘数寄存器设计成功。
图2.2.1-3 被乘数模块仿真波形2.2.2 乘数模块由定点原码一位乘的算法可知，乘数模块的电路设计既要有寄存功能，也要有移位功能，且寄存功能只在第一个CLK期间有效，后续运算均只使用乘数模块的移位功能。
所以设计的乘数寄存器芯片输入端共有13个引脚。
其中10个引脚用于10位乘数数据的输入，包括8位数据位、2位符号位；一个CLK引脚用于时钟脉冲信号输入；一个S引脚用于控制寄存器写/移功能的选择；一个A引脚用于接收部分积移出来的最低位。
输出端有10个引脚，用于输出10位乘数数据。
封装好的芯片外观图如下：图2.2.2-1 乘数模块芯片为了实现乘数模块的功能，芯片内部电路由两大部分构成。
一部分实现10位数据的寄存，此部分与被乘数寄存器芯片的寄存功能一样，故电路实现也是采用10个FD触发器；另一部分实现芯片写/移功能选择，采用普通逻辑门构成的电路。
内部电路具体实现如图2.2.2-2所示图2.2.2-2 乘数模块内部电路图2.2.2-3 乘数模块仿真波形当写/移使能端S=1时，电路实现的是寄存功能，即在CLK的下一个上升沿到来时，将D9-D0的输入数据打入到10个D触发器；当写/移使能端S=0时，电路实现的是移位功能，即在CLK的下一个上升沿到来时，将已经寄存的数据整体右移，然后将A端传递的数据移位至寄存器的最高位寄存。
对封装好的芯片进行仿真，结果如图2.2.2-3。
观察波形图，芯片输入乘数数据D9-D0为0000000000，部分积移出来的最低位A为1，在CLK的前两个上升沿期间，写/移使能端S为1，控制D9-D0数据写入，此时输出Q9-Q0为0000000000；在CLK的第三个上升沿到来时，写/移使能端S为0，寄存器中的数据产生移位，由于A输入为1，所以寄存输出Q9-Q0此时会变为1000000000；以后S一直为0，输出Q9-Q0一直在移位。
仿真波形符合预期，说明乘数模块的芯片设计成功。
2.2.3部分积模块根据定点原码一位乘的算法原理可知，部分积模块的电路设计主要实现实现3大功能：清零、寄存、移位。
所以设计的部分积芯片输入端共有13个引脚，其中D9-D0用于输入10位数据，CLK用于时钟脉冲信号输入，S用于控制寄存器写/移功能的选择，CLR用于芯片寄存器的清零。
输出端有11个引脚，用于输出10位数据以及1位要传递给乘数模块的部分积移位出来的最低位。
封装好的芯片如图2.2.3-1所示。
图2.2.3-1 部分积模块芯片考虑部分积模块的3大功能，可以发现，其仅仅是比乘数模块多了1个清零的功能，所以部分积芯片与乘数芯片的主要区别在于触发器的选择，部分积芯片内部电路所使用的触发器是带CLR清零端的FDC触发器。
对于寄存与移位功能的实现，部分积芯片内部电路与乘数芯片内部的逻辑电路基本相似，唯一的区别是，部分积中的数据整体右移时，在最高位直接添0，而且移出来的最低位还需要使用一个普通D触发器暂存用于输出传递给乘数芯片。
具体的内部电路实现如图2.2.3-2所示。
图2.2.3-2 部分积模块内部电路电路使用了10个带CLR清零端的FDC触发器，用于部分积模块的清零与寄存，另外使用了一个普通的D触发器用于保存部分积右移出来的最低位。
写/移使能端S为1时写入数据，为0时对数据进行移位。
对封装好的芯片仿真，结果如图2.2.3-3所示。
观察波形，输入数据D9-D0为1111111111，在CLK前两个上升沿期间，CLR为高电平，起清零作用，所以输出Q9-Q0和A始终为0；当CLK的第3个上升沿到来时，CLR为低电平，S为高电平，刚开始寄存作用，所以输出Q9-Q0为1111111111，A为0；当CLK的第4个上升沿到来时，CLR为低电平，S为低电平，开始移位，以后输入信号不再变化，所以一直保持移位状态。
仿真波形符合芯片预期功能设计，所以部分积模块设计成功。
图2.2.3-3 部分积模块仿真波形2.2.4 加法器根据定点原码一位乘的算法原理可知，加法器模块的电路设计需要实现两个10位二进制数相加的功能。
所以设计的加法器芯片输入端共有20个引脚，而输出端共有10个引脚。
封装好的芯片如图2.2.4-1所示。
图2.2.4-1 加法器芯片芯片内部电路的设计基于已有的ADD4全加器芯片，由于是实现10位二进制数据的相加，所以需要将3片ADD4串联起来，即将第1片ADD4的进位输出端CO接第二片的进位输入端CI，而第2片ADD4的CO接第3片的CI。
另外，第1片的CI端与第3片没有数据输入的输入端均接GND，恒置低电平。
具体电路实现如图2.2.4-2所示。
图2.2.4-2 加法器内部电路对封装好的芯片进行仿真，结果如图2.2.4-3所示。
观察波形，输入两个数据A9-A0为，B9-B0为，输出结果S9-S0为，即仿真结果符合模块预期功能，说明芯片设计成功。