东北大学计算机组成原理课设报告
东北大学秦皇岛分校计算机组成原理课设
东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院计算机组成与结构课程设计指令系统及计数器设计专业名称计算机科学与技术班级学号学生姓名指导教师设计时间2012.12.17~2012.12.26东北大学秦皇岛分校课程设计任务书专业：计算机科学与技术学号：学生姓名：设计题目：一、设计实验条件硬件：PC机软件：Xilinx ISE ModelSim编程语言：VHDL二、设计任务及要求1.6号指令的设计；2.23号指令的设计；3.29号指令的设计；4.42号指令的设计；5.输出寄存器OUT；6. 带异步清零和计数使能的8位二进制计数。
三、设计报告的内容1.设计题目与设计任务题目：1、16位模型机设计－指令系统及计数器设计表1.指令系统设计3、逻辑电路设计：带异步清零和计数使能的8位二进制计数器2.前言1、融会贯通计算机组成原理课程的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各个模块的工作原理及相互联系的认识；2、学习运用VHDL进行FPGA/CPLD设计的基本步骤和方法，熟悉EDA的设计、模拟调试工具的使用，体会FPGA/CPLD技术相对于传统开发技术的优点；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经验。
3.设计主体【系统设计】整机逻辑结构框图图1芯片引脚：图2 cpu逻辑结构框图：图3【设计指令系统】1、指令系统设计1、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。
2、EMWR：程序存储器EM写信号。
3、EMRD：程序存储器EM读信号。
4、PCOE：将程序计数器PC的值送到地址总线ABUS上(MAR)。
5、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。
6、IREN：将程序存储器EM读出的数据打入指令寄存器IR。
7、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。
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：运算器；控制器；存储器；输入输出接口；模型机正文一、设计目的《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、实践的设计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。
三、设计原理组织结构ALUS3S2S1MEMOUTINPCLDPCARLDARLOAD ALU-GLED-GSW-GDR1T4DR2T4PC-G时序微控制器IRLDIR地址总线数据总线T1T 2WE WEWES0LDDR1LDDR2CER0R0-G LDR0模型机的数据通路图运算器模块主要由两片74LS181、暂存器两片74LS373等构成。
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一、引言计算机组成原理是计算机科学与技术专业的重要课程之一，通过学习该课程，我们可以深入了解计算机的硬件组成和工作原理。
本次课程设计旨在通过设计一个简单的计算机系统，加深对计算机组成原理的理解，并实践所学知识。
二、设计目标本次课程设计的目标是设计一个基于冯·诺依曼体系结构的简单计算机系统，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。
通过该设计，我们可以掌握计算机系统的基本组成和工作原理，加深对计算机组成原理的理解。
三、设计方案1. CPU设计1.1 硬件设计CPU由控制单元和算术逻辑单元组成。
控制单元负责指令的解码和执行，算术逻辑单元负责算术和逻辑运算。
1.2 指令设计设计一套简单的指令集，包括算术运算指令、逻辑运算指令、数据传输指令等。
1.3 寄存器设计设计一组通用寄存器，用于存储数据和地址。
2. 存储器设计2.1 主存储器设计一块主存储器，用于存储指令和数据。
2.2 辅助存储器设计一个简单的辅助存储器，用于存储大容量的数据。
3. 输入输出设备设计3.1 键盘输入设备设计一个键盘输入设备，用于接收用户的输入。
3.2 显示器输出设备设计一个显示器输出设备，用于显示计算结果。
四、实施步骤1. CPU实现1.1 根据CPU的硬件设计，搭建电路原型。
1.2 编写控制单元的逻辑电路代码。
1.3 编写算术逻辑单元的逻辑电路代码。
1.4 进行仿真验证，确保电路的正确性。
2. 存储器实现2.1 设计主存储器的存储单元。
2.2 设计辅助存储器的存储单元。
2.3 编写存储器的读写操作代码。
2.4 进行存储器的功能测试，确保读写操作的正确性。
3. 输入输出设备实现3.1 设计键盘输入设备的接口电路。
3.2 设计显示器输出设备的接口电路。
3.3 编写输入输出设备的读写操作代码。
3.4 进行输入输出设备的功能测试，确保读写操作的正确性。
五、实验结果与分析通过对CPU、存储器和输入输出设备的实现，我们成功设计了一个基于冯·诺依曼体系结构的简单计算机系统。
计算机组成原理课程设计总结报告[优秀范文5篇]
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计算机组成原理课程设计总结报告[优秀范文5篇]第一篇：计算机组成原理课程设计总结报告大庆师范学院计算机组成原理课程设计总结报告设计题目：基本模型机的模拟设计与实现子题目：外部中断控制流水灯、蜂鸣器学生姓名：院别：专业：班级：学号：指导教师:2011 年 7 月 5日大庆师范学院课程设计任务书题目基本模型机的模拟设计与实现主要内容：对基本模型机的设计与实现，能够自己设计机器指令并且能够翻译为微程序，并能将机器指令和微程序分别打入模拟机的内存和控制存储其中，并通过程序调试能将所编写的程序正确运行。
参考资料：《计算机组成原理》唐朔飞著《计算机组成原理》白中英著《计算机组成原理实验指导》完成期限：一周指导教师签名：2011年 7 月5日大庆师范学院本科毕业论文（设计）大庆师范学院本科毕业论文（设计）目录一、设计目标 (1)二、采用设备 (1)三、设计的原理 (1)3.1 单片机..............................................................................1 3.2中断方式...........................................................................2 3.3实现控制LED 和蜂鸣器的原理 (3)四、逻辑电路图 (3)4.1LED小灯原理图..................................................................... 3 4.2扬声器原理图..................................................................... 3 4.3单片机的独立按键原理图 (4)五、程序代码...........................................................................4 5.1C语言的特点及选择...............................................................4 5.2 程序代 (5)六、调试情况 (5)6.1在keil环境下，编写外部中断的程序…………………………………6 6.2软件调试的步骤 (6)七、心得体会 (6)八、参考文献 (7)大庆师范学院本科毕业论文（设计）摘要：本文介绍了在89c51单片机系统中设计外部中断流水灯、蜂鸣器的一种方法。
组成原理实验报告东北大学秦皇岛分校
计算机组成原理实验报告学号：2143521姓名：王劲翔提交日期：2017-1-3成绩：东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院1组成原理语言实验报告Computer Organization Lab Reports______________________________________________________________________________班级： _2143521__ 姓名：_ 王劲翔 _ 学号：_2143521__ 实验日期：_2016.10.22_学院： __计算机与通信工程学院_______ 专业：___计算机科学与技术 _____________ 实验顺序：___1___ 原创：__是_______ 实验名称：_____十六位机运算器实验_______ 实验分数：_______ 考评日期:________ 指导教师：张旭______________________________________________________________________________ 一．实验目的完成算术、逻辑、移位运算实验，熟悉ALU运算控制位的运用。
______________________________________________________________________________二．实验环境十六位体系结构计算机组成原理试验箱______________________________________________________________________________三．实验原理实验中所用的运算器数据通路如图2-4-1所示。
ALU运算器由CPLD描述。
运算器的输出经过2片74LS245三态门与数据总线相连，2个运算寄存器AX、BX的数据输入端分别由4个74LS574锁存器锁存，锁存器的输入端与数据总线相连，准双向I/O输入输出端口用来给出参与运算的数据，经2片74LS245三态门与数据总线相连。
《计算机组成原理》课程设计报告
一、课程设计题目简单模型机的微程序设计二、课程设计目的a)计算机的硬件基本组成；b)计算机中机器指令的设计；c)计算机中机器指令的执行过程；d)微程序控制器的工作原理。
e)微指令的格式设计原则；三、问题解决（1）、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。
答：第24-19位称为算逻部件的控制字段；第18位为存储器功能控制字段，第17,16位为选择字段，用于选择外设和内存；第15-13位称为A字段，用于产生各寄存器的数据装入微命令；第12-10位称为B字段，用于控制各寄存器的数据送入总线的微命令；第9-7位称为C字段，用于微指令控制空能；NA字段为第6-1位，用于下条指令地址的计算。
其中算逻部件控制字段，存储器功能控制字段，选择字段，ABC字段均为不译码的，NA字段在C字段为000时不译码，为001,010,011,100时分别进行P(1)-P(4)测试译码，可看为间接译码，是将其与IR字段部分位相或算出下条指令地址。
（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。
答：微程序中的微指令不是顺序执行的，如为P(1) [或者P(2)/ P(3)/ P(4)]测试，则次地址的微地址的4~1位是用次地址字段NA（4~1位）或指令寄存器IR（8~5位）所产生，NA字段的6~5位保持不变；如不是测试的话，那么次地址即为该微指令NA字段所指向的微地址。
当设计的微指令指向下条指令，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释其它指令的微指令的微地址冲突。
答：在微程序中根据机器指令的5~8位进行测试，实现相关分支。
在设计机器指令时需考虑对应的微地址入口，每个机器指令均需对应一个微指令的地址。
东北大学计算机组成原理课程设计
计算机组成原理课程设计报告班级：班姓名：学号：完成时间：一、课程设计目的1．在实验机上设计实现机器指令及对应的微指令（微程序）并验证，从而进一步掌握微程序设计控制器的基本方法并了解指令系统与硬件结构的对应关系；2．通过控制器的微程序设计，综合理解计算机组成原理课程的核心知识并进一步建立整机系统的概念；3．培养综合实践及独立分析、解决问题的能力。
二、课程设计的任务针对COP2000实验仪，从详细了解该模型机的指令/微指令系统入手，以实现乘法和除法运算功能为应用目标，在COP2000的集成开发环境下，设计全新的指令系统并编写对应的微程序；之后编写实现乘法和除法的程序进行设计的验证。
三、课程设计使用的设备（环境）1．硬件●COP2000实验仪●PC机2．软件●COP2000仿真软件四、课程设计的具体内容（步骤）1．详细了解并掌握COP 2000模型机的微程序控制器原理，通过综合实验来实现该模型机指令系统的特点：①总体概述：COP2000模型机包括了一个标准CPU所具备所有部件，这些部件包括：运算器ALU、累加器A、工作寄存器W、左移门L、直通门D、右移门R、寄存器组R0-R3、程序计数器PC、地址寄存器MAR、堆栈寄存器ST、中断向量寄存器IA、输入端口IN、输出端口寄存器OUT、程序存储器EM、指令寄存器IR、微程序计数器uPC、微程序存储器uM，以及中断控制电路、跳转控制电路。
其中运算器和中断控制电路以及跳转控制电路用CPLD来实现，其它电路都是用离散的数字电路组成。
微程序控制部分也可以用组合逻辑控制来代替。
模型机为8位机，数据总线、地址总线都为8位，模型机的指令码为8位，根据指令类型的不同，可以有0到2个操作数。
指令码的最低两位用来选择R0-R3寄存器，在微程序控制方式中，用指令码做为微地址来寻址微程序存储器，找到执行该指令的微程序。
而在组合逻辑控制方式中，按时序用指令码产生相应的控制位。
在本模型机中，一条指令最多分四个状态周期，一个状态周期为一个时钟脉冲，每个状态周期产生不同的控制逻辑，实现模型机的各种功能。
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报告
计算机组成原理课程设计报告Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#电子信息学院实验报告书课程名：《计算机组成原理》题目：实验类别【验证】班级：学号：姓名：第一章课设任务概述课设目的通过本周的课设，使我们对计算机组成与体系结构这门课有一个更深入的了解。
主要要了解计算机的硬件组成、微操作以及储存器中的地址变换等。
将我们在课堂上所学的理论知识应用于实践。
课设任务1、参考给出的或者课本上的计算机的硬件（应有中断功能）组成，写出完成下面给定的指令格式的指令的执行流程；（1）累加器内容完成“异或”运算“异或”指令的指令格式（2）把一个内存单元中的内容读到所选择的一个累加器中。
(3)以下五条机器指令为选做题目，给出指令执行流程（选做要求：(组号mod 5)+1=红色题目编号）：IN（输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件转移），其指令格式如下：助记符机器指令码说明①IN 0000 0000 “I NPUT DEVICE”中的开关状态R0②ADD addr 0001 0000 ×××× R0+[addr] R0③STA addr 0010 0000 ×××× R0 [addr]④OUT addr 0011 0000 ×××× [addr] BUS⑤JMP addr 0100 0000 ×××× addrPC2、以下三道为选做题目（选做要求：(组号 mod 3)+1=红色题目编号）①某机器中，已知配有一个地址空间为(0000—1FFF)16的ROM区域，现在用几个SRAM芯片（8K×8位）形成一个16K×16位的RAM区域，起始地址为2000H。
东北大学组成原理实验报告-组成原理第二次实验报告
移位器由3个8位寄存器组成，能实现直通、左移、右移。直通门D将运算器的结果不移位送总线，右移门R将运算器的结果右移一位送总线，左移门L将运算器的结果左移一位送总线。用控制信号CN决定运算器是否带进位移位。
三、实验内容
1、运算器实验
按照下表连线
连接
信号孔
接入
连接
信号孔
接入
1
J1座
J3座
5
AEN
K4（S1）
K5（S0）
0
1
1
1
注：S21S1S0=111时，运算器输出为寄存器A的内容。
(2)将A中数据进行三种方式操作，并写出结果
CN
CyIN
L
D
R
0
X
54
AA
55
1
0
54
AA
55
1
1
55
AA
D5
实验四存储器实验
一、实验目的
1、掌握静态随机存储器的工作原理；
2、通过对6116SRAM芯片的实验体会存储芯片读写信号的作用；
6116是2K*8bit的SRAM，A0—A10是存储器的地址线，本实验电路中，只使用8条地址线A0—A7，而A8—A10接地。D0—D7是存储器的数据线。E是存储器的片选信号，当E为低电平时，存储器被选中，可以进行读写操作；当E为高电平时，存储器未被选中；本实验中E始终接地。W为写命令，W为低电平时，是写操作；G为读命令，G为低电平时，是读操作。
CyIN的使能控制信号，控制是否带进位。
4、移位与输出门是否打开无关，无论运算器结果如何，移位门都会给出移位结果。但究竟把哪一个结果送数据总线由哪些控制信号决定?
由直通门D，左移门L，右移门R来决定。
东北大学计算机组成原理实验报告
寄存器ST原理图
寄存器OUT原理图
（二）寄存器组
寄存器组R原理图
74HC139含有两个独立的2—4译码器，其引脚与内部逻辑、功能表见实验指导书。
（三）数据输出实验
COP2000实验仪中有7个寄存器可以向DBUS输出数据，但在某一特定时刻只能有一个寄存器输出数据。由X0、X1、X2控制信号决定那一个寄存器向数据总线输出数据，而这三个控制信号为74HC138译码器的三个选择输入端。74HC138用于选片。
程序计数器原理图
当指令正常执行时，程序计数器完成加1操作；当执行转移指令时，74HC161用预置数功能，从数据总线接收要跳转的地址。当RES=0时，PC计数器被清0。当PC+1=1时，在CK的上升沿，PC计数器加一；当LDPC=0时，在CK的上升沿，预置数据被打入PC计数器；当PCOE=0时，PC值送地址总线。
写入R3：(59h)
置数据：
K23
K22
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
1
0
1
1
0
0
1
置控制信号：
K11（RRD）
K10（RWR）
K1（SB）
K0（SA）
1
0
1
1
给出CLOCK脉冲上升沿。
(2) R？的读出
自己设置RRD、RWR、SB及SA信号，观察R？的红色指示灯及液晶显示内容。
读R0：
置控制信号：
K21
K20
K19
K18
K17
K16
0
1
0
1
0
1
0
1
置控制信号：
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。
东北大学计算机组成原理课程设计
计算机组成原理课程设计报告班级：09计算机04班姓名：学号：完成时间：2012年1月4日星期三一、课程设计目的1．在实验机上设计实现机器指令及对应的微指令（微程序）并验证，从而进一步掌握微程序设计控制器的基本方法并了解指令系统与硬件结构的对应关系；2．通过控制器的微程序设计，综合理解计算机组成原理课程的核心知识并进一步建立整机系统的概念；3．培养综合实践及独立分析、解决问题的能力。
二、课程设计的任务针对COP2000实验仪，从详细了解该模型机的指令/微指令系统入手，以实现乘法和除法运算功能为应用目标，在COP2000的集成开发环境下，设计全新的指令系统并编写对应的微程序；之后编写实现乘法和除法的程序进行设计的验证。
三、课程设计使用的设备（环境）1．硬件●COP2000实验仪●PC机2．软件●COP2000仿真软件四、课程设计的具体内容（步骤）1．详细了解并掌握COP 2000模型机的微程序控制器原理，通过综合实验来实现①总体概述COP2000模型机包括了一个标准CPU所具备所有部件，这些部件包括：运算器ALU、累加器A、工作寄存器W、左移门L、直通门D、右移门R、寄存器组R0-R3、程序计数器PC、地址寄存器MAR、堆栈寄存器ST、中断向量寄存器IA、输入端口IN、输出端口寄存器OUT、程序存储器EM、指令寄存器IR、微程序计数器uPC、微程序存储器uM，以及中断控制电路、跳转控制电路。
其中运算器和中断控制电路以及跳转控制电路用CPLD来实现，其它电路都是用离散的数字电路组成。
微程序控制部分也可以用组合逻辑控制来代替。
模型机为8位机，数据总线、地址总线都为8位，但其工作原理与16位机相同。
相比而言8位机实验减少了烦琐的连线，但其原理却更容易被学生理解、吸收。
模型机的指令码为8位，根据指令类型的不同，可以有0到2个操作数。
指令码的最低两位用来选择R0-R3寄存器，在微程序控制方式中，用指令码做为微地址来寻址微程序存储器，找到执行该指令的微程序。
《计算机组成原理》课程设计报告
7.连接实验线路…………………………………………………………………..12
8.运行与调试……………………………………………………………………..13
五总结…………………………………………………………………………………………….13
六参考文献…………………………………………………………………………………………15
OUT addr
0011 0000 XXXX XXXX
[addr] -> LED
JMP addr
0100 0000 XXXX XXXX
[addr] -> PC
4
（1）微指令格式
微指令字长共24位，其控制位顺序如下表所示：
A字段
B字段
C字段
15
14
13
选择
12
11
10
选择
9
8
7
选择
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
110
110
000110
0B
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1
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110
110
011000
0C
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1
1
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110
110
001101
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000
110
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18
0
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《计算机组成原理》课程设计报告
电子信息学院实验报告书课程名：《计算机组成原理》题目：实验类别【验证】班级：学号：姓名：1.2 实训任务第二章设计内容............................... 错误!未指定书签。
2.1 指令的执行流程........................ 错误!未指定书签。
2.1.1“异或”指令..................... 错误!未指定书签。
2.1.2读取指令........................ 错误!未指定书签。
2.1.3 “ADD”指令..................... 错误!未指定书签。
2.2 储存器................................ 错误!未指定书签。
2.3 运算器................................ 错误!未指定书签。
2.4 硬件系统.............................. 错误!未指定书签。
2.4.1计算机硬件组成................... 错误!未指定书签。
2.4.2 采用门电路设计一个8位的全加器电路错误!未指定书签。
2.4.3 定点补码加减法装置逻辑框图..... 错误!未指定书签。
2.5 模型机综合实验....................... 错误!未指定书签。
2.5.2 转移实验........................... 错误!未指定书签。
第三章图表格式............................... 错误!未指定书签。
3.1“异或”指令........................... 错误!未指定书签。
3.2 读取指令.............................. 错误!未指定书签。
3.3“ADD ”指令........................... 错误!未指定书签。
3.4 储存器................................ 错误!未指定书签。
计算机组成原理(毕业设计报告)
《计算机组成原理》课程设计报告实验计算机的设计学院：班级：学号：姓名：完成时间：目录一、设计目的 (2)二、设计内容 (2)三、设计要求 (2)四、设计原理 (2)五、调试程序 (6)六、应用程序 (6)七、心得体会 (8)一. 设计目的:巩固和深刻理解"计算机组成原理"课程所讲解的原理,加深对计算机各模块协同工作的认识,掌握微程序设计的思想和具体方法,培养我们独立思考和创新思维的能力,取得设计与调试的实践经验.二. 设计内容:按照要求设计一指令系统,该指令系统能够实现数据传送,进行加,减运算和逻辑左移和右移,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.三. 设计要求:仔细复习所学过的理论知识,掌握微程序设计的思想,并根据掌握的理论写出要设计的指令系统的微程序.运算器采用多累加器结构.指令系统至少要包括六条指令,具有上述功能和寻址方式.将所设计的微程序在虚拟环境中进行调试,并给出测试思路和具体程序段（1）运算器：采用单累加器多寄存器结构（开关KA,KB,KC,KR分别置左，右，右，左）（2）指令系统：多于16条指令，外设和内存统一编址，统一操作指令（3）内存寻址方式：寄存器直接寻址寄存器间接寻址直接寻址立即数寻址（4）微程序设计微操作信号发生器四. 设计原理用FD-CES-B型试验仪的硬件资源，实验者可自行设计指令系统以及相应的微程序，研制一台微程序控制的试验计算机。
把微程序输入控存，在给定具体的程序后，用汇编语言编出算法。
手工编译为微指令，输入主存，调试得到预期结果。
部分接线图如下所示：接线：SA 接 X0 接 M16 SB 接 X1 接 M17 P0、SR、SL 接CYP1 接 A0P2 接 A7CA、CC、RCP、CI 接ΦS3～S0 接 M23~M20Cn 接M19M 接M18CG 接M11OB 接M8OT 接 M10CT 接＋5VRR 接M1A 接 I0B 接 I1P+1 接M6GI 接 M7CK 接ΦCLR 接＋5VOI 接M15B1、B3 接RFKA 接IAB0PA 接 IAB1DR 接 M5MLD 接 M4MP+1 接 +5VMCLR 接 ROMCLK 接POMIG 接地MD10～MD6 接地MD5 接 I7MD4 接 I6MD3 接 I5MD2 接 I2MD1～MD0 接+5V根据设计要求,实验计算机属多累加器结构.因此,应将实验仪上的KA,KB,KC,KR四组开关分别置为右,左,左,上的位置.另外,实验计算机和外设不仿采用I/O查询方式.下图是整机逻辑框图：微指令格式和指令微程序：五. 调试程序（一）准备工作：1、测试控制台的复位功能：加电按RET键，应显示CPU READY字样，表示实验仪监控程序开始工作。
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计算机组成原理课程设计报告
班级：计算机XX 班姓名：XX 学号：XXX
完成时间：2017.1.6
一、课程设计目的
1．在实验机上设计实现机器指令及对应的微指令（微程序）并验证，从而进一步掌握微程序设计控制器的基本方法并了解指令系统与硬件结构的对应关系；
2．通过控制器的微程序设计，综合理解计算机组成原理课程的核心知识并进一步建立整机系统的概念；
3．培养综合实践及独立分析、解决问题的能力。
二、课程设计的任务
针对COP2000实验仪，从详细了解该模型机的指令/微指令系统入手，以实现乘法和除法运算功能为应用目标，在COP2000的集成开发环境下，设计全新的指令系统并编写对应的微程序；之后编写实现乘法和除法的程序进行设计的验证。
三、课程设计使用的设备（环境）
1．硬件
页脚内容1
COP2000实验仪
PC机
2．软件
COP2000仿真软件
四、课程设计的具体内容（步骤）
1．详细了解并掌握COP 2000模型机的微程序控制器原理，通过综合实验来实现
该模型机指令系统的特点：COP2000模型机的指令为8位，根据操作的内容，可以有0到2个操作数。
每个操作数支持5种寻址方式，包括累加器A寻址，寄存器R0~R3寻址，寄存器R0~R3间接寻址，内存直接寻址以及立即数寻址。
COP2000模型机指令的最低两位(IR0和IR1)用来寻址R0~R3四个寄存器；IR2和IR3与ELP微控制信号，Cy和Z两个程序状态信号配合，控制PC的置数即程序的转移。
各种转移的条件判断逻辑如下所示：PC 置数逻辑
当ELP=1时，不允许PC被预置
当ELP=0时
当IR3=1时，无论Cy和Z什么状态，PC被预置
当IR3=0时
若IR2=0，则当Cy=1时PC被预置
页脚内容2
若IR2=1，则当Z=1时PC被预置
本模型机时序控制采用不定长机器周期的同步控制方式，一条指令最多分四个节拍。
系统提供的默认指令系统包括以下7类指令：
该模型机微指令系统的特点（包括其微指令格式的说明等）：
COP2000 模型机的微指令字长为24 位，全部为操作控制部分，不含顺序控制字段。
微指令编码采用混合表示法，微地址形成采用计数器方式。
微指令格式为水平型微指令。
下面分别从为操作控制和顺序控制两方面进行说明：
a. 微操作控制
24 位微操作控制信号含义如下表：
表1：COP2000 模型机24 位微控制信号功能
页脚内容3
页脚内容4
b. 顺序控制
COP2000 微程序控制器的微地址生成部件是一个计数器，分别控制该计数器的使能端（自动加一）和置数端（跳转至其他指令对应的位程序地址）生成微命令的地址。
2。
计算机中实现乘法和除法的原理
（1）无符号乘法
①实例演示：
1010×1011=1101110
无符号乘法的实例演示如图1所示：
1 0 1 0
× 1 0 1 1
0 0 0 0
＋ 1 0 1 0
页脚内容5
1 0 1 0
＋ 1 0 1 0
1 1 1 1 0
＋0 0 0 0
0 1 1 1 1 0
＋1 0 1 0
（0）1 1 0 1 1 1 0
即：1001×0110=1101110
②硬件原理框图：
页脚内容6
③算法流程图：被乘数（不变）
A
DD
页脚内容7
（2）无符号除法
①实例演示：
无符号除法使用加减交替法，若余数为正，则下一步执行减法，商置1；反之商置0，下一步执行
页脚内容8
加法。
01111011
－1101
10101011
＋1101
②硬件原理框图：
A3 A2 A1 A0 0 0
③算法流程图：
页脚内容9
3．对应于以上算法如何分配使用COP2000实验仪中的硬件
由于循环控制运算时会占用累加器A，因此参与运算的操作数均应保存在通用寄存器
页脚内容10
R0~R3 中。
资源分配如下：
直接乘法：R0：中间结果及最终结果
R1：被乘数（每次运算左移1 位）
R2：乘数（每次运算右移1 位）
加减交替除法：R0：被除数（部分余数，最终得到余数）
R1：除数（初始化时左移4 位，每次计算时右移1位）R2：商（低4 位）
R3：计数器
4．在COP2000集成开发环境下设计全新的指令/微指令系统
设计结果如表所示（可按需要增删表项）
（1）新的指令集
（设计两个不同指令集要分别列表）
页脚内容11
页脚内容12
页脚内容13
页脚内容14
（2）新的微指令集
页脚内容15
5．用设计完成的新指令集编写实现无符号二进制乘法、除法功能的汇编语言程序（1）乘法
MOV R0,#00H
MOV R1,#09H
MOV R2,#09H
LOOP1: SUB R2,#00H
JZ LOOP3
MOV A,R2
AND A,#01H
页脚内容16
JZ LOOP2
MOV A,R1
ADD R0,A
LOOP2: SHL R1
SHR R2
JMP LOOP1
LOOP3: END
（2）除法
MOV R0,#86H
MOV R1,#09H
MOV R2,#00H
MOV R3,#05H
MOV A,R1
AND A,#0FFH
JZ LOOP3
SHL R1
SHL R1
页脚内容17
SHL R1
SHL R1
MOV A,R0
PUSH A
MOV A,R1
SUB R0,A
JC LOOP1
JMP LOOP3
LOOP1: POP A
MOV R0,A
SHL R2
SHR R1
SUB R3,#01H
JZ LOOP4
MOV A,R0
PUSH A
MOV A,R1
页脚内容18
SUB R0,A
JC LOOP1
LOOP2: SHL R2
SHR R1
ADD R2,#01H
SUB R3,#01H
JZ LOOP4
MOV A,R0
PUSH A
MOV A,R1
SUB R0,A
JC LOOP1
JMP LOOP2
LOOP3: MOV R2,#0FFH
LOOP4: END
6．上述程序的运行情况（跟踪结果）
程序运行的过程
页脚内容19
乘法
PC
页脚内容20
页脚内容21
页脚内容22
页脚内容23
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页脚内容26
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页脚内容29
页脚内容30
页脚内容31
除法：
PC
页脚内容32
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页脚内容44
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页脚内容46
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页脚内容49
页脚内容50。