北华航天工业学院__计算机组成原理课设报告

《计算机组织与体系结构》

课程设计报告

报告题目：复杂模型机系统设计及运行作者所在系部：计算机科学与工程系

作者所在专业：网络工程

作者所在班级：B11522

作者姓名：张旭刚

指导教师姓名：房好帅

完成时间：2013/6/28

北华航天工业学院教务处制

目录

目录 (1)

内容摘要 (2)

课程设计任务书 (3)

第1章绪论 (4)

1.1设计地点 (4)

1.2设计目的 (4)

1.3设计内容 (4)

1.4实验的环境 (4)

1.5课程设计的要求 (5)

第2章基础知识 (6)

2.1概述 (6)

2.2主要技术要点 (7)

2.2.1ALU部件 (7)

2.2.2.存储体 (7)

2.2.3控制器 (7)

第3章系统设计与实现 (9)

3.1模型机结构 (9)

3.2程序设计原理 (10)

3.2.1数据格式及指令格式 (10)

3.2.2指令系统 (11)

3.2.3微指令设计 (11)

3.3机器指令设计 (13)

3.4联机实验 (13)

3.4.1实验流程 (13)

3.4.2实验连线 (14)

3.4.3实验步骤 (15)

3.4.4实验结果 (20)

总结 (21)

参考文献 (21)

内容摘要

计算机系统是包括计算机硬件和软件的一个整体，两者不可分割，但处于不同的层次上。计算机系统的层次结构模型中，第0层是硬件内核(逻辑线路)，第1、2层是指令系统和实现该指令系统所采用的技术（组合逻辑技术、微程序控制技术、PLA控制技术），第3、4层为系统软件，第5层为应用软件，第6层是系统分析。计算机组成原理涉及到的是第0、1、2这3层。

本次计算机组成原理的课程设计主要是实现一个较完整的模型机，在实验中了解，熟悉完整的单台计算机基本组成原理，掌握计算机中数据表示方法、运算方法、运算器的组成、控制器的实现、存储器子系统的结构与功能、输入/输出系统的工作原理与功能。以及增强自己的动手能力。课设主要依托组成原理实验室设备EL-JY-II来完成的，在实验当中利用了实验设备厂商开发的工具以及部分源程序代码。

关键词

模型机微指令机器指令微地址微代码

课程设计任务书

课题名称复杂模型机系统设计及运行完成时间2013.6.28指导教师房好帅职称讲师学生姓名张旭刚班级B11522

总体设计要求和技术要点

掌握计算机五大功能部件的组成及功能，熟悉完整的单台计算机基本组成原理，掌握计算机中数据表示方法、运算方法、运算器的组成、控制器的实现、存储器子系统的结构与功能、输入/输出系统的工作原理与功能。

（1）利用实验设备平台构造完整的模型机；

（2）利用运算器74LS181执行算术操作和逻辑操作；

（3）运用随机存储器RAM以及地址和数据在计算机总线的传送关系，实现运算器和存储器协同工作，读写数据，检查结果是否正确；

（4）应用微程序控制器，往EEPROM里任意写24位微代码，读出微代码并验证其正确性；

（5）构造指令系统，定义至少15条机器指令，实现比较完整的模型机功能，包括算术/逻辑运算以及输入输出处理。

（6）完成指定功能的实现，参加成果验收，撰写课程设计报告。

工作内容及时间进度安排

总计2周：

1.6月17日：资料查阅、确定选题、系统总体设计

2.6月18日－21日：熟悉开发环境和工具，模块设计、代码编制

3.6月24日－28日：系统调试与运行，现场验收设计成果

4.6月28日：上交设计报告（打印稿及电子稿）

课程设计成果

1.课程设计硬件系统及配套软件

2.课程设计报告书

第1章绪论

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，完成一个较完整的模型计算机设计和实现（包括硬件和软件）。

1.1设计地点

图书馆五楼计算机组成原理实验室。

1.2设计目的

通过课程设计对计算机组成和系统结构的基础知识进行全面的掌握，培养独立分析、研究、开发和综合设计能力。

1.3设计内容

掌握计算机五大功能部件的组成及功能，熟悉完整的单台计算机基本组成原理，掌握计算机中数据表示方法、运算方法、运算器的组成、控制器的实现、存储器子系统的结构与功能、输入/输出系统的工作原理与功能。

（1）利用实验设备平台构造完整的模型机；

（2）利用运算器74LS181执行算术操作和逻辑操作；

（3）运用随机存储器RAM以及地址和数据在计算机总线的传送关系，实现运算器和存储器协同工作，读写数据，检查结果是否正确；

（4）应用微程序控制器，往EEPROM里任意写24位微代码，读出微代码并验证其正确性；

（5）构造指令系统，定义至少15条机器指令，实现比较完整的模型机功能，包括算术/逻辑运算以及输入输出处理；

（6）完成指定功能的实现，参加成果验收，撰写课程设计报告。

1.4实验的环境

利用EL-JY-II型计算机组成与系统结构实验系统。

系统采用“基板+扩展板（CPU板）”形式；系统公共部分如数据输入/输出和显示、单片机控制、与PC机通讯等电路放置在基板上，微程序控制器、运算器、各种寄存器、

译码器等电路放置在扩展板上。

1.5课程设计的要求

要求画出系统模块框图：按从上到下的设计方法，将整个设计依功能划分成若干模块；并确定各个模块的输出、输入端口及要完成的功能。检查模块逻辑功能是否正确；