计算机组成原理课程设计 - 图文

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实践教学

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兰州理工大学

计算机与通信学院

XXXX年春季学期

计算机组成原理课程设计

题 目： 模型机设计—5 专业班级： 08级计算机科学与技术（5）班 姓 名： XXX 学 号： XXX 指导教师： XXX 成 绩：

前 言

通过对计算机组成原理及实验的学习，设计14条机器指令，并编写相应的微程序，完成由基本单元电路构成一台基本模型机，再经过调试指令和模型机使其在微程序的控制下自动产生各部件单元的正常工作控制信号。

在设计基本模型机5的实验过程中，个别部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本课程设计将能在微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条微程序。 本课程设计以DVCC计算机组成原理教学实验系统为平台设计完成。 1、 根据任务要求设计整机系统的方案。 2、

存储系统：使用模型机的存储模块，说明存储器的输入输出时序，

模块连接方式等。 3、

运算器：使用模型机的器件，组成带有片间串行进位8位移位运算

功能的运算器。

4、 微程序控制器模块：使用教学机的系统，设计微程序控制器。 5、

设计模型机指令系统：（含设计微指令格式、微程序流程图，每条指

令所对应的微程序等）。

6、 了解并说明教学模型机的输入输出模块。 7、

在自己设计的指令系统基础上，编制一个汇编语言小程序并进行调

试通过。 8、

整机设计分模块进行，说明模块中数据和控制信号的来源、去向、

功能、时序，以及模块间数据和控制信号的来源、去向、功能、时序等。 本设计的规定项目采用14条机器指令：IN.OUT.STA.LDA.JMP.BZC.CLR.MOV. CMP.SUB.DEC.HLT.RRC.RLC。

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摘 要

本次课程设计课题是基本模型机的设计与实现，该设计要求根据计算机组成原理课程所学知识，设计、开发一套简单的模型计算机。通过对一个简单计算机的设计，以达到对计算机的基本组成、部件的功能与设计、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。通过模型机的设计和调试，连贯运用计算机组成原理课程学到的知识，建立计算机整机概念，加深计算机时间和空间概念的理解。

部件实验过程中，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。首先向存储器中装入数据和程序，然后检查写入是否正确，启动程序执行，并将实验结果显示输出。

关键词：模型机 运算器 存储系统 指令系统 微程序指令

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目录

前 言 ....................................................................................... 2 摘 要 ......................................................................................... 3 一 设计的目的及设计原理 ..................................................... 4

1 设计的目的 ............................................................... 4 2 设计的原理 ................................................................. 5 二 总体设计 ............................................................................. 9 三 详细设计 .............................................................................. 12

1 运算器的物理结构 ................................................. 12 2 存储器的组成与说明 ............................................ 14 3 指令系统的设计与格式分析 ................................... 15 4 微程序控制器的逻辑机构及功能 ........................... 24 5 微程序的设计与实现 ............................................... 26 四.系统调试报告 ................................................................... 32 五 设计总结 ........................................................................... 35 六 设计（论文）的主要参考文献 ........................................ 36 七 致谢 ................................................................................. 37 一 设计的目的及设计原理 1 设计的目的

计算机组成原理课程设计是“计算机组成原理”课程的后续设计性课

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程，通过设计一台模型计算机，可更好地理解计算机组成原理课程的基本内容，掌握模型计算机设计与实现的基本方法，培养实验动手能力和创新意识，为以后进行计算机应用系统的设计与开发奠定基础。

设计一个8位模型计算机系统，包括运算器，微程序控制器，存储器,简单输入／输出接口和设备,时序和启停控制等电路。定义一套简单的指令系统，制定系统的设计方案和实现方法，画出所设计的模型机系统的电路原理图。

在计算机组成原理与系统结构实验系统上搭建模型计算机系统，完成微程序控制器的实验调试过程，并用所设计的指令系统编写一个实现简单功能的程序，在搭建的模型机系统上输入、调试和运行程序。最后总结实验结果，完善所设计的模型机系统方案和电路图，写出设计报告。

2 设计的原理

（1）基本模型机的设计与实现

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，而本次实验将能在微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。

此基本模型机的设计主要包括存储器、运算器、输入/输出设备、微控器和指令系统五个模块组成。其中运算器主要由运算器U3、U4（74LS181）、暂存器U1、U2（74LS273）、输出缓冲器U5（74LS245）、移位器（74LS299）以及进位控制和判零标志控制电路等构成。存储器存储该主存储器采用一级cache-存储器结构。输入/输出设备主要有两种外部I/O设备，一种是键盘，它作为输入设备INPUT；另一种是字符显示块，它作为输出设备OUTPUT。控制器它主要由控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成，其中微指令寄存器分为微地址寄存器和微命令寄存器两部分。一台计算机中所有机器指令的集合，成为这

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