学号：
课程设计
题目基本模型机的设计
——带进位运算指令的实现
学院计算机科学与技术学院
专业计算机科学与技术
班级
姓名
指导教师
2011 年月日
课程设计任务书
学生姓名：专业班级：
指导教师：工作单位：计算机科学与技术学院
题目: 基本模型机的设计——带进位运算指令的实现
初始条件：
理论：学完“电工电子学”、“数字逻辑”、“汇编语言程序设计”、和“计算机组成原理”课程，掌握计算机组成原理实验平台的使用。
实践：计算机学院科学系实验中心提供计算机、实验的软件、硬件平台，在实验中心硬件平台验证设计结果。
要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体
要求）
1、基本模型机系统分析与设计，利用所学的计算机组成原理课程中的知识和提供的实验平台完成设计任务，从而建立清晰完整的整机概念。
2、根据课程设计题目的要求，编制实验所需的程序，上机测试并分析所设计的程序。
3、课程设计的书写报告应包括：
（1）课程设计的题目。
（2）设计的目的及设计原理。
（3）根据设计要求给出模型机的逻辑框图。
（4）设计指令系统，并分析指令格式。
（5）设计微程序及其实现的方法（包括微指令格式的设计，后续微地址的产生方法以及微程序入口地址的形成）。
（6）模型机当中时序的设计安排。
（7）设计指令执行流程。
（8）给出编制的源程序,写出程序的指令代码及微程序。
（9）说明在使用软件HKCPT的联机方式与脱机方式的实现过程（包括编制程序中带进位运算指令的时序分析，累加器A和有关寄存器、存储器的数据变化以及数据流程）。
（10）课程设计总结（设计的特点、不足、收获与体会）。
时间安排：
周一：熟悉相关资料。周二：系统分析,设计程序。
周三、四：编程并上实验平台调试周五：撰写课程设计报告。
指导教师签名：年月日
系主任（或责任教师）签名：年月日
基本模型机的设计
——带进位运算指令的实现
1.设计的目的及设计原理
1.1设计目的：
(1)掌握各个单元模块的工作原理，进一步将其组成完整的系统，构造成一台基本模型
计算机。
(2)在本试验中，将规划读、写内存，寄存器，数值计算等功能，并且编写相应的微
程序。具体上机调试各个模块以便进一步掌握整机的概念。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。
(3)通过使用软件HKCPT，了解程序编译，加载的过程。同时，培养动手能力，独立解
决问题的能力。
(4)通过微单步，单拍调试，理解模型机中的数据流向。
1.2设计原理：
在各个模块试验中，各模块的控制信号都是由试验者手动模拟产生的。而在真正的实验系统中，模型机的运行是在微程序的控制下进行的，可实现特定指令的功能。在本实验平台中，模型机从内存中取出，解释，执行及其指令都将由微指令和与之相配合的时序来完成，即一条机器指令对应1个微程序。
本次实验完成，依靠判断进位位CY是否溢出，若低位位运算有溢出，则将结果存入低地址，并且在两高位运算时，将低位的进位值也参与运算，若高位运算溢出，则不在主存RAM中给予保存。
2.模型机的逻辑框图
简单的模型计算机由算术逻辑运算单元，微程序单元，堆栈寄存器单元，累加器，启停单元，时序单元，总线和存储器单元组成。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。
根据设计要求，对实验仪硬件资源进行逻辑组合，便可设计出该模型机的整机逻辑框图如后图所示：
374 374
374
374
R0 R1
R2
R3
RR WR SA SB
ZD
CY
ALU
X1
X0 ERA
RACK RA-O
ALU-O
244 244 161*2 PC DR2 DR1
244
244 374 IR2
累加器A
RAM 程序 ADDRESS BUS
ELP PC-O
PCCK
IR2-O
IR2CK
EIR2
寄存器组
EMCK
RM
WM EIR1
IR1CK
374 指令寄 存器
指令译码器
微 地 址
MCK
MLD 163*2 微地址 寄存器 6264*3 微 程
序 存 储
DA TA BUS
DR1CK EDR1
M S0 S2 S3 C N
S1 EDR2 DR2CK
算术逻辑运算单元由两个数据锁存器(DR1,DR2),ALU,1个数据缓冲器224组成。微程序控制单元由位地址寄存器，微程序寄存器（6264*3），微指令锁存器组成。指令部件模块由一个指令寄存器IR1,1个地址锁存器IR2,PC计数器，2个输出锁存器224组成。存储器由1片静态RAM(6264)及控制电路构成。寄存器组由累加器A和堆栈寄存器（R0,R1,R2,R3）组成。X0,X1控制A的工作模式，ERA为0时选通A，RACK是A的工作脉冲，SA,SB选通一个寄存器（R0,R1,R2,R3）,RR为0容许寄存器读出，WR为0容许数据写入。
3.设计指令系统，并分析指令格式
本实验平台内采用的是8位数据总线和8位地址总线方式，在设计系统时，应考虑到以下几种类型的指令，寻址方式和编码方式。
3.1 指令类型
1.算术/逻辑运算类指令：
如：加法 ADD A, Ri
2.移位操作类指令：
带进位的移位指令 RLC A（带进位左移）； RRC A（带进位右移）；
3.数据传送类指令：
CPU内部寄存器之间数据传递
MOV A，Ri ； MOV Ri，A
4.程序跳转指令：
跳转指令分为无条件跳转和有条件跳转指令
JMP addr 无条件跳转
JC addr CY=1 时跳转
5.存储器操作类指令：
把内存某单元内容写入寄存器中或把寄存器的内容写入存储器，如：
STA addr 将A中的内容存入存储器中
3.2 指令格式分析
1.直接寻址方式：
指令地址码字段直接给出操作数的有效地址。
如：双字节指令STA addr (A)->addr
第一字节：操作码第二字节：操作数地址addr I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1
2．立即数寻址：
指令中的地址字段指出的不是操作数的地址，而是操作数本身。
如：MOV A, #data data->A
MOV Ri，#data data->Ri
第一字节：操作码及Ri选择码第二字节：data I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
3．寄存器直接寻址：
指令字节中含有寄存器选择码，决定选哪个寄存器进行操作。指令的地址码字段指出的是寄存器的地址，而寄存器中存放的才是操作数。
如：ADD A,Ri (Ri)+A->A
第一字节：操作码第二字节：Ri I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
4.设计微程序及其实现的方法
4.1 微指令格式
在本实验平台的硬件设计中，采用24位微指令，若微指令采用全水平不编码纯控制场的格式，那么至多可有24个微操作控制信号，可由微代码直接实现。如果采用多组编码译码，那么24位微代码通过二进制译码可实现2n个互斥的微操作控制信号。
由于模型机指令系统规模较小，功能也不太复杂，所以采用全水平不编码纯控制场的微指令格式。在模型机中，用指令操作码的高4位作为核心扩展成8位的微程序入口地址MD0-MD7。
微地址首地址形成
MD7 MD6 MD5 MD4 MD3 MD2 MD1 MD0
0 0 I7 I6 I5 I4 1 1
按操作码散转
指令操作码微地址首地址MD7，MD6 I7 I6 I5 I4 MD1，MD0 MD7～MD0
0 0 0 0 0 1 003H
0 0 0 0 1 1 007H
0 0 0 1 0 1 00BH
0 0 0 1 1 1 00FH
0 0 1 0 0 1 013H
0 0 1 0 1 1 017H
0 0 1 1 0 1 01BH
0 0 1 1 1 1 01FH
0 1 0 0 0 1 023H
0 1 0 0 1 1 027H
0 1 0 1 0 1 02BH
0 1 0 1 1 1 02FH
0 1 1 0 0 1 033H
0 1 1 0 1 1 037H
0 1 1 1 0 1 03BH
0 1 1 1 1 1 03FH
4.2后续微地址的产生以及微程序入口地址的形成
每条指令由不超过4条的微指令组成，根据下表组成每条微程序的首地址。微地址的运行顺序为下地址确定法，即采用计数增量方法，每条微指令执行过后微地址自动加1，指向下一条微指令地址。例如：确定了一条程序的微程序入口地址为07H，那么当
执行完07H这条微指令后微地址加1，指向08H微地址。微地址寄存器由2片74LS161组成，当模型机在停止状态下，微地址被清零。当实验平台开始运行时，微地址从00H 开始运行。且00H放置一条取指指令，根据程序开始地址从内存中读出第一条指令。
5.模型机当中时序的设计安排
由于模型机已经确定了指令系统，微指令用全水平不编码纯控制场的格式，微程序的入口地址采用操作码散转方式，微地址采用计数增量方式，所以可确定模型机中时序单元中所产生的每一拍的作用。
在本实验中为了让实验者更好地观察实验的各个中间过程中各寄存器的值，由监控单元产生一个PLS-O的信号来控制时序产生。PLS-O信号经过时序单元的处理产生4个脉冲信号。4个脉冲信号组成一个微周期，为不同的寄存器提供工作脉冲。
S0：微地址寄存器的工作脉冲，用来设置微程序的首地址及微地址加1.
S1： PC计数器的工作脉冲，根据微指令的控制实现PC计数器的首地址及微地址和重置PC计数器（跳转指令）等功能。
S2：把24位微指令打入3片微指令锁存器。
S3：把当前总线上的数据打入微指令选通的寄存器中。
6.设计指令执行流程
根据模型机整机逻辑图和目前硬件条件来设计指令系统中每条指令的执行流程。对于微程序控制的计算机，在设计指令执行流程时，要保证每条微指令所含的微操作的必
要性和合理性，还应该知道总线IAB，IDB，OAB，ODB仅是传输信息的通路，没有寄存信息的功能，而且必须保证总线传输信息时信息的唯一性。
以下描述取微指令执行过程：
模型机处于停机状态时，模型机的微地址寄存器被清零，微指令锁存器输出无效。在处于停机状态时，脉冲S0对微地址寄存器（74LS161）无效，微地址寄存器保持为零。脉冲S1对PC计数器无效，同时S1把HALT=1打入启停单元中的运行状态寄存器（74LS74）中，把模型机置为运行状态，是微程序锁存器输出有效。S2把微程序存储器00H单元中的内容打入微指令锁存器中，并且输出取指微指令。S3把从程序存储器中读出的数据打入指令寄存器中。
在模型机处于运行状态时，S3把从程序存储器中读出的数据打入指令寄存器中。将PC计数器加1，S2把微程序存储器中的微指令打入微指令锁存器并且输出。S3把当前总线上的数据打入当前微指令所选通的寄存器。
7.源程序,程序的指令代码及微程序
7.1源程序
MOV A, #81 RRC A MOV A, #18 RLC A MOV R0, #40 MOV A, #18 RCL A ADD A, R0 JC 10
JMP 0A STA 20 HALT
该程序实现的是寄存器的拼凑运算。首先将进位位置为1，即第一二条指令，立即数最低位必须为1，通过循环右移即可实现进位位为1；后通过加法运算及跳转指令，实现带进位运算及进位位溢出后的跳转，之后将A中内容存入存储器相应地址中。7.2 程序指令代码
内存地址指令助记符指令码或立即数说明00H MOV A，#81 5FH 立即数81H→A
01H 81H
02H RRC A 9FH A>>1
03H MOV A，#18 5FH 立即数18H→A
04H 18H
05H RLC A AFH A<<1
06H MOV R0，#40 6CH 立即数40H→寄存器R0
07H 40H
08H MOV A, #18 5FH A<<1
09H 18H
0AH RLC A AFH A<<1
0BH ADD A,R0 0CH (A)+(R0)->A
0CH JC 10 B7H CY有进位跳转到0FH
0DH 10H
0EH JMP 0A BFH 跳转到0AH
0FH 0AH
10H STA 20 8FH 将A的内容写入RAM地址20H 11H 20H
12H HALT FFH 停机
7.3 微程序
微程序的执行流程：
0000 [00],[00],[00] 取指指令
0017 [00],[00],[00] Dbus->A
0018 [00],[00],[00] 取指指令
0027 [00],[00],[00] A>>1
0028 [00],[00],[00] 取指指令
0017 [00],[00],[00] Dbus->A
0018 [00],[00],[00] 取指指令
001B [00],[00],[00] Dbus->Ri
001C [00],[00],[00] 取指指令
0017 [00],[00],[00] Dbus->A
0018 [00],[00],[00] 取指指令
002B [00],[00],[00] A<<1
002C [00],[00],[00] 取指指令
0003 [00],[00],[00] A->Dbus->DR1
0004 [00],[00],[00] Ri->Dbus->DR2
0005 [00],[00],[00] ALU->Dbus->A
0006 [00],[00],[00] 取指指令
002F [00],[00],[00] Dbus->IR2
0030 [00],[00],[00] [IR2]->Abus, Dbus->PC 0003 [00],[00],[00] A->Dbus->DR1
0004 [00],[00],[00] Ri->Dbus->DR2
0005 [00],[00],[00] ALU->Dbus->A
0006 [00],[00],[00] 取指指令
002F [00],[00],[00] Dbus->IR2
0030 [00],[00],[00] [IR2]->Abus, Dbus->PC 0003 [00],[00],[00] A->Dbus->DR1
0004 [00],[00],[00] Ri->Dbus->DR2
0005 [00],[00],[00] ALU->Dbus->A
0006 [00],[00],[00] 取指指令
002F [00],[00],[00] Dbus->IR2
0030 [00],[00],[00] [IR2]->Abus, Dbus->PC 000B [00],[00],[00] Ri->Dbus->IR2
000C [00],[00],[00] [IR2]->Abus,Dbus->A 000D [00],[00],[00] 取指指令
003F [00],[00],[00] 停机
8.使用软件HKCPT的联机方式或脱机方式的实现过程
8.1 时序图
由于程序中较多指令的代码相同，因此在此列举几个较为典型的代码的时序图如下：
1.指令 06H MOV R0，#40 的两个微周期的时序图
第一个微指令001C 功能（取指指令）数据总线（6F），地址总线（06H）
操作寄存器（IR1=6FH）时序图如下
第二个微指令001B 功能（DBUS—>RI）数据总线（11H），地址总线（07H）操作寄存器（R3=11H）时序图如下
2.指令0BH ADD A,R0 的4个微指令的时序图
第一个微指令 0010 功能（取指指令）数据总线（0EH），地址总线（09H）操作寄存器（IR1=0EH）时序图如下
第二个微指令0003 功能（A->DBUS->锁存器DR1）数据总线（99H），地址总线（FF表示无效）操作寄存器（DR1=99H）时序图如下：
第三个微指令0004 功能（RI->DBUS->锁存器DR2）数据总线（99H），地址总线（FF表示无效）操作寄存器（DR2=99H）时序图如下：
第四个微指令0005 功能（ALU->DBUS->A）数据总线（32H），地址总线（FF 表示无效）操作寄存器（A=32H CY溢出）时序图如下：
3.指令10H STA 20 的三个微指令的时序图
第一个微指令0006 功能（取指指令）数据总线（8FH），地址总线（0AH）操作寄存器（IR1=8FH）时序图如下：
第二个微指令0023 功能（DBUS->IR2）数据总线（19H），地址总线（0BH）操作寄存器（IR1=19H）时序图如下：
第三个微指令0024 功能（[IR2]->ABUS->RAM）数据总线（19H），地址总线（0BH）操作寄存器（IR1=19H）时序图如下：
4 指令 0CH JC 10指令的两个微指令的时序图
第一个微指令0025 功能（取指指令）数据总线（B7H），地址总线（0CH）
操作寄存器（IR1=B7H）时序图如下：
第二个微指令002F 功能（DBUS->IR2）数据总线（OEH），地址总线（0DH）操作寄存器（IR2=OEH）时序图如下
8.2 结构图
8.2.1运行开始时结构图:
起始时，给A赋值为81H，然后循环右移，使得进位为1，与后续的循环左移联系起来。
8.3.2部分指令执行过程中的结构图:
1.指令 MOV R0, #40 执行的结构图变化:
2.指令 ADD A, R0 执行的结构图变化:
3.指令 JC 10 执行的结构图变化:
8.2.3运行结束时结构图:
此时DR1与DR2分别为0F1H、40H，相加溢出，CY有进位，跳转到10H,执行存储器写指令，即将A中内容FFH写入地址为20H的地址中。
9.课程设计总结与体会
本次课设中，在实现方法上不同于前段时间做的组成原理实验，以前主要是针对各个模块的实验且各模块的控制信号都由手动模拟产生，而此次课设涉及到各模块的使用，以整个模型计算机为架构，通过HKCPT软件实现带进位的运算。运行软件前，得先编写汇编程序，然后通过软件编译程序、加载实验平台来完成操作。
2.3 算术运算指令实验 一、实验目的 ·掌握单字节的加减法指令的使用。 ·掌握单字节的乘除法指令的使用。 ·掌握用Keil调试汇编源程序的方法。 ·掌握用Proteus调试汇编源程序的方法。 二、实验预备知识 算术运算指令对程序状态寄存器PSW中的相关位会产生不同的影响。具体如下：◇执行加法指令时，当和的第3位或第7位有进位时，分别将AC、CY标志位置1；否则为O。如果第6位向第7位有进位而第7位没有向前进位，或者如果第7位向前有进位而第6位没有向第7位进位，OV=1，否则OV-O。该操作也影响标志位P。 ◇执行减法指令时，如果第7位有借位，则CY置1，否则清O。若第3位有借位，则 AC置1；否则清O。两个带符号数相减，还要考查OV标志，若OV为1，表示差数溢出，即破坏了正确结果的符号位。该操作也影响标志位P。 ◇执行乘法指令时，若乘积大子OFFH，则OV置1，否则清o（此时B的内容为0）。 CY总是被清O。该操作也影响标志位p。 ◇执行除法指令时，若除数(B) -OOH．则结果无法确定，OV置l。CY总是被清O。该操作也影响标志位P。 三、实验内容 将算术运算指令分成两类，分别编写两个小程序，以完成数据的加减法、乘除法运算。 1．参考程序i-hn减法运算 (1)将立即数# B5H、#36H、#89H分别传送至内部RAM区40H、R2、A中。 (2)将内部RAM区40H中的内容与A中的内容相加，然后再与R2中的内容相加，结果存放至内部RAM区50H中。 (3)将A中的内容与内部RAM区40H中的内容相减，结果存放至内部RAM区60H中。 2．参考程序2——乘除法运算 (1>将立即数#75H、#31H分别传送至内部RAM区15H、33H中。 (2)将内部RAM区15H单元的内容与33H单元的内容相乘。 (3)将乘积的高8位和低8位分别传送至内部RAM区31H、30H中。 (4)将内部RAM区15H单元的内容除以33H单元的内容。 (5)将商和余数分别传送至内部RAM区41H、40H中。四、实验参考程序
16位CPU的设计 要求： 此模型机的功能是将存储区的数据块复制到另一个存储区。 汇编代码如下： START：LOADI R1，0010H ;源操作数地址送R1 LOADI R2，0030H ；目的操作数地址送R2 LOADI R6，002FH ；结束地址送R6 NEXT：LOAD R3，[R1] ；取数 STORE [R2]，R3 ；存数 BRANCHGTI START ；如果R1>R6，则转向START INC R1 ；修改源地址 INC R2 ；修改目的地址 BRANCHI NEXT ；转向NEXT 1.16位CPU的组成结构
2.指令系统的设计 一、指令格式 1)单字指令格式 2)双字指令格式 操作码指令功能 00001 LOAD 装载数据到寄存器 00010 STORE 将寄存器的数据存入到存储器 00100 LOADI 将立即数装入到寄存器 00101 BRANCHI 无条件转移到由立即数指定的地址 00110 BRANCHGTI 如果源寄存器容大于目的寄存器的容，则转移到由 立即数指定的地址 00111 INC 寄存器容加1指令 依据以上设计的指令系统，则完成数据块复制的程序如下： 地址机器码指令功能说明 0000H 0001H 2001H 0010H LOADI R1，0010H 源操作数地址送R1
一、程序包：说明运算器的功能、移动寄存器的操作、比较器的比较类型和用于CPU控 制的状态类型。 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_arith.all; package cpu_lib is subtype t_shift is unsigned (3 downto 0); constant shftpass :unsigned(3 downto 0):="0000"; constant sftl :unsigned(3 downto 0):="0001"; constant sftr:unsigned(3 downto 0):="0010"; constant rotl :unsigned(3 downto 0):="0011"; constant rotr :unsigned(3 downto 0):="0100"; subtype t_alu is unsigned(3 downto 0); constant alupass :unsigned(3 downto 0):="0000";
基本模型机的设计与实现课程设计报告 https://www.doczj.com/doc/253752174.html,/maria87328/archive/2008/01/13/2041130.aspx 一、实验基本任务 1、由基本单元电路构成一台基本模型机。 2、设计五条机器指令，并编写相应的微程序。 3、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控制信号正常工作。 二、设计方案 1、硬件设计 （1）设计微程序控制电路 微程序控制器的组成：控制存储器：EPROM2816*3，8D触发器74ls273*2，4D触发器74ls74*3；微指令寄存器格式：18位微指令，6位微地址。 （2）设计时钟信号源和时序控制电路 时钟信号源的组成：时基电路555，可触发单稳态多谐振荡器74ls237*2，输出频率为330-580Hz的方波信号。 时序控制电路：4D触发器74ls175*1组成移位寄存器电路。 （3）设计主存储器 主存电路的组成：6264存储器（8K*8位）*3，地址寄存器：74ls273*1，三态门：74ls245*1。 2、微控制设计 （1）实现存储器读操作； 拨动总清开关后，置控制开关SWC、SW A为“0 0”时，按要求连线后，连续按动“启动运行”开关，可对主存储器RAM连续手动读操作。 （2）实现存储器写操作； 拨动总清开关后，置控制开关SWC、SW A为“0 1”时，按要求连线后，再按动“启动运行”开关，可对主存储器RAM 连续手动写入。 （3）实现程序运行操作。 拨动总清开关后，置控制开关SWC、SW A为“1 1”时，按要求连线后，再按动“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。
大数据处理平台及可视化架构设计说明书 版本：1.0 变更记录
目录 1 1. 文档介绍 (3) 1.1文档目的 (3) 1.2文档范围 (3) 1.3读者对象 (3) 1.4参考文献 (3) 1.5术语与缩写解释 (3) 2系统概述 (4) 3设计约束 (5) 4设计策略 (6) 5系统总体结构 (7) 5.1大数据集成分析平台系统架构设计 (7) 5.2可视化平台系统架构设计 (11) 6其它 (14) 6.1数据库设计 (14) 6.2系统管理 (14) 6.3日志管理 (14)
1 1. 文档介绍 1.1 文档目的 设计大数据集成分析平台，主要功能是多种数据库及文件数据；访问；采集；解析，清洗，ETL，同时可以编写模型支持后台统计分析算法。 设计数据可视化平台，应用于大数据的可视化和互动操作。 为此，根据“先进实用、稳定可靠”的原则设计本大数据处理平台及可视化平台。 1.2 文档范围 大数据的处理，包括ETL、分析、可视化、使用。 1.3 读者对象 管理人员、开发人员 1.4 参考文献 1.5 术语与缩写解释
2 系统概述 大数据集成分析平台,分为9个层次，主要功能是对多种数据库及网页等数据进行访采集、解析，清洗，整合、ETL，同时编写模型支持后台统计分析算法，提供可信的数据。 设计数据可视化平台 ,分为3个层次，在大数据集成分析平台的基础上实现大实现数据的可视化和互动操作。
3 设计约束 1.系统必须遵循国家软件开发的标准。 2.系统用java开发，采用开源的中间件。 3.系统必须稳定可靠，性能高，满足每天千万次的访问。 4.保证数据的成功抽取、转换、分析，实现高可信和高可用。
课程设计 题目不带进位与或运算指令的实现学院计算机科学与技术学院 专业计算机科学与技术 班级0706 班 姓名孙禹 指导教师唐建雄 2010 年01 月21 日
目录 课程设计任务书 (1) 一设计的目 (2) 二设计原理及设备 (2) 2.1原理一 (2) 2.2原理二 (2) 2.3设计设备 (2) 三模型机的逻辑框图 (3) 四设计指令系统 (4) 4.1指令类型 (4) 4.1.1 算术/逻辑运算类指令 (4) 4.1.2 移位操作类指令 (4) 4.1.3 数据传送指令 (4) 4.1.4 程序跳转指令 (4) 4.1.5存储器操作类指令 (4) 4.2指令系统 (4) 4.2.1实验中用到的指令 (5) 4.2.2指令系统 (5) 4.3指令格式 (6) 4.3.1 MOV指令采用双字节指令 (6) 4.3.2 MOV指令采用单字节指令 (6) 4.3.3 ADD加法运算 (6) 4.3.4 ORL逻辑或采用单字节指令 (6) 4.3.5 ANL逻辑与采用单字节指令 (6) 4.3.6 停机指令（HALT） (6) 4.3.7 STA取数据指令 (6) 五设计微程序及其实现的方法 (6) 5.1微指令格式的设计 (6) 5.2后续微地址的产生方法 (7) 5.3微程序入口地址的形成 (7)
六模型机当中时序的安排 (8) 七设计指令执行流程 (9) 八源程序、指令代码及微程序 (10) 8.1源程序 (10) 8.2 程序指令代码 (11) 8.3微单步运行过程 (11) 8.4微程序指令 (14) 九软件HKCPT的联机方式与脱机方式的实现过程 (14) 9.1进行或运算时的时序分析图 (14) 9.1.1取指指令 (14) 9.1.2执行A→Dbus→DR1 (14) 9.1.3 执行RAM→Dbus→DR2 (14) 9.1.4 执行ALU→A (14) 9.2进行或运算时的时序分析图 (14) 9.2.1取指指令 (14) 9.2.2执行A→Dbus→DR1 (14) 9.2.3 执行RAM→Dbus→DR2 (14) 9.2.4 执行ALU→A (14) 9.3调试窗口流向图 (15) 9.3.1 “与”和“或”运算流向图 (15) 9.3.2 SUB指令流向图 (15) 9.3.3 MOV指令流向图 (16) 9.3.4 ADD指令流向图 (16) 9.4累加器A、寄存器、存储器的数据变化以及数据流程 (17) 十课程设计总结 (18) 十一致谢 (19) 十二参考文献 (19) 本科生课程设计成绩评定表 (20)
基本模型机设计及实现文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
课程设计任务书课程名称：计算机组成原理 设计题目：（共3个课题，最多3人一组，每组任选一题） 1.基本模型机设计与实现； 2.带移位运算的模型机的设计与实现； 3.复杂模型机的设计与实现。 已知技术参数和设计要求： 内容和技术参数： 利用所学过的理论知识，特别是微程序设计的思想，写出要设计的指令系统的微程序。设计环境为TDN－CM＋计算机组成原理教学实验系统，微机，虚拟软件。将所设计的微程序在此环境中进行调试，并给出测试思路和具体程序段。最后撰写出符合要求的课程设计说明书、完成答辩。 1.基本模型机设计与实现 指令系统至少要包括六条不同类型指令：如一条输入指令，一条减法指令,一条加法指令，一条存数指令，一条输出指令和一条无条件转移指令。 2. 带移位运算的模型机的设计与实现 在基本模型机的基础上增加左、右循环和左、右带进位循环四条指令 3. 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。 以上数据字长为8位，采用定点补码表示。指令字长为8的整数倍。微指令字长为24位。
具体要求： 1、确定设计目标 确定所设计计算机的功能和用途。 2、确定指令系统 确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式。确定相对应指令所包含的微操作。 3、总体结构与数据通路 总体结构设计包括确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构。在此基础上，就可以拟出各种信息传输路径，以及实现这些传输所需要的微命令。 综合考虑计算机的速率、性能价格比、可靠性等要求，设计合理的数据通路结构，确定采用何种方案的内总线及外总线。数据通路不同，执行指令所需要的操作就不同，计算机的结构也就不一样。 4、设计指令执行流程 数据通路确定后，就可以设计指令系统中每条指令所需要的机器周期数。对于微程序控制的计算机，根据总线结构，需考虑哪些微操作可以安排在同一条微指令中，哪些微操作不能安排在同一条微指令中。 5、确定微程序地址 根据后续微地址的形成方法，确定每个微程序地址及分支转移地址。 6、微指令代码化 根据微指令格式，将微程序流程中的所有微指令代码化，转化成相应的二进制代码写入到控制存储器中的相应单元中。
课程设计任务书 学生姓名：专业班级：计算机 指导教师：工作单位：计算机科学与技术学院 题目: 基本模型机的设计——加减法指令的实现 初始条件： 理论：学完“电工电子学”、“数字逻辑”、“汇编语言程序设计”、和“计算机组成原理”课程，掌握计算机组成原理实验平台的使用。 实践：计算机学院科学系实验中心提供计算机、实验的软件、硬件平台，在实验中心硬件平台验证设计结果。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、基本模型机系统分析与设计，利用所学的计算机组成原理课程中的知识和提供的实验平台完成设计任务，从而建立清晰完整的整机概念。 2、根据课程设计题目的要求，编制实验所需的程序，上机测试并分析所设计的程序。 3、课程设计的书写报告应包括： （1）课程设计的题目。 （2）设计的目的及设计原理。 （3）根据设计要求给出模型机的逻辑框图。 （4）设计指令系统，并分析指令格式。 （5）设计微程序及其实现的方法（包括微指令格式的设计，后续微地址的产生方法以及微程序入口地址的形成）。 （6）模型机当中时序的设计安排。 （7）设计指令执行流程。 （8）给出编制的源程序,写出程序的指令代码及微程序。 （9）说明在使用软件HKCPT的联机方式与脱机方式的实现过程（包括编制程序中加减法指令的时序分析，累加器A和有关寄存器、存储器的数据变化以及数 据流程）。 （10）课程设计总结（设计的特点、不足、收获与体会）。 时间安排： 周一：熟悉相关资料。周二：系统分析,设计程序。 周三、四：编程并上实验平台调试周五：撰写课程设计报告。 指导教师签名：年月日
系主任（或责任教师）签名：年月日 实现普通的加、减法指令 一、设计目的与原理 1、实验目的 本实验，通过掌握各个单元模块的工作原理，进一步将其组成完整的系统，构造成1台基本的模型计算机。并通过这台模型计算机，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等过程有更深的了解，加深对理论课程的理解。 在本试验中，我们将规划读写内存、寄存器、数值计算等功能，并且编写相应的微程序。具体上机调试各个模块单元以进一步掌握整机的概念。 2、实验原理 在本设计中，数据通路的控制将由微程序控制器来完成。在各个模块实验中，各模块的控制信号都是由实验者手动模拟产生的。而在真正的实验系统中，模型机的运行是在微程序的控制下，实现特定指令的功能。计算机从内存取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期，全部由微指令和与之相匹配的序列来完成，即1条机器指令对应一个微程序。 二、总体设计 1.模型机逻辑框图 简单的模型计算机由算术逻辑运算单元、微程序单元、堆栈寄存器单元、累加器、启停、时序单元、总线和存储器单元组成。 下图为较典型的实验计算机整体逻辑框图：
实验七 基本模型机的设计与实现 一、实验目的 ⒈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。 ⒉为其定义5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、实验设备 Dais-CMH+/CMH 计算器组成原理教学实验系统一台，实验用扁平 线、导线若干。 三、实验原理 部件实验过程中，各部件单元的控制信号是以人为模拟产生为主，而 本次实验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。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。 本实验采用五条机器指令：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 （前三位为操作码）： ==========================================================助记符 机器指令码 说 明 -------------------------------------------------- ------------- IN R0,SW 0010 0000 数据开关状态 →R0 ADD R0,[addr] 0100 0000 XXXXXXXX R0+[addr]→R0 STA [addr],R0 0110 0000 XXXXXXXX R0→[addr] OUT [addr],LED 1000 0000 XXXXXXXX [addr]→LED JMP addr 1010 0000 XXXXXXXX addr→PC ==========================================================其中IN为单字节(8位)，其余为双字节指令，XXXXXXXX为addr对 应的二进制地址码。 根据以上要求设计数据通路框图，如图7-10-1所示。系统涉及到的 微程序流程见图7-7-3，当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试 字段为P(1)测试。由于“取指”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。本机用指令寄存器的前3位 (IR7~IR5)作为测试条件，出现8路分支，占用8个固定微地址单元。 当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，表7-10-1即为 将图7-10-2的微程序流程图按微指令格式转化而成的“二进制微代码
带进位运算指令的实现 1 实验题目 基本模型机的设计--------带进位运算指令的实现 2 实验目的及原理 2.1 实验目的 通过对一个简单计算机的设计，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。 熟悉HKCPT操作平台，并通过使用软件HKCPT，了解程序编译、加载的过程。同时，培养动手能力，独立解决问题的能力。 2.2 实验原理 在各个模块试验中，各模块的控制信号都由试验者手动模拟产生。而在真正的试验系统中，模型机的运行是在微程序的控制下进行的，可以实现特定指令的功能。在本试验平台中，模型机从内存中取出、解释、执行机器指令都将由微指令和与之相配合的时序来完成，即一条机器指令对应一个微程序。 3 模型机的逻辑框图 下图中包括运算器、存储器、微控器、输入设备、输出设备以及寄存器。这些部件的动作控制信号都有微控器根据微指令产生。需要特别说明的是由机器指令构成的程序存放在存储器中，而每条机器指令对应的微程序存储在微控器中的存储器中。
4设计指令系统，并分析指令格式 由于实验平台内采用的是8位数据总线和8位地址总线方式，在设计指令系统时，应考虑有哪几种类型的指令，哪几种寻址方式和编码方式。 4.1指令类型 ①算术/逻辑运算类指令：例如，加法、减法、取反、逻辑运算： ADD A, Ri , SUB A, Ri ②移位操作类指令：例如，带进位或不带进位的移位指令： RRC A, RR A ③数据传输类指令：例如，CPU内部寄存器之间数据传递： MOV A, Ri , MOV Ri,A ④程序跳转指令：跳转指令分为无条件跳转和有条件跳转指令。 JMP addr JZ addr ⑤存储器操作类指令：存储器读/写指令。例如， LDA addr
课程设计（大作业）报告课程名称：计算机组成原理 设计题目：基本模型机设计与实现 院系：信息技术学院 班级：计算机科学与技术3班 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间： 昆明学院 信息技术学院 课程设计（大作业）任务书
目录 课程设计（大作业）报告 一、课程设计的教学目的 1. 在“微程序控制器的组成与微程序设计实验”的基础上，进一步将其中各单元组成系统构造一台模型计算机。 2. 本实验定义五条机器指令，编写相应的微程序，并上机调试运行，形成整机概念。 课程设计内容设计一台基本模型机，并实现相关的指令。 二、课程设计任务和基本要求 本课程设计以TDN-CM++计算机组成原理教学实验系统为平台设计完成。 1.按给定的数据格式和指令系统,设计一个微程序控制器。 2.设计给定机器指令系统以及微程序流程图,按微指令格式写出微 程序的为指令代码。
3.连接逻辑电路完成启动,测试,编程,测试,效验和运行,并观测运 行过程及结果。 4.将微程序控制器模块与运算器模块,存储器模块联机,组成一台 模型计算机。 5.用微程序控制器控制模型机的数据通路。 6.通过在模型机上运行由机器指令组成的简单程序,掌握机器指令 与微指令的关系,建立计算机整机的概念,掌握计算机的控制机制。 7.按指定的应用项目进行汇编指令格式及功能设计,并设计相应的 机器指令代码,按照模型机数据通路设计实现机器指令功能的微程序.在 PC机上编辑机器指令和微程序,装载代码到TDN-CM++实验系统并运行,实现应用要求。 三、设计任务及分析 (1)设计任务: 从输入设备读取数据X并将其存入以A为间接地址的 内存单元，将X与R 0. 寄存器中的内容Y执行X ⊕，结果送到以B为直接地址的内存单元保存。 (2)分析: A:给R 寄存器直接置入01H. B:从数据开关给间接地址为0CH的内存单元置数,(03H). C:给R 0中的内容取反,结果存在R 中. D:将间接地址0CH中直接地址0EH中的内容(03H)放入DR1中, R 中的内容 放入DR2中,将DR1和DR2种的数进行异或运算,结果放在R 中. E:将R 中的内容存在直接地址为0DH的内存单元中. 四、设计原理 模型机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段微程序。 本实验采用五条机器指令： 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（前４位为操作码）：
模型设计说明书——索膜结构展 览会场 模型名称：索膜结构展览会场 指导老师：刘 组长：张永贞 组员：陈焌寅郭二强郭俊义 陈胜杨兴虎姬瑞浩 黄乔席守东米洋 10级土木工程1班
索膜结构是用高强度柔性薄膜材料经受其它材料的拉压作用而形成的稳定曲面，能承受一定外荷载的空间结构形式。其造型自由、轻巧、柔美，充满力量感，阻燃、制作简易、安装快捷、节能、易于、使用安全等优点，索膜结构时尚、优美和现代，往往能得到意想不到的建筑景观效果。索膜结构的出现为建筑师们提供了超出传统建筑模式以外的新选择，因而使它在世界各地受到广泛应用。 近年来，随着建筑空间观念的日益深化以及科学手段的不断提高，“回归自然”、“沐浴自然之温馨”已是现代建筑环境学发展的主流。室内外的视线越来越模糊，出现了许多亦内亦外、相互渗透的不定空间，如：大厅装饰、天井、四季厅、动植物园、公园广场、观景台、舞台、体育场馆、体育看台、文化娱乐场所等。由于膜材的光透性，白天阳光可以透过膜材形成慢射光，使膜覆盖空间内达到和室外几乎一样的自然效果，因此索膜结构能创造出与自然环境相媲美的空间形式。 一个城市的中心区反映一个城市的地理风貌和民族风情，同时，
也是一个城市文化发展程度的标志。而景观设计要求其具有广泛的可读性、雅俗共赏，既有超凡脱俗的艺术价值，又能使大众喜闻乐见与大众息息相通。索膜结构以其轻盈飘逸的造型、柔美并带有力量的曲线和大跨度和大空间的鲜明个性和标识性，应用于城市规划的设计中。 索膜结构轻巧、别致的造型在大跨度结构的建设中担当了重要角色,除了满足防风雨、防日晒等基本功能外,并有较好的标识招揽效果,展现了人们个性化的一面。 索膜结构展览会场的特点 1. 结构轻巧性：膜结构自重轻，耗量极低，对地震作用有良好适应性。 2. 造型多样性：柔性材料、自由空间曲面、不重复、多变化。 3. 耐用性：由于高强度的膜材出现，再加上张拉索的应用，使索膜结构展览会场抵御风雨的能力是其他结构不可比拟的。有的展览会场采用永久性膜材。特别是遇到剧烈的暴风雨天气，索膜结构建筑巍然不动，毫发不损。 4.艺术性：除了其他结构不可比拟的实用、耐用、遮风挡雨的功能外，索膜结构更是一座雕塑，一件艺术品，给人美的视觉享受。其柔美，其曲线，其刚柔并济，其丰富造型，其洁白无瑕，让人眼前一亮，回味悠长。 5. 经济性：索膜在工厂完成，现场作业少，可缩短工期70-80%节约施工经费。
附件1： 课程设计 题目加减法指令的实现 学院计算机科学与技术 专业计算机科学与技术 班级 姓名 指导教师 2011年 6 月30 日
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位：计算机科学与技术学院 题目: 基本模型机的设计——加减法指令的实现 初始条件： 理论：学完“电工电子学”、“数字逻辑”、“汇编语言程序设计”、和“计算机组成原理”课程，掌握计算机组成原理实验平台的使用。 实践：计算机学院科学系实验中心提供计算机、实验的软件、硬件平台，在实验中心硬件平台验证设计结果。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体 要求） 1、基本模型机系统分析与设计，利用所学的计算机组成原理课程中的知识和提供的实验平台完成设计任务，从而建立清晰完整的整机概念。 2、根据课程设计题目的要求，编制实验所需的程序，上机测试并分析所设计的程序。 3、课程设计的书写报告应包括： （1）课程设计的题目。 （2）设计的目的及设计原理。 （3）根据设计要求给出模型机的逻辑框图。 （4）设计指令系统，并分析指令格式。 （5）设计微程序及其实现的方法（包括微指令格式的设计，后续微地址的产生方法以及微程序入口地址的形成）。 （6）模型机当中时序的设计安排。 （7）设计指令执行流程。 （8）给出编制的源程序,写出程序的指令代码及微程序。 （9）说明在使用软件HKCPT的联机方式与脱机方式的实现过程（包括编制程序中加减法指令的时序分析，累加器A和有关寄存器、存储器的数据变 化以及数据流程）。 （10）课程设计总结（设计的特点、不足、收获与体会）。 时间安排： 周一：熟悉相关资料。周二：系统分析,设计程序。 周三、四：编程并上实验平台调试周五：撰写课程设计报告。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
实验七基本模型机的设计与实现 一、实验目的 ⒈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。 ⒉为其定义5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、实验设备 Dais-CMH+/CMH 计算器组成原理教学实验系统一台，实验用扁平线、导线若干。 三、实验原理 部件实验过程中，各部件单元的控制信号是以人为模拟产生为主，而本次实验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。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。 本实验采用五条机器指令：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（前三位为操作码）： =============================================================== 助记符机器指令码说明 --------------------------------------------------------------- IN R0,SW 0010 0000 数据开关状态→R0 ADD R0,[addr] 0100 0000 XXXXXXXX R0+[addr]→R0 STA [addr],R0 0110 0000 XXXXXXXX R0→[addr] OUT [addr],LED 1000 0000 XXXXXXXX [addr]→LED JMP addr 1010 0000 XXXXXXXX addr→PC =============================================================== 其中IN为单字节(8位)，其余为双字节指令，XXXXXXXX为addr对应的二进制地址码。 根据以上要求设计数据通路框图，如图7-10-1所示。系统涉及到的微程序流程见图7-7-3，当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P(1)测试。由于“取指”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。本机用指令寄存器的前3位(IR7~IR5)作为测试条件，出现8路分支，占用8个固定微地址单元。 当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，表7-10-1即为将图7-10-2的微程序流程图按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”。 下面介绍指令寄存器(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，先把它从内存取到数据总线上，然后再传送至指令寄存器。指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试P(1)，通过 节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。“指令寄存器”根据指令中的操作码译码 强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。 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(INPUT DEVICE)；另一种是LED块，它作为输出设备(OUTPUT DEVICE)。例如：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LDED有效时，将数据打入输出锁存器，驱
第四届湖南省结构设计竞赛名称： 学校： 参赛队员： 竞赛时间： 目录 一、设计说明书 1、对方案的构思 2、对制作模型材料的分析 3、主要制作过程 二、方案图（详见后面照片） 1、结构整体布置图 2、主要构件详图 三、计算书 1、荷载分析 2、内力分析 3、承载能力估算
一、设计说明书 1、对方案的构思及框架设计 多层竹质房屋结构模型设计思路：考虑到本次的作品赛题是房屋类的构造，考虑到在现实生活中有很多类似的框架结构。而且这次竞赛的材料都是竹条，要把这些竹条搭建成房屋结构，我组觉得采用镶嵌式框架结构是最稳妥的方法。只是竹条的厚度不是很高，制作的难度会比较大。 2、对制作模型材料的分析 由于本次竞赛使用的材料是竹制的，且主要是竹条。竹条的韧性很好，抗弯曲能力比较强。但由于我们选择的是镶嵌结构，因此需要破坏竹条的内部结构，这样对竹条的韧性会有很大影响。但只要细心、谨慎操作，可把这种影响降到最低。 3、主要制作过程 首先将5mm厚15mm高600mm长的竹条作为梁结构，并在竹条上开槽。将2mm 厚的竹条置于槽内，制成楼板。柱子采用3层5mm厚的竹条粘贴而成，在一定的高度上开孔，便于梁及楼板的放置和固定。底板采用镶嵌式，使柱子与板间的结构更稳定。 二、方案图 1、结构整体布置图
作品实图 2、主要构件详图
三、计算书 1、荷载分析 材料参数：竹材的弹性模量E=1.0﹡104MPa.抗拉强度ft=60MPa。由于结构为框架结构，砝码尺寸不可忽略，假定梁上局部承受均匀分布载荷作用。题目要求每层加载20kg砝码，总共三层，共计60kg。四根柱子平均每根受力15*10=150N。每层楼板由两根长60cm的梁承受荷载。即每根梁上承重600/（3*2）=100N。 q=100/0.15=667N/m。 2、内力分析 沿梁的长度方向为x轴，可得梁的剪应力方程 :FQ=667*x*(0.15- x/2) (0
学号： 课程设计 题目基本模型机的设计 ——带进位运算指令的实现 学院计算机科学与技术学院 专业计算机科学与技术 班级 姓名 指导教师 2011 年月日
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位：计算机科学与技术学院 题目: 基本模型机的设计——带进位运算指令的实现 初始条件： 理论：学完“电工电子学”、“数字逻辑”、“汇编语言程序设计”、和“计算机组成原理”课程，掌握计算机组成原理实验平台的使用。 实践：计算机学院科学系实验中心提供计算机、实验的软件、硬件平台，在实验中心硬件平台验证设计结果。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体 要求） 1、基本模型机系统分析与设计，利用所学的计算机组成原理课程中的知识和提供的实验平台完成设计任务，从而建立清晰完整的整机概念。 2、根据课程设计题目的要求，编制实验所需的程序，上机测试并分析所设计的程序。 3、课程设计的书写报告应包括： （1）课程设计的题目。 （2）设计的目的及设计原理。 （3）根据设计要求给出模型机的逻辑框图。 （4）设计指令系统，并分析指令格式。 （5）设计微程序及其实现的方法（包括微指令格式的设计，后续微地址的产生方法以及微程序入口地址的形成）。 （6）模型机当中时序的设计安排。 （7）设计指令执行流程。 （8）给出编制的源程序,写出程序的指令代码及微程序。 （9）说明在使用软件HKCPT的联机方式与脱机方式的实现过程（包括编制程序中带进位运算指令的时序分析，累加器A和有关寄存器、存储器的数据变化以及数据流程）。 （10）课程设计总结（设计的特点、不足、收获与体会）。 时间安排： 周一：熟悉相关资料。周二：系统分析,设计程序。 周三、四：编程并上实验平台调试周五：撰写课程设计报告。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
课程设计 课程名称：计算机组成原理 设计题目：基本模型机设计与实现 学院：信息工程与自动化 专业：计算机科学与技术 年级： 学生姓名： 指导教师：王海瑞 日期： 教务处制
课程设计任务书 信息工程与自动化学院计算机专业年级 学生姓名： 课程设计题目：基本模型机设计与实现 课程设计主要内容： 利用所学过的理论知识，特别是微程序设计的思想，写出要设计的指令系统的微 程序。将所设计的微程序在计算机组成原理教学实验系统环境中进行测试，并给出测试思路和具体程序段。最后撰写出符合要求的课程设计报告。 首先要确定所设计计算机的功能和用途，设计中根据功能和用途确定指令系统， 数据的表示格式，位数，指令的编码，类型，需要设计那些指令和寻址方式。确定相 对应指令所包含的微操作以及总体结构设计之间的数据通路结构，在此基础上，就可以拟出各种信息传输路径，以及实现这些传输所需要的微指令。 设计指导教师（签字）： 教学基层组织负责人（签字）： 年月日
目录 一、基本模型机的设计,,,,,,,,,,,,,,,, 4 1、程序设计目的,,,,,,,,,,,,,,,, 4 2、程序设计任务和基本要求,,,,,,,,,,,, 4 3、实验原理,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 5 二、实验内容及步骤,,,,,,,,,,,,,,,8 1.实验内容,,,,,,,,,,,,,,,,,,,8 2.实验步骤,,,,,,,,,,,,,,,,,10 3.实验情况及记录,,,,,,,,,,,,,,,14 三、总结体会,,,,,,,,,,,,,,,,,,15 四、参考文献,,,,,,,,,,,,,,,,,,16 一、基本模型机的设计 1、程序设计目的 （1）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，深入掌握信息流和控制信息流的流动过程，
计算机基本模型机设计与实现 万红明，李明威 ——湖北省孝感学院计算机科学系 摘要：本科研项目主要在传统模型机的基础上进一步设计且实现模型机的主要组成部件（运算器，存储器，控制器，基本输入输出设备）的基本功能，结合基本硬件资源，充分利用微程序，时序，组合逻辑等控制模型机完成一些基本的指令功能。 关键词：计算机组成原理模型机微指令微程序。 一、模型机的硬件组成 计算机是由运算器、存储器、控制器以及输入输出四大主要单元组成。它们之间通过一条公共的通道进行数据的传递和控制，即总线。其中运算器主要是负责数据的逻辑和算术运算，存储器的任务就是存放我们编写的机器指令（程序）和一般的数据存储，控制器是根据读取内存中的机器指令从而对相应的指令作出分析，继而对我们的计算机发不同的控制信号。输入输出单元则是将我们需要运行的程序写入内存，再由机器运行计算得出结果，予以显示输出。下图为模型机的基本框架： 图(1) 下面我们就对模型机的硬件设计思路作一些简要的介绍(设计的重点是在微程序的设计上，在后面我们将作祥细的说明。 （1）算术逻辑运算单元 我们用的运算器是将两个74LS181进行级联做成一个八位的运算器，并且带有进位功能。当有进位产生时，在高四位的74LS181上的CN+4端输出一个高电平，经D触发器锁存输出并送致LED显示。74LS181有多种组合状态，因此会有多种不同的结果。我们在此只设计实现两个数据相加的功能。它的输入端直接连着两个锁存器（74LS273），它能够将输入端的数据送进锁存器内锁存，进而将数据送进运算器进行算术或逻辑运算。运算器运算后的结果将通过一个三态门（74LS245）后才能送到总线与其它的部件交换数据，设计中三态门的作用是使各部件正常工作而互不影响。 （2）存储单元 存储器芯片选用的是6116（2K x 8），其数据端接至数据总线，地址由地址锁存器（74LS273）给出。数据开关经一三态门（74LS245）连至数据总线，分时给出地址和数据。
兰州理工大学技术工程学院 计算机组成原理课程设计任务书（09级）题目：模型机设计—1 学生姓名：学号： 班级：计算机科学与技术(2)班指导老师： 一、计算机组成原理课程设计题目简介 该设计要求学成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就算计。 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，建立计算机整体概念，加深计算机时间与空间概念的理解。 二、计算机组成原理课程设计任务 1、查阅文献资料，一般在5篇以上； 2、以教学实验用模型机为背景，通过调研、分析现有的模型机，建立带有带8位自增、自减指令的整机模型； 3、完成系统编程与测试工作； 4、撰写设计说明书； 5、做好答辩工作。 三、计算机组成原理课设设计的主要内容、功能及指标 1、根据任务要求设计整体系统的方案。 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）。指令系统包括下列指令：IN、OUT、STA、LDA、JMP、BZC、CLR、MOV、 ADD、SUB、ADC、ADT、INC、DEC、SBT、SBC 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。 四、完成课程设计报告 1、设计题目、设计任务、实验设备与器材； 2、整体设计方案，设计原理与内容； 3、画出模型机数据通路图； 4、画出设计的模型机微程序流程图和微程序； 5、说明指令系统的格式； 6、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。 7、调试情况，调试过程中遇到的主要问题，是如何解决的；对设计和编码的回顾讨论和分析；改进设想；经验和体会等； [1]计算机组成原理课程设计提交的成果 1.设计说明书一份，内容包括： 1）中文摘要100字；关键词3-5个； 2）前言； 3) 设计的目的及设计原理； 4）模型机的逻辑结构及框架； 5) 运算器的物理结构； 6）存储器系统的组成与说明； 7）指令系统的设计与指令格式分析； 8) 微程序控制器的逻辑结构及功能； 9）微程序的设计与实现（含微指令格式、后续地址产生方法以及微程序入口地址的形式）
湖南省“路桥杯”大学生结构模型创作竞赛 中南大学 参赛设计方案说明书 作品名称剑桥 学校名称中南大学 学生姓名专业班级 学生姓名专业班级 学生姓名专业班级 指导教师 联系电话 二○○六年七月十四日
目录 摘要 (2) 1 设计说明书 (3) 1.1 概述 (3) 1.2 方案简介 (3) 1.3 结构模型及方案特点 (4) 1.4 应用前景 (5) 1.5 施工流程: (5) 1.6 施工要点: (5) 2 结构方案图 (6) 2.1结构效果图 (6) 2.2结构俯视图 (6) 3 设计计算书 (7) 3.1结构计算模型 (7) 3.2结构强度计算 (8) 3.2.1 拱肋强度计算 (8) 3.2.2 拉杆强度计算 (9) 3.3 结构稳定分析 (9) 参考文献 (10)
摘要 本文根据湖南省“路桥杯”土木建筑类大学生结构模型创作竞赛规程和使用材料的特点要求，结合现代桥梁结构的特点，借鉴细杆拱桥结构设计概念构思了本结构模型。 在造型上，空间上主要采用三角形、梯形等几何元素，注重结构的整体性。 在结构设计方面，充分根据木材的力学性能，主要受力构件采用格构式组合构件，利用斜向支撑增加结构空间作用，提高抗侧能力。并通过采用ANSYS有限元软件的空间分析，根据构件的受力情况沿杆件变化，采用了变截面的杆件，充分的利用材料，经过ANSYS 的计算表明，结构在设计荷载作用下，均能满足强度、刚度、稳定性要求。 关键词：结构模型、设计大赛、模型制作
1 设计说明书 1.1 概述 对于结构模型，稳定性起着控制作用，包括整体稳定性和局部稳定性，选择合理有效的结构受力体系对结构模型设计有着重要意义。 模型设计中，主要应考虑充分利用木材薄片受力性能特点。就本次竞赛而言，关键在于充分利用木材薄片受拉性能好，受压则需要组合成柱的特点，选择优化的结构模型，使结构模型能够接近竞赛规定的最大加载荷载，同时尽可能降低结构的自身重量。 本结构模型根据以上思想，进行结构的构思与设计。 1.2 方案简介 本结构整体外型为一个上承式桁架。其造型融入三角形和梯形等美学元素，整体造型简单、受力形式较好，符合本次竞赛的设计理念。 结构根据竞赛规程的要求，确定合理跨度和高度以后，以四根斜杆为主要受力构件向下传力，顶部做成一个加载平台。根据各个面内的抗弯刚度要求，灵活选用杆的形式，通过计算得出合理拱轴线的位置，合理布置杆拱的空间角度；再合理布置支撑杆件，用于抵抗荷载传来的水平力分力并减小侧移；并通过ANSYS软件模拟多种荷载情况下的破坏情况，找出结构构件的薄弱环节进行局部加强，使得结构的破坏向强度破坏靠近，从而使本结构模型具有足够的承