一、课程设计的原始资料及依据
查阅有关计算机组成原理的教材、实验指导书等资料，进一步熟悉微程序控制器原理，微指令的设计方法。在掌握运算器、存储器、微程序控制器等部件的单元电路实验的基础上，进一步将各部件组成系统，构造一台基本模型计算机。为给定的机器指令编写相应的微程序，上机调试，掌握整机概念。
二、课程设计主要内容及要求
1．认真阅读资料，掌握给定的机器指令的操作功能。
2．分析并理解数据通路图。
3．根据数据通路图画出给定的机器指令的微程序流程图。
4．根据微指令格式编写每条机器指令对应的微程序，形成“二进制微指令代码表”。
5．全部微程序设计完毕后，将微程序中各个微指令正确地写入E2PROM芯片2816中。
6．进行机器指令程序的装入和检查。
7．运行程序，检查结果是否和理论值一致。
8．IN、ADD、JMP指令为必做指令，另外新定义1条机器指令重复上述过程。各组要
9．STA和OUT指令为选做指令，供有能力的学生完成。
10．记录出现故障的现象，并对故障进行分析，说明排除故障的思路及故障性质。
11．独立思考，认真设计。遵守课程设计时间安排。
12．认真书写课程设计说明书，避免相互抄袭。
三、对课程设计说明书撰写内容、格式、字数的要求
1．课程设计说明书是体现和总结课程设计成果的载体，主要内容包括：设计题目、设计目的、设备器材、设计原理及内容、设计步骤、遇到的问题及解决方法、设计总结、设计小组评语、参考文献等。一般不应少于3000字。
2．在适当位置配合相应的实验原理图、数据通路图、微程序流程图、实验接线图、微指令代码表等图表进行说明。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。
3．设计总结部分主要写本人设计期间所做工作简介、得到了哪些设计成果、以及自己的设计体会，包括通过课程设计有何收获，程序有哪些不足之处，哪里遇到了困难，解决的办法，以及今后的目标。设计小组评语处注明设计组编号、设计组组长、设计组成员，并由设计组组长给出评语。评语包括该同学主要完成了哪些任务，课程设计期间的表现和态度如何，组长自己的评语由小组其他成员集体讨论后写出。
4．课程设计说明书手写或打印均可，具体要求如下：
手写时要用学校统一的课程设计用纸，用黑或蓝黑墨水工整书写；
打印时采用A4纸，页边距均为20mm，章标题(如: 2 设计原理及内容)和目录、摘要、参考文献、设计小组评语等部分的标题用小三号黑体，上下各空1行，居中书写；一级节标题(如: 2.1 设计原理)采用黑体四号字，二级节标题(如: 2.1.1数据通路)采用黑体小四号字，左对齐书写。
正文采用宋体小四号字，行间距18磅，每个自然段首行缩进2个字。
图和表的要有编号和标题，如：图2.1数据通路图；表1.1机器指令表。图题与表题采用宋体五号字。表格内和插图中的文字一般用宋体五号字，在保证清楚的前提下也可用更小号的字体。
英文字体和数字采用Time New Roman字体，与中文混排的英文字号应与周围的汉字大小一致。
页码用五号字，在每页底端居中放置。
5．课程设计说明书装订顺序为：封面、任务书、成绩评定表、目录、正文、参考文献、设计小组评语。在左侧用订书钉装订，不要使用塑料夹。
四、设计完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求
1．完成“基本模型机”中指定机器指令的操作功能，运行稳定。
2．撰写课程设计说明书。
五、时间进度安排
六、主要参考资料（文献）
[1]王健、王德君.计算机组成原理实验指导书.沈阳工程学院,2005
[2]白中英.计算机组成原理(第4版).北京:科学出版社,2007
[3]蒋本珊.计算机组成原理.北京:清华大学出版社,2004
[4]唐朔飞.计算机组成原理.北京:高等教育出版社,2000
沈阳工程学院
计算机组成原理课程设计成绩评定表
系（部）：信息工程系班级：计本061 学生姓名：吴娟张健任江涛
计算机组成原理课程设计设计小组任务分配及自评
摘要
“计算机组成原理”是计算机科学与技术系的一门核心专业基础课程。一台数字计算机基本上可以划分为两大部分——控制部件和执行部件。控制器就是控制部件，而运算器、存储器、外围设备相对控制器来讲，就是执行部件。控制部件与执行部件之间就是通过控制线来联系的。控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令，通常把这种控制命令叫做微命令，而执行部件接受微命令后所进行的操作，叫做微操作。
本次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。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。本次的课程设计是通过TDN-CM计算机组成原理教学实验系统上完成基本模型机的设计与实现。各部件单元的控制信号时认为虚拟产生的，而本次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个微程序。
此报告除了设计简单的IN(输入)、ADD(二进制加法)、JMP(无条件转移)三条机器指令外，另外加上STA(存数)、OUT (输出)以及SUB(二进制减法)三条机器指令。在初步设计过程中，使用了两种外部设备，一种是二进制代码开关(DATA UNIT)，它作为输入设备；另一种是发光二极管(BUS UNIT上的一组发光二极管)，它作为输出设备。例如：输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不变。输出时，将输出数据送到数据总线BUS上，驱动发光二极管显示算法的结果；在设计观察结果的过程中，通过使用两个开关SWB、SWA的状态来设置读取内存、写入内存和启动程序三种状态，同时利用P(1)测试和P(4)测试这两个测试字段来分别作为微指令的判别测试字段和控制台操作的判别测试字段。微程序流程图、微指令的首地址、机器指令及微指令的二进制代码设计完成后，正确的写入 E2PROM芯片2816中。
关键词机器指令微指令微程序
目录
摘要....................................................................................................................................................... I 1 设计基础 (1)
1.1 设计题目 (1)
1.2 设计目的 (1)
1.3 设备器材 (1)
2 设计原理及内容 (2)
2.1 设计原理 (2)
2.2 设计内容 (2)
2.2.1 机器指令 (2)
2.2.2 数据通路 (3)
2.2.3 微指令 (3)
2.2.4 微程序地址转移电路 (5)
2.2.5 控制台操作微程序 (7)
3 设计步骤 (8)
3.1 连接实验线路 (8)
3.2 写入程序 (8)
3.3 运行程序 (9)
4 问题及解决方法 (10)
设计总结 (11)
参考文献 (12)
1 设计基础
1.1 设计题目
基本模型机的设计与实现
1.2 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．为其定义五条机器指令，并编写相应的微程序，上机调试，掌握整机概念。
1.3 设备器材
TDN-CM计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。
2 设计原理及内容
2.1 设计原理
前面的部件实验过程中，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个微程序。
本系统使用两种外部设备，一种是二进制代码开关(DATA UNIT)，它作为输入设备；另一种是发光二极管(BUS UNIT上的一组发光二极管)，它作为输出设备。例如：输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不变。输出时，将输出数据送到数据总线BUS上，驱动发光二极管显示。
2.2 设计内容
2.2.1 机器指令
本次设计将完成六条机器指令的微程序设计：IN(输入)、ADD(二进制加法)、STA(存数)、OUT (输出)、SUB(二进制减法)、JMP(无条件转移)。其中机器指令码的最高4位为操作码。IN为单字长(8位)，其余为双字长指令。XXXXXXXX为addr对应的二进制地址码。
机器指令程序及数据存放地址举例如表2.1所示。
2.2.2 数据通路
实验系统的数据通路图，如图2.1所示。
图2.1 数据通路图
注意：①片选信号CE=0为有效电平，CE=1为无效电平。
②WE=1为写入，WE=0为读出。
③LOAD和LDPC同时为“1”时，可将总线上的数据装入到PC中；LDPC为“1”，同时LOAD为“0”时，将PC中内容加1。
④M=0为算术运算，M=1为逻辑运算。
⑤CN=0表示运算开始时低位有进位，否则低位无进位。
2.2.3 微指令
微指令字长共24位，其控制位顺序如图2.2所示。
图2.2 微指令格式
其中UA5～UA0为下一条微指令微地址，A、B、C为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多种不同控制信号。
A字段中的LDRi为打入工作寄存器信号的译码器使能控制位。B字段中的RS-B、RD-B、RI-B分别为源寄存器选通信号、目的寄存器选通信号及变址寄存器选通信号，其功能是根据机器指令来进行三个工作寄存器R0、R1及R2的选通译码。C字段中的P(1)～P(4)是四个测试字位。其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行，其原理如图2.5所示。AR为算术运算是否影响进位及判零标志控制位，其为零有效。
将画好的微程序流程图中每一CPU周期的微操作按微指令格式转化成二进制代码，填入如下格式的二进制代码表中，如表2.2所示。
2.2.4 微程序地址转移电路
本实验系统的指令寄存器(IR)用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把该指令从内存取到缓冲寄存器中，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。“指令译码器”(实验板上标有“INS DECODE”的芯片)根据指令中的操作码译码后的结果，将微控器单元的微地址修改为下一条微指令的地址。
地址修改要依靠实验系统的微程序地址转移电路来完成，该电路如图2.3所示。
图2.3 微程序地址转移电路
图中左侧的FC、FZ、P(1)～P(4)均为低电平有效。当T4有正脉冲信号到来时该电路开始工作。I7～I2中输入指令寄存器的第7～2位，SE5～SE1为微程序地址转移电路的输出结果。
根据SE5～SE1的值，实验系统自动将下一条微指令的原始地址UA4～UA0修改为实际的正确地址。修改方法是将SE5～SE1的值与下一条微指令的原始地址UA4～UA0进行按位操作，SE5～SE1中为1的位对应的原始地址UA4～UA0中的位保持不变，而SE5～SE1中为0的位对应的原始地址UA4～UA0中的位强置为1。
根据该逻辑电路图，得SE1～SE5的逻辑表达式：
SE?
?
+
=
FZ
FC
T
)3(
)
4
(
5p
FC+
+
=（1）
+
FZ
T
4
)3(
)
(P
SE?
?
=
I
4P
)1(
T
4
7
T
=（2）
+
I+
)1(
4
7P
I
=
T
?
SE?
3P
4
)1(
6
+
=（3）
I+
4
)1(
6P
T
I
SE?
T
P
T
I
+
?
=
))
?
?
?
+
P
?
4
3
))2(
(
SWB
4
(
4(
2P
))1(
(
T
5
4
T
I+
p
I
+
T
P
?
=（4）
SW B
+
+
+
+
?
3
(
2(
4
4(
))
T
4
))
4
(P
1(
5
))
(
I
SE?
T
I
?
T
P
=
?
P
?
+
?
?
+
4(
4
2
(
4
SWA
))
(
))2(
)1(
T
1P
(
4
4
T
I+
P
P
+
T
I
=（5）+
SW A
+
?
+
+
?
))
))
T
(
4
))
4(
4
2(
2
(P
4
4
(
1(
系统涉及到的各个机器指令的微程序流程图如图2.4所示：
图2.4 微程序流程图
2.2.5 控制台操作微程序
为了向RAM中装入机器指令程序和数据，检查写入是否正确，并能启动机器指令程序执行，还必须设计三个控制台操作微程序。
存储器读操作(KRD)：拨动总清开关CLR(使CLR从1→0→1)后，控制台开关SWB、SWA 置为“0 0”时，按START微动开关，可对RAM连续手动读操作。
存储器写操作(KWE)：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA置为“0 1”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，控制台开关SWB、SWA置为“1 1”时，按START 微动开关，即可转入到第01号“取指”微指令，启动程序运行。
上述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2.3所示。
表2.3 控制台指令
三个控制台操作微程序的流程如图2.5所示。
图2.5 控制台操作微程序流程图
注意：微程序流程图上的单元地址为8进制。
控制台操作为P(4)测试，它以控制台开关SWB、SWA作为测试条件，出现了3路分支，占用3个固定微地址单元。当分支微地址单元固定后，余下的微指令可以存放在控制存储器的其他任意单元中。
当设计“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4位(IR7—IR4)作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定微地址单元。
3 设计步骤
3.1 连接实验线路
连接实验线路，仔细查线路无误后接通电源。实验线路如图3.1所示。
图3.1实验线路图
3.2 写入程序
1、将微代码写入微控器中的E2PROM芯片2816中
⑴将编程开关置为PROM(编程)状态。
⑵将实验板上“STATE UNIT”中的“STEP”置为“STEP”，“STOP”置为“RUN”状态。
⑶用二进制模拟开关置微地址MA5—MA0。
⑷在MK24－MK1开关上置微代码，24位开关对应24位显示灯，开关量置为“0”时灯亮，开关量为“1”时灯灭。
⑸启动时序电路(按动启动按钮“START”)，即将微代码写入到2816的相应地址对应的单元中。
⑹重复⑴－⑸步骤，将微代码写入2816中。
2、校验微代码
⑴将编程开关置为READ(校验)状态，实验板上“STATE UNIT”状态不变。
⑵用二进制模拟开关置微地址MA5—MA0。
⑶启动时序电路(按动启动按钮“START”)，读出微代码。观察显示灯MD24－MD1的状态(灯亮为“0”，灭为“1”)，检查读出的微代码是否与写入的相同。如果不同，则将开关置于PROM编程状态，重新执行⑵即可。
3、使用控制台KWE 和KRD微程序进行机器指令程序的装入和检查。
⑴使编程开关处于“RUN”，STEP为“STEP”状态，STOP为“RUN”状态。
⑵拨动总清开关CLR(1→0→1)，微地址寄存器清零。此时用“DATA UNIT”单元的8位二进制开关给出要写入RAM区的首地址，控制台SWA、SWB开关置为“1 0”，按动一次启动开关START，微地址显示灯显示“010001”，再按动一次START，微地址灯显示“010100”，此时数据开关的内容置为要写入的机器指令，按动一次START键，即完成该条指令的写入。机器指令的首地址只要第一次给入即可，PC会自动加1，所以，每次按动START，只有在微地址灯显示“010100”时，才设置内容，直到所有机器指令写完。
⑶写完程序后须进行校验。拨动总清开关CLR(1→0→1)后，微地址清零。此时用“DATA UNIT”单元的8位二进制开关置要读的RAM区的首地址，控制台开关SWA、SWB为“0 0”，按动启动START，微地址灯显示“010000”，再按动START，微地址灯显示为“010010”，第三次按START，微地址灯显示为“010000”，此时总线单元的显示灯显示为该首地址的内容。不断按动START，可检查后续单元内容，注意：每次仅在微地址灯显示为“010000”时，显示灯的内容才是相应地址中的机器指令内容。
3.3 运行程序
1、单步运行程序
⑴使编程开关处于“RUN”状态，STEP为“STEP”状态，STOP为“RUN”状态。
⑵拨动总清开关CLR(1→0→1)，微地址清零。
⑶将“DATA UNIT”的8位数据开关(D7——D0)设为设置好的机器指令首地址(40H)。
⑷按动START键，单步运行一条微指令，每按动一次START键，即单步运行一条微指令。对照微程序流程图，观察微地址显示灯是否和流程一致。
⑸当运行结束后，可检查总线存数单元中的结果是否和理论值一致。
2、连续运行程序
⑴使“START UNIT”中的STEP开关置为“EXEC”状态，STOP开关置为“RUN”状态。
⑵将“DATA UNIT”的8位二进制开关设置为机器指令程序首地址(40H)，然后按动START，系统连续运行程序，稍后将STOP拨至“STOP”时，系统停机。
⑶停机后，可检查总线存数单元中的结果是否正确。
⑷关闭电源，小心拔下实验线路，整理完毕，放入实验箱中。
4 问题及解决方法
在这一周的计算机组成原理设计中，我们遇到了各式各样的问题，不过在老师的耐心教导及组员们的共同努力下，问题终于顺利解决，加法和减法的运行结果也同理论值完全相同。
首先在设计微程序流程图时。加法和减法操作基本原理相同，所以不容易出错；但是STA 和OUT操作平时接触少，上课期间也没有完全掌握，所以出现了少许错误。这个错误在给老师检查的时候，老师详细给我们讲解了过程，并且给我们正确的流程图。
然后是在设计微指令的时候。组长已经在流程图中给出了每条指令的首地址以及机器指令，要求另一个同学写出每条指令的微地址二进制格式。为了带动每个组员的积极性，组长在给该同学详细讲解微指令中每个控制位的影响情况后，该同学便开始自己编写微地址，结果出现了很多的错误。这些错误主要是因为没有完全掌握控制位及其控制信号，在组长的耐心检查以及其他同学的帮助下，微指令终于编写正确了。
再次是在将微指令和机器指令写入内存时。虽然我们明白输入微指令后，即使断电也不会有任何的影响，可是当我们组成员小心翼翼地、认真核对后才按下“start”键，将微指令输入内存后，之后紧接着输入机器指令，进行单步运行时却发现有些当前指令执行完后并没有转入设定的地址，即试验失败。经过认真排查错误，对之前输入的微指令进行检查后，发现有些微指令自动发生了更改，于是我们又认真地检查和重新输入，直至错误不再出现。更糟糕的是，最后发现在线路连接上了出现了一个错误，及时更正后，再次进行单步运行，错误消失了，同时运行结果也正确。
最后，在短短几天的时间里，我们完成了简单的基本模型机的设计与实现。
设计总结
一周的计算机组成原理课程设计很快就结束了，回顾自己所做的课程设计真是困难重重有喜亦有忧。平时的实验过程中虽然能够大致掌握，可是一旦将所学的只是运用到实践时，却总是不知道从何着手。这一次课程设计让我们意识到自己所学的知识是多么的不连贯不系统化，同时也让我们意识到学习计算机语言是没有什么捷径可走的，靠的是平时的多练习，多上机操作才可能有好的效果。
在我们小组进入设计的前期，在组长的合理分配下我们有条不紊的进入准备工作，大家分工的很清楚都开始七手八脚的查资料，认真研究电路，仔细揣摩机器的工作流程。各项工作都进行较顺利，大家都以为上机的实践同样也会如此顺利。可是在真正的操作过程中，我们却出现了不小的问题，每次的微指令存上后，发现总是会自动的发生改变，导致运行程序时发生错误。由于试验中的线路特别的复杂，加上检查的时候没有很强的耐心，结果几经周折，终于还是在线路连接上出现了问题。虽然只有一条线路的错误但却导致程序运行不下去，确实让我们吃惊不小，也让我们明白，做任何事都是任何的地方都马虎不得。
课程设计要亲手做过，不管它是否有结果。这次的课程设计给了我们一次机会，一次把学习到的知识付诸于实践的机会。譬如在课程设计期间，运行程序来让我们对设计结果进行测试达到消化所学习的理论知识，上课所学习到的很多摸棱两可的知识都在不断的摸索中清晰起来。另外当遇到不懂的问题时会即时的查找资料，在解决问题的同时也提升了自己。我明白了要学的是知识，是解决问题的方法和思想，要端正学习态度，一时的成败不足以论英雄，每一次突破都是一种收获，就是在这样的过程中我们才能不断提高。在从开始接到课程设计，再到报告的完成，每走一步都渗透着我们组成员们的努力和汗水。在收获知识的同时收获快乐。
时间是短暂的，收获是丰厚的。随着时间的流失我们会用今天所学到的用到今后学习中，我们会为了今后设计出更好的程序而努力学习，时刻记住只有付出才会有收获。只有更好的掌握机器指令及微指令才能顺利地设计出正确的程序。在设计的过程中一定要详细的理解每条微指令的功能，对每一个细节都要做到精益求精，不能丢弃每一个问题，一定要亲手解决。
参考文献
[1]王健、王德君.计算机组成原理实验指导书.沈阳工程学院,2005
[2]白中英.计算机组成原理(第4版).北京:科学出版社,2007
[3]蒋本珊.计算机组成原理.北京:清华大学出版社,2004
[4]唐朔飞.计算机组成原理.北京:高等教育出版社,2000
A ．(7CD )16 B. ( 7D0)16 C. (7E0)16 D. 3. 下列数中最大的数是 _______ 。 A ．(10011001) 2 B. (227) 8 C. (98)16 4. ____ 表示法主要用于表示浮点数中的阶码。 A. 原码 B. 补码 C. 反码 D. 移码 5. 在小型或微型计算机里，普遍采用的字符编码是 A. BCD 码 B. 16 进制 C. 格雷码 6. 下列有关运算器的描述中， ______ 是正确的 A. 只做算术运算，不做逻辑运算 B. C. 能暂时存放运算结果 D. 7. EPROM 是指 ____ 。 A. 读写存储器 B. C. 可编程的只读存储器 D. 8. Intel80486 是 32位微处理器， Pentium 是A.16 B.32 C.48 D.64 9 .设］X ］补=1.XXX 3X 4,当满足 _________ ■寸，X > -1/2 成立。 A. X 1必须为1，X 2X 3X 4至少有一个为1 B. X 1必须为1 , X 2X 3X 4任意 C. X 1必须为0, X 2X 3X 4至少有一个为1 D. X 1必须为0, X 2X 3X 4任意 10. CPU 主要包括 _____ 。 A.控制器 B. 控制器、运算器、cache C.运算器和主存 D.控制器、ALU 和主存 11. 信息只用一条传输线 ,且采用脉冲传输的方式称为 _________ 。 A. 串行传输 B. 并行传输 C. 并串行传输 D. 分时传输 12. 以下四种类型指令中,执行时间最长的是 _________ 。 A. RR 型 B. RS 型 C. SS 型 D. 程序控制指令 13. 下列 _____ 属于应用软件。 A. 操作系统 B. 编译系统 C. 连接程序 D. 文本处理 14. 在主存和CPU 之间增加cache 存储器的目的是 _____ 。 A. 增加内存容量 B. 提高内存可靠性 C.解决CPU 和主存之间的速度匹配问题 D. 增加内存容量，同时加快存取速 度 15. 某单片机的系统程序,不允许用户在执行时改变,则可以选用 ____________ 作为存储芯 片。 A. SRAM B. 闪速存储器 C. cache D. 辅助存储器 16. 设变址寄存器为X ,形式地址为D, (X )表示寄存器X 的内容，这种寻址方式的有 效地址为 ______ 。 A. EA=(X)+D B. EA=(X)+(D) C.EA=((X)+D) D. EA=((X)+(D)) 17. 在指令的地址字段中,直接指出操作数本身的寻址方式,称为 ___________ 。 A. 隐含寻址 B. 立即寻址 C. 寄存器寻址 D. 直接寻址 18. 下述 I/O 控制方式中,主要由程序实现的是 ________ 。 7F0）16 D. （ 152）10 o D. ASC H 码 只做加法 既做算术运算，又做逻辑运算 只读存储器 光擦除可编程的只读存储器 位微处理器。
计算机组成原理大型实验 报告 (2010/2011第2学期------第19周) 指导教师： 班级： 姓名： 学号： 计算机组成原理课程设计实验报告 一、目的和要求 目的： 深入了解计算机各种指令的执行过程，以及控制器的组成，指令系统微程序设计的具体知识，进一步理解和掌握动态微程序设计的概念；完成微程序控制的特定功能计算机的指令系统设计和调试。 要求： （1）、内容自行设计相关指令微程序；（务必利用非上机时间设计好微程序） （2）、测试程序、实验数据并上机调试； （3）、报告内容： 包括 1、设计目的 2、设计内容 3、微程序设计（含指令格式、功能、设计及微程序） 4、实验数据（测试所设计指令的程序及结果）。（具体要求安最新规范为准） 二、实验环境 TEC—2机与PC机。 三、具体内容 实验内容： （1）把用绝对地址表示的内存单元A中的内容与内存单元B中的内容相加，结果存于内存单元C中。 指令格式：D4××，ADDR1，ADDR2，ADDR3四字指令（控存入口100H） 功能：[ADDR3]=[ADDR1]+[ADDR2] （2）将一通用寄存器内容减去某内存单元内容，结果放在另一寄存器中。 指令格式：E0DRSR，ADDR（SR，DR源、目的寄存器各4位）双字指令（控存 入口130H） 功能：DR=SR-[ADDR]
（3）转移指令。判断两个通用寄存器内容是否相等，若相等则转移到指定绝对地址，否则顺序执行。 指令格式：E5DRSR，ADDR双字指令（控存入口140H） 功能：ifDR==SRgotoADDRelse顺序执行。 设计：利用指令的CND字段，即IR10~8，令IR10~8=101，即CC=Z 则当DR==SR时Z=1，微程序不跳转，接着执行MEMPC（即ADDRPC），而当DR!=SR 时Z=0，微程序跳转至A4。 实验设计并分析： 第一条：把用绝对地址表示的内存单元A中的内容与内存单元B中的内容相加，结果存于内存单元C中。 指令格式：D4××，ADDR1，ADDR2，ADDR3四字指令（控存入口100H） 功能：[ADDR3]=[ADDR1]+[ADDR2] 指令格式： D4XX ADDR1 ADDR2 ADDR3 微程序： PC→AR，PC+1→PC：00000E00A0B55402 MEM→AR：00000E00 10F00002 MEM→Q：00000E00 00F00000 PC→AR，PC+1→PC：00000E00 A0B5 5402 MEM→AR：00000E00 10F0 0002 MEM+Q→Q：00000E01 00E0 0000 PC→AR，PC+1→PC：00000E00 A0B5 5402 MEM→AR：00000E0010F0 0002 Q→MEM，CC#=0：00290300 10200010 指令分析： PC->AR,PC+1->PC 0000 0000 1110 0000 0000 1010 0000 1011 0101 0101 0100 0000 0010 MEM->AR 0000 0000 1110 0000 0000 0001 0000 1111 0000 0000 0000 0000 0100 MEM->Q 0000 0000 1110 0000 0000 0000 0000 1111 0000 0000 0000 0000 0000 PC->AR,PC+1->PC 0000 0000 1110 0000 0000 1010 0000 1011 0101 0101 0100 0000 0010 MEM->AR 0000 0000 1110 0000 0000 0001 0000 1111 0000 0000 0000 0000 0100 MEM+Q->Q 0000 0000 1110 0000 0001 0000 0000 1110 0000 0000 0000 0000 0000 PC->AR,PC+1->PC 0000 0000 1110 0000 0000 1010 0000 1011 0101 0101 0100 0000 0010 MEM->AR 0000 0000 1110 0000 0000 0001 0000 1111 0000 0000 0000 0000 0100
《计算机组成原理》电子教案 课程名称：计算机组成原理 适用专业：计算机科学与技术网络工程课程总学时：80学时 编写时间： 2006年9月
本课程是计算机专业本科生的核心课程，是主干必修课。课程以阐述原理为主，讲述计算机系统及其各功能部件的工作原理以及逻辑实现，计算机系统及其各功能部件的设计原理以及并行处理技术。设置这一课程的目的是使学生掌握计算机的基本工作原理，掌握计算机各主要部件的硬件结构、相互联系和作用，掌握计算机系统的设计原理以及软硬件的界面，从而对整个计算机系统有完整的了解，为计算机专业的后继课程的学习打下基础。 一、本课程得主要内容 1、计算机系统概论 2、运算方法和运算器 3、存储器 4、计算机指令系统 5、控制器 6、总线系统 7、外围设备 8、输入、输出系统 二、本课程教学重点与难点 重点：信息编码和数据表示 控制器 存储系统 输入输出系统 三、教材选用 《计算机组成原理》白中英.科学出版社， 四、参考教材： 主要参考书： 1、李亚明.《计算机组成与系统结构》.清华大学出版社.2001
2、王爱英.《计算机组成与结构》.清华大学出版社.1998 3、江义鹏.《计算机组成原理》.人民邮电出版社.1998 4、胡越明.《计算机组成和系统结构》.上海科学技术文献出版社.1999 五、教学手段：多媒体课件+版书 六、课程内容和学时分配 （整体安排按信息表示、信息处理、信息输出思路。） 1、计算机系统概论 教学内容： 1、计算机系统的基本构成 2、计算机系统的层次结构 3、计算机系统结构、组成及其实现 4、计算机的性能评价 5、计算机发展简史 6、计算机的应用 基本要求： 通过本章的学习，要求了解整个计算机系统由硬件和软件两部分构成，其中硬件部分包括运算器、控制器、存储器、输入输出设备等五大功能部件构成。通过总线相互连成一个完整的硬件系统；软件部分包括系统软件、应用软件两大部分。通过对计算机层次结构的了解，明确计算机组成原理课程的任务和目的。了解计算机中的一些基本概念，包括性能指标、计算机发展简史以及计算机的应用。 教学重点： 1、计算机系统的基本构成 2、计算机系统的层次结构 3、计算机系统结构、组成及其实现 教学难点：计算机系统的层次结构、系统结构、组成及其实现的关系。明确计算机组成原理课程的任务和目的。 其它： 4、计算机的性能评价（字长、容量、速度、时间、MIPS） 5、计算机发展简史（ENIAC、冯氏计算机、其它自学） 6、计算机的应用（科学计算与数据处理的区别）
计算机组成原理课程设计报告 班级：09计算机03 班姓名：** 学号：******** 完成时间：2012年1月3日 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)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，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。
湖南师范大学2012—2013学年第一学期信息与计算科学专业2011年级期末/ 补考/重修课程 计算机组成原理考核试题 出卷人：毛禄广 课程代码：考核方式: 考试时量：分钟试卷类型：A/B/C/D 一、单选题（30分，每题2分） 1. 算术逻辑单元的简称为（）B A、CPU。 B、ALU。 C、CU。 D、MAR。 2. EPROM是指（）D A.读写存储器 B.只读存储器 C.闪速存储器 D.可擦除可编程只读存储器 3. 异步通信的应答方式不包括（）D A、不互锁 B、半互锁 C、全互锁 D、以上都不包括 4. 三种集中式总线仲裁中，______方式对电路故障最敏感。A A、链式查询 B. 计数器定时查询 C. 独立请求D、以上都不正确 5. 下面说法正确的是：（）B A、存储系统层次结构主要体现在缓存-主存层次上； B、缓存-主存层次主要解决CPU和主存速度不匹配的问题； C、主存和缓存之间的数据调动对程序员也是不透明的； D、主存和辅存之间的数据调动由硬件单独完成。 6. 动态RAM的刷新不包括( ) D A、集中刷新 B、分散刷新 C、异步刷新 D、同步刷新 7. 关于程序查询方式、中断方式、DMA方式说法错误的是（）D A、程序查询方式使CPU和I/O设备处于串行工作状态，CPU工作效率不高； B、中断方式进一步提高了CPU的工作效率； C、三者中DMA方式中CPU的工作效率最高； D、以上都不正确。 第 1 页共5 页 8. 发生中断请求的条件不包括（）D A.一条指令执行结束 B.一次I/O操作结束 C.机器内部发生故障 D.一次DMA操作结束 9. DMA的数据传送过程不包括（）A A、初始化 B、预处理 C、数据传送 D、后处理 10. 下列数中最大的数为（）B A.（10010101）2 B.（227）8 C.（96）8 D.（143）5 11. 设32位浮点数中，符号位为1位，阶码为8位，尾数位为23位，则它所能表示的最大规．格化正数为（）B A +（2 – 2-23）×2+127B．[1+（1 – 2-23）]×2+127 C．+（2 – 223）×2+255D．2+127 -223 12. 定点运算中，现代计算机都采用_______做加减法运算。（）B A、原码 B、补码 C、反码 D、移码 13._________中乘积的符号位在运算过程中自然形成。（）C A、原码一位乘 B、原码两位乘 C、补码一位乘 D、以上都不是 14.设x为真值，x*为绝对值，则[-x*]补=[-x]补能否成立（）C A、一定成立 B、不一定成立 C、不能成立 D、以上都不正确 15. 最少可以用几位二进制数即可表示任一5位长的十进制整数。（）A A、17 B、16 C、15 D、18 二、填空题（共10分，每题1分） 1.总线控制分为判优控制和________。（通信控制） 2.总线通信常用四种方式________、异步通信、半同步通信、分离式通信。（同步通信） 3.按在计算机系统中的作用不同，存储器主要分为主存储器、辅助存储器、_________。（缓冲存 储器） 4.随机存取存储器按其存储信息的原理不同，可分为静态RAM和__________。（动态RAM） 5.I/O设备与主机交换信息的五种控制方式是程序查询方式、中断方式和、_________、I/O通道方 式和I/O处理机方式。（DMA方式） 6.程序查询方式中为了完成查询需要执行的三条指令分别为测试指令、________、转移指令。（传 送指令） 7.浮点数由阶码和________两部分组成。（尾数） 8.二进制数-0.1101的补码为__________。（10011） 9._______是补码一位乘中乘数符号为负时的方法。（校正法）
微程序控制器的设计与实现
目录 1设计目的 (3) 2设计内容 (3) 3具体要求 (3) 4设计方案 (3) 5 调试过程 (11) 6 心得体会 (12)
微程序控制器的设计与实现 一、设计目的 1)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 2)掌握微程序设计的思想和具体流程、操作方法。 3)培养学生独立工作和创新思维的能力，取得设计与调试的实 践经验。 4)尝试利用编程实现微程序指令的识别和解释的工作流程 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。 三、设计要求 1)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流程。指令系 统至少要包括六条指令，具有上述功能和寻址方式。 2)根据微操作流程及给定的微指令格式写出相应的微程序 3)将所设计的微程序在虚拟环境中运行调试程序，并给出测试 思路和具体程序段 4)尝试用C或者Java语言实现所设计的指令系统的加载、识 别和解释功能。 5)撰写课程设计报告。 四、设计方案 1)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：24位控制位分别介绍如下： 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。 EMWR：程序存储器EM写信号。 EMRD：程序存储器EM读信号。 PCOE：将程序计数器PC的值送到地址总线ABUS上。 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。 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。 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。 ELP： PC打入允许，与指令寄存器的IR3、IR2位结合，控制程序跳转。 MAREN：将数据总线DBUS上数据打入地址寄存器MAR。 MAROE：将地址寄存器MAR的值送到地址总线ABUS上。 OUTEN：将数据总线DBUS上数据送到输出端口寄存器OUT 里。 STEN：将数据总线DBUS上数据存入堆栈寄存器ST中。 RRD：读寄存器组R0-R3，寄存器R?的选择由指令的最低两位决定。 RWR：写寄存器组R0-R3，寄存器R?的选择由指令的最低两位决定。 CN：决定运算器是否带进位移位，CN=1带进位，CN=0不带进位。 FEN：将标志位存入ALU内部的标志寄存器。 X2：X1：X0: X2、X1、X0三位组合来译码选择将数据送到DBUS
1.数字电子计算机的主要特点是存储容量大、（运算速度快），（运算精度高）。 2.计算机各组成部件相互连接方式，从早期的以（存储器）为中心，发展到现在以（运算器）为中心。 3.指令寄存器寄存的是（C ） A、下一条要执行的指令 B、已执行完了的指令 C 、正在执行的指令D、要转移的指令 4.衡量计算机的性能指标主要有哪些（答主要的三项指标），并说明为什么？ 解：衡量计算机性能的指标主要有：计算速度、存储容量和通讯带宽等，计算机速度是反映CPU性能，也是反映计算机能力的主要指标之一。存储容量反映出计算机可以处理的数据量空间的大小。带宽反映出计算机处理信息的通讯能力。 5,决定指令执行顺序的寄存器是（PC）,而记录指令执行结果的状态的寄存器是（状态字寄存器） 6.最早提出“存储程序程序”概念的是（A ） A、Babbage B、V.Neumann C、Pascal D、Bell 7.如何理解计算机组成和计算机体系结构？ 8.第一台电子计算机（ENIAC）是于1946年交付使用。 9.单地址指令中为了实现两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数外，另一个采用（隐含）寻址方法。 10.假定指令系统有m条指令，指令操作码的位数为N位，则N至少应当等于（）。 11.用n+1位字长（含一位符号位）表示原码定点整数时，所能表示的数值范围是（0﹤﹦N ）；用n+1位字长（含一位符号位）表示原码定点小数时，所能表示的数值范围是（） 1. CPU包括（）两部分。 A、ALU和累加器 B、ALU和控制器 C、运算器和控制器 D、ALU和主存储器 C 2. 计算机运算速度的单位是（）。 A、MTBF B、MIPS C、MHZ D、MB B 3. 若十六进数微AC.B，则其十进制数为（）。 A、254.54 B、2763 C、172.6875 D、172.625 C 4. 若十进制数据为137.5则其八进制数为（）。 A、89.8 B、211.4 C、211.5 D、1011111.101
计算机组成原理课程总结&复习考试要点 一、考试以讲授过的教材中的内容为主，归纳要点如下： 第1章 -第2章计算机概念运算方法和运算器 （一）学习目标 1.了解计算机的分类和应用。 2.掌握计算机的软、硬件构成。 3.掌握计算机的层次结构。 3．掌握数的原码、反码、补码的表示方法。 4．掌握计算机中数据的定点表示和浮点表示方法，并熟练掌握各种表示方法下所能表示的数据的范围。 5．理解定点加法原理及其判断溢出的方法。 6．了解计算机定点乘法、除法的实现方法。 7．了解浮点加法，乘法，除法的实现方法。 8．理解ALU运算器的工作原理及其扩展方法。 （二）第1章学习内容 第一节计算机的分类和应用 要点：计算机的分类，计算机的应用。 第二节计算机的硬件和软件 要点：了解计算机的硬件构成及各部分的功能；了解计算机的软件分类和发展演变。 第三节计算机系统的层次结构 要点：了解计算机系统的层次结构。 （三）第2章学习内容 第一节数据和文字的表示方法 要点：△定点数的表示方法，及其在原码、反码和补码表示下的数值的范围；△○浮点数的表示方法及其不同表示格式下数据的表示范围；常见汉字和字符的几种表示方法； 第二节定点加法、减法运算 要点：△补码加、减法及其溢出的检测方法；二进制加法器和十进制加法器的逻辑构成。 第三节定点乘法运算 要点：原码并行乘法原理；不带符号的阵列乘法器；补码并行乘法原理；○直接补码阵列乘法器。 第四节定点除法运算 要点：理解原码除法原理以及并行除法器的构成原理。 第五节多功能算术/逻辑运算单元 要点：△74181并行进位运算器；74182进位链；△○多位ALU的扩展。 第六节浮点运算运算和浮点运算器
目录 1课设目的 (1) 2课设内容 (1) 3课设计算机的设计 (1) 3.1设计整机逻辑框图 (1) 3.2指令系统的设计 (3) 3.3微指令的格式设计及微操作控制部件的组成原理 (6) 3.4微程序设计 (9) 3.5编写调试程序 (12) 3.6编写实验程序 (14) 4实验计算机的组装 (15) 5、实验计算机的调试 (18) 5.1．调试前准备 (18) 5.2．程序调试过程 (18) 5.3调试结果 (19) 5.4出错和故障分析 (21) 5.4.1出错分析 (21) 5.4.2故障分析查找 (21) 5.4.3确认是否属故障 (22) 5.4.4正确判断故障原因 (22) 6心得体会 (22) 7参考文献 (22)
1课设目的 （1）组成一个复杂的计算机整机系统—模型机，输入程序并运行； （2）了解微程序控制器是如何控制模型机运行的，掌握整机动态工作过程; （3）定义几条机器指令，编写相应微程序并具体上机调试. （4）完成多寄存器算术减法\右移位\输入输出\转移指令实验计算机设计。 2课设内容 利用EL-JY-II型计算机组成原理实验仪提供的硬件资源，通过设计（包括整机结构设计、指令设计、微程序设计、微指令设计、调试程序设计等）、组装、调试三个步骤完成台微程序控制的简单实验计算机的研制。 完成多寄存器算术减法\右移位\输入输出\转移指令实验计算机设计。 3课设计算机的设计 3.1设计整机逻辑框图 本系统的结构组成为： 1．基板:本部分是8位机和16位机的公共部分，包括以下几个部分：数据输入和输出，显示及监控，脉冲源及时序电路，数据和地址总线，外设控制课设电路，单片机控制电路和键盘操作部分，与PC机通讯的接口，主存储器，电源，CPLD课设板(选件)，自由课设区（面包板）。 2．CPU板：本板分为8位机和16位机两种，除数据字长分别为8位和16位以外，都包括以下几个部分：微程序控制器，运算器，寄存器堆，程序计数器，指令寄存器，指令译码电路，地址寄存器，数据、地址和控制总线。 运算器：由算术逻辑单元（ALU）、累加寄存器、数据缓冲寄存器、和状态条件寄存器组成，它是数据加工处理部件。相对控制器而言，运算器接受控制器的命令而进行动作，即运算器所进行的全部操作都是有控制器发出的控制信号来指挥的，所以它是执行部件. 存储器:是保存或“记忆”解题的原始数据和解题步骤。在运算前需要把参加运算的数据和解题步骤通过输入设备送到存储器中保存。 微程序控制器:控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令,通常把这种控制命令叫做微命令,而执行部件接受命令后的操作叫做微操作。 1
计算机组成原理试题（A） 教学中心名称考点成绩 专业、班级姓名学号 一、填空题（每空1分，共10分） 1．计算机中的信息可分为两类，它们是信息和信息。 2．第二代电子数字计算机所用的基本器件是。 3．设X=－9/16，[X]补= 。 4．运算器中的核心部件是。 5．浮点表示法中，阶码决定浮点数的，尾数决定浮点数的。 6．CPU中PC的主要功能是。 7．按照信息的传送格式，接口可分为和两大类。 二、选择题（每小题2分，共20分） 1. 某主存储器按字节编址，地址线数目为16，这个存储器的容量为 . A 16K×16位B．32K×8位、C．64K ×8位 2．采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据就要占用的时间。 A一个指令周期B．一个存储周期C．一个机器周期 3. Cache是。 A．主存的一部分 B.为扩大存储容量而设置的 C.为提高存储系统的速度而设置的 4．操作控制器的功能是。 A产生操作控制信号，以解释并执行指令 B、产生时序信号C．对指令泽码 5．中断响应时，保存PC并更新PC的内容，主要是为了. A．提高处理机的速度 B．能进入中断处理程字并能正确返回原程序 C．便于编制中断处理程序 6．计算机辅助设计是指。 A．CAD B．CAI C．CAT 7．某机字长32位，内存容量为4MW，若按字节编址，其寻址范围为. A．0～4M B。0～16M C．0～32M 8．在磁盘存储器中，与转速无关的技术指标是。 A.存储密度B．平均等待时间C．数据传输率 9．设指令中的形式地址为以相对寻址时，操作数的有效地址E＝. A.（D）B．（PC）＋D C．（R）＋D
10．计算机中，执行部件接控制部件的命令所作的不可再分的操作称为. A．微命令B．微操作C操作 三.判断改错题（每小题2分，共10分。正确，在括号内打√；错误，则打×并更正） 1．磁盘存储器是一种随机存取存储器。（） 2．零地址指令就是没有操作数的指令。（） 3．时序发生器是控制器的主要部件之一。（） 4．设X=10110110，采奇校验时，其校验位C=1。（） 5．中断处理过程中，保存现场必须在中断服务之后进行。（） 四.简答题（每小题10分，共40分） 1．CPU由哪些主要部件组成？说明各部件的作用。 2．试述高速缓冲存储器的基本设计思想和特点。 3．主机与外部设备间为什么要设置接口？ 4．为什么说取指令是公操作？在取指令阶段，CPU主要完成哪些操作？ 五.计算题（共10 分） 1．设X=0.0101,Y=－0.1101,用双符号补码计算X+Y=?和X－Y=?并判断其结果是否溢出。(5分) 2. 设X=8C3E(H)，Y=B6DF(H),Z=54D2（H）。求X∧Y⊕Z=? (5分) 七.设计题（10分） 某机字长16 位，主存按字编址，容量为8MW，请用如下RAM芯片为该机设计一个主存。 A A0 07 1．地址线和数据线各有多少根？ 2．共用多少这种芯片？ 3．画出其组成框图,并正确标出各信号线。
《计算机组成原理》大作业报告 题目名称：交通灯控制系统设计 学院(部 ): 计算机学院 专业：计算机科学与技术 学生姓名： 班级 学号 最终评定成绩：___________________________________ 湖南工业大计算机学院 目录
交通在人们的日常生活中占有重要的地位，随着人们社会活动的日益频繁，这点更是体现的淋漓尽致。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。近年来随着科技的飞速发展，的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。 本系统采用单片机AT89S52为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示以及倒计时时间。 本设计系统由单片机I/O 口扩展系统、交通灯状态显示系统、LED数码显示系统、复位电路等几大部分组成。系统除基本的交通灯功能外，还具有倒计时等功能，较好的模拟实现了十字路口可能出现的状况。 软件上采用C51编程，主要编写了主程序，LED数码管显示程序，中断程序延时程序等。经过整机调试，实现了对十字路口交通灯的模拟。 1. 引言 当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在1 9世纪就已出现了。 1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止” ，绿色表示“注意” 。1869 年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。 电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，19xx 年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止” ，绿灯亮表示“通行”。 19xx 年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的4 红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。 信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。19xx 年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停
计算机组成原理课程设计实验报告 班级：110703 学号：110703xx 姓名：xxx 同组人：xx 日期：2013年6月28日
目录 1.主机系统总体机构框图 ---------------------------------------------------------------3 2.数据通路机构设计 -----------------------------------------------------------------------3 3.各部件详细设计图 -----------------------------------------------------------------------6 4.指令系统中的各种机器指令 -----------------------------------------------------18 5.指令的格式和寻址方式 -------------------------------------------------------------18 6.微程序控制部件的设计方法及调试过程 ---------------------------------20 6.1.时序系统设计方法 -----------------------------------------------------------20 6.2.微指令的详细设计 -----------------------------------------------------------22 6.3.取指公共操作及指令流程 -----------------------------------------------32 6.4.取指微程序及各指令微程序 -------------------------------------------34 6.5.控制部件逻辑连线图及封装图
一、选择题 1.假定下列字符码中有奇偶校验位，但没有数据错误，采用偶校校 验的字符码是______。 A 11001011 B 11010110 C 11000001 D 11001001 2.8位定点字长的字，采用2的补码表示时，一个字所能表示的整 数范围是______。 A .–128 ~ +127 B. –127 ~ +127 C. –129 ~ +128 D.-128 ~ +128 3.下面浮点运算器的描述中正确的句子是：______。 a)浮点运算器可用阶码部件和尾数部件实现 b)阶码部件可实现加、减、乘、除四种运算 c)阶码部件只进行阶码相加、相减和比较操作 d)尾数部件只进行乘法和减法运算 4.某计算机字长16位，它的存贮容量是64KB，若按字编址，那 么它的寻址范围是______ A. 64K B. 32K C. 64KB D. 32 KB 5.双端口存储器在______情况下会发生读/写冲突。 a)左端口与右端口的地址码不同 b)左端口与右端口的地址码相同 c)左端口与右端口的数据码不同 d)左端口与右端口的数据码相同
6.寄存器间接寻址方式中，操作数处在______。 A. 通用寄存器 B. 主存单元 C. 程序计数器 D. 堆栈 7.微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是______。 a)每一条机器指令由一条微指令来执行 b)每一条机器指令由一段微指令编写的微程序来解释执行 c)每一条机器指令组成的程序可由一条微指令来执行 d)一条微指令由若干条机器指令组 8.按其数据流的传递过程和控制节拍来看，阵列乘法器可认为是 ______。 a)全串行运算的乘法器 b)全并行运算的乘法器 c)串—并行运算的乘法器 d)并—串型运算的乘法器 9.由于CPU内部的操作速度较快，而CPU访问一次主存所花的 时间较长，因此机器周期通常用______来规定。 a)主存中读取一个指令字的最短时间 b)主存中读取一个数据字的最长时间 c)主存中写入一个数据字的平均时间 d)主存中读取一个数据字的平均时间 10.程序控制类指令的功能是______。 A 进行算术运算和逻辑运算 B 进行主存与CPU之间的数据传送
合肥学院 计算机组成原理综述论文 题目计算机组成原理综述系部计算机科学与技术系专业网络工程 班级网工（2）班 学生姓名邓传君 指导教师张向东 2014 年12 月24 日 计算机组成原理课程综述
内容摘要： 计算机组成原理(COMPUTER ORGANIZATION)是依据计算机体系结构，在确定且分配了硬件子系统的概念结构和功能特性的基础上，设计计算机各部件的具体组成，以及它们之间的连接关系，实现机器指令级的各种功能和特性，这点上说计算机组成原理是计算机体系结构的逻辑实现。 关键词：存储、指令、CPU、控制器、微命令 一、计算机组成原理课程综述 计算机组成原理是计算机应用和计算机软件专业以及其他相关专业必修的专业基础课，它主要讨论计算机各组成部件的基本概念、基本结构、工作原理及设计方法。教学实践证明，通过对该课程的学习，对于建立整机概念，研究各功能部件的相互连接与相互作用，进行各功能部件的逻辑设计，都有着重要的意义。组成原理是计算机类专业的一门主干必修课程，它以层次结构的观点来叙述计算机各主要功能部件及组成原理；以数据信息和控制信息的表示、处理为主线来组织教学。课程内容按横向方式组织，即不是自始至终介绍某一特定计算机的组成和工作原理，而是从一般原理出发，结合实例加以说明。 二、计算机组成原理内容和基本原理 下面是我对这门课程知识点的理解： 1.计算机有运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成。 2.指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访。 3.指令和数据均用二进制数表示。 4.指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。 5.指令在存储器内按顺序存放。通常，指令是顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。 6.机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。 典型的冯·诺依曼机是以运算器为中心的，现代的计算机已转化为以存储器为中心： 1.运算器用来完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器内。 2.存储器用来存放数据和程序。 3.控制器用来控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果。 4.输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式。
一、课程设计的原始资料及依据 查阅有关计算机组成原理的教材、实验指导书等资料，进一步熟悉微程序控制器原理，微指令的设计方法。在掌握运算器、存储器、微程序控制器等部件的单元电路实验的基础上，进一步将各部件组成系统，构造一台基本模型计算机。为给定的机器指令编写相应的微程序，上机调试，掌握整机概念。 二、课程设计主要内容及要求 1．认真阅读资料，掌握给定的机器指令的操作功能。 2．分析并理解数据通路图。 3．根据数据通路图画出给定的机器指令的微程序流程图。 4．根据微指令格式编写每条机器指令对应的微程序，形成“二进制微指令代码表”。 5．全部微程序设计完毕后，将微程序中各个微指令正确地写入E2PROM芯片2816中。 6．进行机器指令程序的装入和检查。 7．运行程序，检查结果是否和理论值一致。 8．IN、ADD、JMP指令为必做指令，另外新定义1条机器指令重复上述过程。各组要 9．STA和OUT指令为选做指令，供有能力的学生完成。 10．记录出现故障的现象，并对故障进行分析，说明排除故障的思路及故障性质。 11．独立思考，认真设计。遵守课程设计时间安排。 12．认真书写课程设计说明书，避免相互抄袭。 三、对课程设计说明书撰写内容、格式、字数的要求 1．课程设计说明书是体现和总结课程设计成果的载体，主要内容包括：设计题目、设计目的、设备器材、设计原理及内容、设计步骤、遇到的问题及解决方法、设计总结、设计小组评语、参考文献等。一般不应少于3000字。 2．在适当位置配合相应的实验原理图、数据通路图、微程序流程图、实验接线图、微指令代码表等图表进行说明。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。 3．设计总结部分主要写本人设计期间所做工作简介、得到了哪些设计成果、以及自己的设计体会，包括通过课程设计有何收获，程序有哪些不足之处，哪里遇到了困难，解决的办法，以及今后的目标。设计小组评语处注明设计组编号、设计组组长、设计组成员，并由设计组组长给出评语。评语包括该同学主要完成了哪些任务，课程设计期间的表现和态度如何，组长自己的评语由小组其他成员集体讨论后写出。 4．课程设计说明书手写或打印均可，具体要求如下：
计算机组成原理试题及答案 一、单项选择题（从下列各题四个备选答案中选出一个正确答案，并将其代号写在题干前面的括号内。） 1.若十进制数据为137.5则其八进制数为（B ）。 A、89.8 B、211.4 C、211.5 D、1011111.101 2.若x补=0.1101010，则x原=（A ）。 A、1.0010101 B、1.0010110 C、0.0010110 D、0.1101010 3.若采用双符号位，则发生正溢的特征是：双符号位为（B）。 A、00 B、01 C、10 D、11 4.原码乘法是（A ）。 A、先取操作数绝对值相乘，符号位单独处理 B、用原码表示操作数，然后直接相乘 C、被乘数用原码表示，乘数取绝对值，然后相乘 D、乘数用原码表示，被乘数取绝对值，然后相乘 5.为了缩短指令中某个地址段的位数，有效的方法是采取（C）。 A、立即寻址 B、变址寻址 C、间接寻址 D、寄存器寻址 6.下列数中，最小的数是（A）。 A．(101001)2B．(52)８C．(2B)16D．45 7.下列数中，最大的数是（D）。 A．(101001)2B．(52)８C．(2B)16D．45 8.下列数中，最小的数是（D）。 A．（111111）2B．（72）８C．（2F）16D．50 9.已知：X=－0.0011，Y= -0.0101。（X+Y）补= ( A)。 Ａ．１．１１００Ｂ．１．１０１０ Ｃ．１．０１０１Ｄ．１．１０００ 10.一个512KB的存储器,地址线和数据线的总和是（C ）。 A．17 B．19C．27D．36 11.某计算机字长是16位它的存储容量是64KB,按字编址,它们寻址范围是（C ）。 A．64K B．32KB C．32K D．16KB 12.某一RAM芯片其容量为512*8位,除电源和接地端外该芯片引线的最少数目是（C ）。 A.21 B.17 C.19 D.20 12.计算机内存储器可以采用（A）。 A.RAM和ROM B.只有ROM C.只有RAM D.RAM和SAM 13.单地址指令中为了完成两个数的算术操作，除地址码指明的一个操作数外，另一个数常需采用( C) 。 A.堆栈寻址方式 B.立即寻址方式 C.隐含寻址方式 D.间接寻址方式 14.零地址运算指令在指令格式中不给出操作数地址，因此它的操作数来自(B)。 A.立即数和栈顶 B.栈顶和次栈顶 C.暂存器和栈顶 D.寄存器和内存单元 15.指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是( C)。 A.实现存储程序和程序控制 B.可以直接访问外存 C.缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性 D.提供扩展操作码的可能并降低指令译码难度 16.用于对某个寄存器中操作数的寻址方式称为( C)寻址。 A.直接 B.间接 C.寄存器直接 D.寄存器间接 17.寄存器间接寻址方式中，操作数处在( B )。 A.通用寄存器 B.贮存单元 C.程序计数器 D.堆栈 18.RISC是(A)的简称。 A.精简指令系统计算机 B.大规模集成电路
《计算机组成原理》课程标准 一、课程基本情况 课程名称：计算机组成原理 适用专业：计算机应用专业 课程性质：专业核心课程 计划学时：60学时 二、制定课程标准的依据 本课程教学标准依据中职计算机应用专业的专业教学标准中的人才培养目标和培养规格以及对 计算机组成原理课程教学目标要求而制定，用于指导计算网组成原理课程教学和课程建设。 三、课程性质 本课程是计算机应用专业的一门专业核心课程。本课程通过介绍计算机硬件基本结构、工作原理和分析设计方法等方面的知识，培养学生对计算机的整机概念有较完整清晰的认识，对计算机的硬件结构有深刻的理解和对硬件的分析与设计方法有一定的认识。同时也为学习后续课程打下一定的基础。 四、本课程与前续课程和后续课程的关系 本课程学习和训练之前，学生应已修完如下课程：计算机应用基础、数字电路，而他的后续课 程是计算机系统结构、计算机组成原理。本课程在他的前续课程和后续课程之间起到了纽带的作用。 五、课程的教育目标 1．知识、能力目标 （1）知道《计算机组成原理》这门学科的性质、地位和独立价值； （2）理解计算机系统的运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大组成部件的概念和功能，及以整机的工作原理； （3）理解数值数据的表示方法以及运算器的计算方法，了解非数值数据的表示方法和常用编码； （4）理解运算器、控制器、存储器、以及有关的输入设备和输出设备等各个部件的组成结构和基本功能； （5）掌握基本的定点数的加、减运算和实现的基本逻辑电路框图以及浮点数的表示方法； （6）掌握指令的概念和功能以及指令的各种寻址方式和指令类型； （7）知道存储器层次结构和主存系统的设计方法； （8）掌握CPU的功能及组成； （9）理解几种常见的外围设备的信息交换方式； （10）了解常用的外围设备和使用方法； （11）理解组合逻辑控制器和微程序控制器的基本的设计和分析方法。 2．方法、过程目标 （1）通过本课程的学习，培养学生通过计算机组成原理实验，进一步理解计算机内部的工作原