计算机组成原理课程设计---校验码生成电路的设计

实验一汉字编码与校验设计实验一、实验目的本实训将帮助同学们巩固对计算机中数据表示方法的理解，要求能设计汉字国标码与区位码之间的转换电路，能批量获取汉字机内码并用点阵形式进行显示。

通过设计16 位数据的海明编解码电路，16 位数据的CRC 并行编解码电路，帮助同学们理解校验码传输过程。

通过校验码流水传输实验帮助大家提前建立流水线的基本概念二、实验原理、内容与步骤实验原理、实验内容参考：1、汉字编码原理1)机内码与区位码区位码转换为十六进制+2020H得到国标码，国标码+8080H得到机内码。

区位码（十六进制）+A0A0H=机内码机内码-A0A0H=区位码（十六进制）2)存储器数据编辑使用实验里附带的十六进制编辑器，在使用ASCII码保存的记事本编辑，记得得到。

2、汉字编码电路设计国标转区位码汉字显示3、海明编码原理与设计1）编码原理若有效消息b1b2b3b4=1011，则先将它分别填入第3，5，6，7位，再分组进行奇偶统计，分别填入校验位P1，P2，P3的值。

这里分组采用偶校验，因此，要保证3组校验位的取值都满足偶校验规则。

各校验码的取值如下：P1=H3⊕H5⊕H7=b1⊕b2⊕b4=1⊕0⊕1=0P2=H3⊕H6⊕H7=b1⊕b3⊕b4=1⊕1⊕1=1P3=H5⊕H6⊕H7=b2⊕b3⊕b4=0⊕1⊕1=0这样就得到了海明码2）分组原理在海明码H1~Hn中，位号数（1，2，3，。

，n）为2的权值的那些位，即1（20），2，4，。

，2r-1位，作为奇偶校验码，并记作P1，P2，P3，。

，P r,余下各位则为有效信息位。

与N=11,k=7,r=4相应海明码可示意为位号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11P i占位P1P2 b1 P3 b2 b3 b4 P4 b5 b6 b7其中，b i均为有效信息。

3）校验位逻辑与电路设计海明编码4、海明解码原理与设计1)检错码原理与作用海明编码在解码过程中，被分作3组校验，每组可产生一个检错消息，3组共3个检错消息便可构成一个指错字，由G3 G2 G1组成，其中G3=P3⊕b2⊕b3⊕b4,G2=P2⊕b1⊕b3⊕b4,G1=P3⊕b1⊕b2⊕b4,3个指错字共表示8种状态，在没有出错的情况下，G3 G2 G1=000.由于在分组时就确定了每组校验位参与校验的组别，所以，指错字能准别地知错错误所在位2)错误逻辑原理与设计当目的部件接收到一-组海明码后,送人电路进行分组并检测，得到检错字信息G,G2G，这组信息通过译码电路译码,给出出错(或无错)的信号,这个信号就是纠错的依据。

课程设计报告课程设计名称：计算机组成原理系：学生姓名：班级：学号：成绩：指导教师：开课时间：2011-2012学年2 学期一、设计题目计算机组成原理课程设计——简单模型机的微程序设计二、主要内容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则；在此基础上设计可以运行一些基本机器指令的微程序的设计三．具体要求1.通过使用作者开发的微程序分析和设计仿真软件，熟悉介绍的为基本模型机而设计的微程序的执行过程。

必须充分理解并正确解释下些问题：（1）微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。

（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。

（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决与其它指令的微指令的微地址冲突。

（4）哪些微指令是执行所有指令都要用到的。

（5）解释一条机器指令的微程序的各条微指令的微地址是否连续？这些微指令的微地址的安排的严重原则是什么？（6）为什么读写一次内存总要用两条微指令完成？（7）机器程序中用到的寄存器是R0，是由机器指令中哪些位决定的？如果要用R1或R2，是否要改写微程序或改写机器指令？如果要，应如何改写？2.在原有5条机器指令的基础上增加实现下述各功能的机器指令，试设计相应的机器指令的格式并改写原来的微程序使其可以运行所有的机器指令。

新增加的机器指令的功能是：求反指令NOT RS，RD ：/(RS) →(RD)与指令AND RD，（addr）：（RD）与（addr）→(RD)异或指令XOR RD，（addr）：（addr）异或（RD）→(RD)或指令OR RD，（addr）：（RD）或（addr）→(RD)减法指令SUB RD，RS ：（RS）减（RD）→(RD)其中的RS、RD可以是R0、R1、R2中的任何一个。

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》教学设计一、该课程应讲授的内容体系1．基本描述【课程中文名称】：计算机组成原理【课程英文名称】：PRINCIPLES OF COMPUTER ORGANIZATION【总学时】：68【讲课学时】：52【实验学时】：16【授课对象】：计算机科学与技术专业、信息安全专业、生物信息技术专业【先修课程】：数字电路设计2．教学定位《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业本科教学中的一门重要技术基础课，在计算机科学与技术专业的教学计划中占有重要地位和作用。

学习本课程旨在使学生掌握计算机硬件各子系统的组成原理及实现技术，建立计算机系统的整体概念，对培养学生设计开发计算机系统的能力有重要作用。

该课程为今后学习计算机体系结构、计算机网络、计算机容错技术、计算机并行处理、计算机分布式处理技术等课程打好基础。

3．知识点与学时分配（ 1 ）第一章计算机系统概论（2.5学时）计算机软硬件概念、计算机系统的层次结构、计算机的基本组成、冯•诺依曼计算机的特点、计算机的硬件框图及工作过程、计算机硬件的主要技术指标和本书结构及学习指南。

（ 2 ）第二章计算机的发展及应用（0.5学时）计算机的产生、发展及在各个不同领域的应用。

（ 3 ）第三章系统总线（3学时）总线的基本概念、总线的分类、总线特性及性能指标、总线结构和总线的判优控制及通信控制。

（ 4 ）第四章存储器（10学时）存储器分类和存储器的层次结构；主存储器（包括半导体存储芯片简介、静态随机存取存储器和动态随机存取存储器、只读存储器、存储器与CPU的连接、存储器的校验、提高访存速度的措施）；高速缓冲存储器（包括Cache的基本结构及工作原理、Cache--主存地址映像、替换算法）；辅助存储器（包括辅助存储器的特点及主要技术指标、磁记录原理和记录方式、磁盘存储器的结构、光盘存储器的存取原理）。

（ 5 ）第五章输入输出系统（8学时）输入输出系统的发展概况及组成、I/O与主机的编址方式、传送方式、联络方式以及设备寻址；外部设备分类及简介、I/O接口的功能及基本组成；程序查询方式的工作原理及程序查询接口电路；程序中断方式的工作原理及程序中断接口电路、中断服务流程；DMA方式的特点、DMA接口电路的功能、组成、类型及DMA 的工作过程。

计算机组成原理课程教案二00九年九月上海建桥学院计算机组成原理课程教案周次 1 第 1 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新上海建桥学院计算机组成原理课程教案周次 1 第 2 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新计算机组成原理课程教案周次 2 第 3 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新上海建桥学院计算机组成原理课程教案周次 2 第 4 次课学时2 教案设计人丁纪凯、范新上海建桥学院计算机组成原理课程教案计算机组成原理课程教案周次 3 第 6 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新民计算机组成原理课程教案周次4 第7 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新计算机组成原理课程教案周次4 第8 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新上海建桥学院计算机组成原理课程教案周次5 第9 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新计算机组成原理课程教案周次 5 第10 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新上 海 建 桥 学 院计算机组成原理课程教案周次 6 第 11 次课 学时 2 教案设计人 丁纪凯、范新上海 建 桥 学 院计算机组成原理 课程教案周次 6 第 12 次课 学时 2 教案设计人 丁纪凯、范新计算机组成原理课程教案周次7 第13 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新计算机组成原理课程教案周次7 第14 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新计算机组成原理课程教案周次8 第15 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新民上海建桥学院计算机组成原理课程教案周次8 第16 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新上海建桥学院计算机组成原理课程教案周次9 第17 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新计算机组成原理课程教案周次9 第18 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新计算机组成原理课程教案周次10 第19 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新上海建桥学院计算机组成原理课程教案周次10 第20 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新上海建桥学院计算机组成原理课程教案周次11 第21 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新计算机组成原理课程教案周次11 第22 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新上海建桥学院计算机组成原理课程教案周次12 第23 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新民计算机组成原理课程教案周次12 第24 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新上海建桥学院计算机组成原理课程教案周次13 第25 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新上海建桥学院计算机组成原理课程教案周次13 第26 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新上 海 建 桥 学院计算机组成原理 课程教案周次 14 第 27 次课 学时 2 教案设计人 丁纪凯、范新上海建桥学院计算机组成原理课程教案计算机组成原理课程教案周次15 第29 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新计算机组成原理课程教案周次15 第30 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新民计算机组成原理课程教案周次16 第31 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新计算机组成原理课程教案周次16 第32 次课学时 2 教案设计人丁纪凯、范新。

《计算机组成原理》教学大纲一、课程概述《计算机组成原理》是计算机科学与技术、电子信息工程等专业的一门重要基础课。

本课程主要介绍计算机的基本组成和工作原理，使学生全面了解计算机硬件体系结构，包括计算机历史发展、指令系统、CPU设计、存储器层次结构、输入输出系统、总线结构等内容。

二、教学目标1.了解计算机硬件的组成和工作原理。

2.理解计算机的历史发展过程，掌握计算机的分类和体系结构。

3.掌握计算机指令系统的设计原则和常见指令的执行过程。

4.熟悉CPU的基本组成和工作原理，能够设计简单的CPU。

5.理解存储器层次结构的原理，熟悉常见的存储器技术。

6.了解输入输出系统的原理和常见的接口技术。

7.掌握计算机总线的分类和工作原理。

三、课程具体内容及教学安排1.计算机硬件体系结构（2周）-计算机硬件的分类和功能-冯·诺依曼计算机体系结构-CISC和RISC指令集架构2.指令系统设计与实现（3周）-指令系统的基本要求-ISA的设计原则-MIPS指令系统设计与实现3.CPU设计与实现（4周）-CPU的基本结构和功能-数据通路和控制器的设计与实现-单周期CPU与多周期CPU的设计比较4.存储器层次结构（3周）-存储器的分类和特点-存储器的层次结构和映射方式- Cache的设计原理和优化策略5.输入输出系统（2周）-输入输出设备的分类和特点-输入输出接口的工作原理与设计-DMA和中断的处理机制6.总线结构（2周）-总线的分类和特点-总线的时序与仲裁机制-PCI和PCIe总线的基本原理四、教学方法1.理论授课：介绍计算机的基本原理和概念。

2.实践操作：通过实验课程，让学生动手操作实际的计算机硬件和软件，加深对计算机组成原理的理解。

3.讨论与研讨：组织学生进行小组讨论和报告汇报，共同探讨计算机组成原理的相关问题。

4.相关案例分析：通过实际案例分析计算机组成原理在实际应用中的作用和影响。

五、教材和参考书教材：参考书：1. 《计算机组成与设计：硬件/软件接口》（原书第4版）（Patterson和Hennessy编著）2. 《计算机组成与体系结构》（英文版）（David A. Patterson和John L. Hennessy编著）3.《计算机组成原理及其实践》（胡伟编著）六、评分方式1.平时成绩：包括出勤情况、作业完成情况和课堂表现等。

计算机组成原理八位原码加减法器电路课程设计是一个重要的课题，它涉及到计算机内部数字运算的实现方式。

在加减法器电路的设计中，我们需要考虑到输入数据的编码方式以及运算的性质。

在这个设计中，我们将使用八位原码进行加减法运算。

首先，我们需要明确输入的数据格式。

原码表示法是一种最直观的数值表示方法，它直接反映了数值的正负和绝对大小。

对于八位二进制原码，它的取值范围是-256到255。

在这个范围内，数值的大小和其对应的二进制表示之间的关系是简单的线性关系。

接下来，我们来看一下加减法器的电路设计。

由于我们需要进行的是加法和减法运算，我们需要使用两个不同的电路模块：加法器和减法器。

对于加法器，我们可以使用异或门和与门组合的方式来实现。

八位二进制数的异或运算具有"无进位"的性质，因此在需要加法运算时，我们可以通过异或门来实现逐位相加。

由于输入的数据是以原码形式给出的，因此在输出端需要进行一次模2取反操作，将加法结果转化为实际的数值大小。

这个过程可以用一个简单的逻辑表达式描述如下：C[7:0] = A[7:0] XOR B[7:0]D[7:0] = 255 - C[7:0]其中，C[7:0]是异或运算的结果，D[7:0]是实际数值大小。

对于减法器，我们同样可以使用异或门和与门来实现。

由于减法运算涉及到负数的情况，我们需要引入进位信号来处理负数减法的溢出问题。

具体的实现方式可以参考加法器的设计，只是在输出端需要进行一次模2加操作，将减法结果转化为实际的数值大小。

在进行电路设计时，我们还需要考虑到一些细节问题，比如输入输出端的延迟问题、电路的稳定性和抗干扰能力等。

这些因素都可能影响到电路的性能和精度。

因此，在进行电路设计时，我们需要充分考虑这些因素，并通过实验和测试来验证我们的设计是否满足要求。

总的来说，八位原码加减法器电路的设计是一个复杂而又重要的任务。

通过这个设计，我们可以更好地理解计算机内部数字运算的实现方式，也可以为更高级的计算机组成原理课程设计打下基础。

计算机组成原理课程设计报告书计算机组成原理课程设计报告书目录一．实验计算机设计11.整机逻辑框图设计12.指令系统的设计23．微操作控制部件的设计54．设计组装实验计算机接线表135．编写调试程序14二．实验计算机的组装14三．实验计算机的调试151.调试前准备152.程序调试过程163.程序调试结果164.出错和故障分析16四．心得体会17五．参考文献17题目研制一台多累加器的计算机一实验计算机设计1.整机逻辑框图设计此模型机是由运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备五大部分组成。

1.运算器又是有299，74LS181完成控制信号功能的算逻部件，暂存器LDR1，LDR2，及三个通用寄存器R0，R1，R2等组成。

2.控制器由程序计数器PC、指令寄存器、地址寄存器、时序电路、控制存储器及相应的译码电路组成。

3.存储器RAM是通过CE和W/R两个微命令来完成数据和程序的的存放功能的。

4输入设备是由置数开关SW控制完成的。

5.输出设备有两位LED数码管和W/R控制完成的LR0LR1LR2寄存器AxBxCxR0-GR1-GR2-G数据总线（D_BUS）ALU-GALUMCNS3S2S1S0暂存器LT1暂存器LT2LDR1LDR2移位寄存器MS1S0G-299输入设备DIJ-G微控器脉冲源及时序指令寄存器LDIR图中所有控制信号LPCPC-G程序计数器LOADLAR地址寄存器存储器6116CEWE输出设备D-GW/RCPU图1整机的逻辑框图图1-1中运算器ALU由U7--U10四片74LS181构成，暂存器1由U3、U4两片74LS273构成，暂存器2由U5、U6两片74LS273构成。

微控器部分控存由U13--U15三片2816构成。

除此之外，CPU的其他部分都由EP1K10集成。

存储器部分由两片6116构成16位存储器，地址总线只有低八位有效，因而其存储空间为00H--FFH。

输出设备由底板上的四个LED数码管及其译码、驱动构成，当D-G和W/R均为低电平时将数据总线的数据送入数码管显示。

“计算机组成原理”中信息校验码的探讨【摘要】本文针对“计算机组成原理”中信息校验码的特点，结合多年从事“计算机组成原理”课程的教学经验，探讨了一种“计算机组成原理”结合实例，使用实例法讲解了信息校验码的难点问题。

【关键词】“计算机组成原理”；实例法；信息校验码0 引言“计算机组成原理”是计算机相关专业的一门核心专业基础课，主要讨论计算机基本的部件构成和组成方式，也包括基本的运算操作原理和单元设计思想、操作方式及其实现，“模拟电子技术”、“数字逻辑”是它的先导课程，它的后继课程如“操作系统”、”编译原理”、“汇编语言程序设计”等，它学好与否直接影响着后继课程的学习，“计算机组成原理”在这些课程之间起着承上启下的作用[1-4]。

学习过程中学生普遍感到“计算机组成原理”课程涉及的内容多、抽象、难度大、难学、难懂，“教师难教，学生怕学”的现象在各高校普遍存在，如何把握课程的主线和重点培养学生的学习兴趣、提高教学效果，是从事本课程教学的教师在不断探讨的问题[1]；结合多年“计算机组成原理”的教学经验，对学生难理解的信息校验问题提出实例教学法。

1 信息校验问题信息校验问题95%的学生对奇偶校验是能正确理解，但是对海明码校验只有50%的学生能正确理解，如何让更多学生顺利理解海明校验码以及其他校验方法，是一直上课教师思考的问题。

结合遇到的一个问题，通过这个问题的解决，可以让同学们更好的理解海明校验码。

1.1 问题的提出问题如下，有1000瓶一模一样的药，其中至多有一瓶是毒药或者没有毒药，任何喝下毒药的生物都会在一星期之后死亡。

现在，有10只小白鼠和一星期的时间，如何检验出哪瓶瓶子里有毒药或者证明没有毒药？1.2 解决问题算法小白鼠喝了药后，有中毒和不中毒2种情况，一个星期后，有死亡和未死亡2种情况，符合二进制的特征。

在二进制中，10位二进制数可以表示的范围为0000000000至1111111111，转换为十进制为0～1023。

《计算机组成原理》课程设计大纲课程名称：计算机组成原理课程设计实验学时：1周/人课程编号：学分：1课程总学时：30 实验周学时：2课程总学分：1适用专业及年级：计算机科学与技术二年级课程负责人：大纲主撰人：XXX编写日期：2003年12月一、实验教学目标与基本要求通过该课程设计的学习，利用先进的EDA设计手段，总结计算机组成原理课程的学习内容，学会QuartusII的使用、层次化设计方法、多路开关，逻辑运算部件，移位器设计、微程序控制的运算器设计、微程序控制的存储器设计、简单计算机的设计，从而巩固课堂知识、深化学习内容、完成教学大纲要求，学好计算机科学与技术专业的专业基础课。

每个同学必须将自己做的内容以PPT的方式进行讲解，同时提交一份纸质的实验报告和电子文档。

二、实验课程内容和学时分配业、科研、生产、其他。

三、考核办法1. 同学们在实验前应该认真准备实验，根据实验讲义和课堂上学到的知识写出实验报告，带到实验现场。

2．QuartusII的使用在本次实验中，学会QuartusII软件的使用，然后利用此系统完成：〈１〉一位全加器设计〈２〉并行八位寄存器设计下载到实验箱上，在实验箱上验证。

评分细则：参加实验： 0.2分完成实验报告： 0.2分完成一位全加器设计： 0.3分完成八位并行寄存器设计：0.3分3．层次化设计方法在本次实验中，学会层次化设计方法，利用该方法完成：〈１〉同步二进制计数器〈２〉多位二进制加法器下载到实验箱上，在实验箱上验证评分细则：参加实验： 0.2分完成实验报告： 0.2分完成同步二进制计数器 0.3分完成多位二进制加法器 0.3分4.复杂模型机设计利用TD-CMA平台，设计一套完整的指令系统，并下载到实验平台进行验证。

评分细则：参加实验： 0.3分完成实验报告： 0.3分完成所要求的复杂模型机设计 0.45分正确进行操作并回答问题 0.45分5.微程序控制器设计设计一个微程序控制器，并能在TD－CMA平台上进行验证。

计算机组成原理教学大纲一、说明（一）课程性质学院平台必修课程，学习者需先修数字电路类课程，具备数字电路的基础知识。

该课程是后续操作系统、编译原理、接口技术等许多计算机专业课程的基础课。

（二）教学目的《计算机组成原理》是计算机科学与工程学院所有专业的专业必修主干课程，通过本课程的学习，使学生理解单处理机系统的组成结构以及各功能部件的组成和工作原理，让学生建立计算机的整机概念，初步具备设计简单计算机系统的能力，并对一些新技术、新产品以及计算机硬件的发展方向有一定的了解，为进一步学习本专业后继课程和进行有关的技术工作打下基础。

（三）教学内容计算机的主要组成部分、各部分的功能以及工作原理，主要内容包括运算方法和运算器、多层次存储体系、指令系统、中央处理器、总线系统、外围设备与输入输出系统等（四）教学时数72学时（五）教学方式课堂教学二、本文第一章计算机系统概论教学要点：本章是学习本门课程的基础。

目的是让学生对计算机的组成有一个全面的概括的了解。

了解硬件和软件的概念、计算机组成和计算机体系结构的不同。

掌握计算机系统的层次结构；准确画出计算机的硬件框图，并能解释其工作的过程；能深刻理解硬件的主要技术指标，并用这些技术指标描述常见硬件的性能。

教学时数：4学时教学内容：第一节计算机的分类（0.5学时）模拟计算机和电子计算机以及它们各自的特点。

第二节计算机的发展简史（1学时）计算机的五代变化、半导体存储器的发展、微处理器的发展、计算机的性能指标。

第三节计算机的硬件（1学时）硬件组成要素、运算器、存储器、控制器、适配器与输入输出设备。

第四节计算机的软件（1学时）软件的组成与分类、软件的发展演变。

第五节计算机系统的层次结构（0.5学时）多级组成的计算机系统、软件与硬件的逻辑等价性。

第二章运算方法和运算器教学要点：讲述数据和文字的表示、数据格式以及不同格式数据的基本运算方法、ALU电路的设计。

目的在于使学生了解计算机的基本运算过程。

课程设计说明书《计算机组成原理》算法实现（五）专业 计算机科学与技术学生夏晶晶 班级 M 计算机101 学号1051401122指导教师花小朋完成日期2013年6月21日目录1 课程设计目的 (2)2 课程设计容与要求 (2)2.1课程设计的容 (2)2.2 课程设计的要求 (2)3 实现方法 (2)3.1 系统目标 (2)3.2 主体设计 (4)3.2.1 主窗体的设计 (4)3.2.2 定点整数真值还原窗体的设计 (6)3.2.3 定点整数单符号位补码加减法 (8)3.2.4 定点整数的原码乘法 (10)3.2.5 浮点数的加减运算 (12)4 设计小结 (13)参考文献 (13)1 课程设计目的本课程设计是在学完本课程教学大纲规定的全部容、完成所有实践环节的基础上，旨在深化学生学习的计算机组成原理课程基本知识，进一步领会计算机组成原理的一些算法，并进行具体实现，提高分析问题、解决问题的综合应用能力。

2 课程设计容与要求2.1课程设计的容计算机组成原理算法实现（五）2.2 课程设计的要求能够实现机器数的真值还原（定点整数）、定点整数的单符号位补码加减运算、定点整数的原码乘法运算和浮点数的加减运算。

3 实现方法3.1 系统目标本程序含有以下几个功能模块，分别能够实现如设计容所设计的功能。

共有5个类，各类之间的关系如图3-1所示：系统流程图：3.2 主体设计3.2.1 主窗体的设计程序菜单需要在输入口令正确后方可使用，若口令输入错误需给出重新输入口令的提示，三次口令输入错误则禁止使用。

登陆算法的流程图：输入密码判断密码计数器减1激活菜单栏隐藏登陆显示欢迎界面弹出错误窗口判断计数器值是否大于零结束开始3.2.2 定点整数真值还原窗体的设计选择主窗体中“机器数的真值还原（定点整数）”时进入下图所示的窗体。

在上面的窗体中按“输入”按扭时，将输入焦点设置为最上面的一个文本框上。

输入一个机器数（如10001000）后，按“原->真值”、“反->真值”、“补->真值”或“移->真值”按扭中的任一个后，将在第二文本框中显示对应操作的结果。

目录1 需求分析 (1)1.1课程设计目的 (1)1.2课程设计内容及要求 (1)1.3TDN-CM++计算机组成原理实验教学系统特点 (2)1.4微指令格式分析 (2)1.5指令译码电路分析 (5)1.6寄存器译码电路分析 (6)1.7时序分析 (7)2 总体设计 (9)2.1数据格式和机器指令描述 (9)2.2机器指令设计 (11)3 详细设计 (16)3.1控制台微程序流程的详细设计 (16)3.2运行微程序流程的详细设计 (19)4 实现阶段 (31)4.1所用模型机数据通路图及引脚接线图 (31)4.2 测试程序及结果 (33)心得体会 (35)参考资料 (36)1 需求分析1.1 课程设计目的本课程设计是计算机科学与技术专业重要的实践性教学环节之一，是在学生学习完《计算机组成原理》课程后进行的一次全面的综合设计。

目的是通过一个完整的8位指令系统结构（ISA）的设计和实现，加深对计算机组成原理课程内容的理解，建立起整机系统的概念，掌握计算机设计的基本方法，培养学生科学的工作作风和分析、解决实际问题的工作能力。

1.2 课程设计内容及要求基于TDN-CM++计算机组成原理实验教学系统，设计和实现一个8位指令系统结构（ISA），通过调试和运行，使设计的计算机系统能够完成指定的功能。

设计过程中要求考虑到以下各方面的问题：（1）指令系统风格（寄存器-寄存器，寄存器-存储器，存储器-存储器）；（2）数据类型（无符号数，有符号数，整型，浮点型）；（3）存储器划分（指令，数据）；（4）寻址方式（立即数寻址，寄存器寻址，直接寻址等）；（5）指令格式（单字节，双字节，多字节）；（6）指令功能类别（算术／逻辑运算，存储器访问，寄存器操作，程序流控制，输入／输出）。

要求学生综合运用计算机组成原理、数字逻辑和汇编语言等相关课程的知识，理解和熟悉计算机系统的组成原理，掌握计算机主要功能部件的工作原理和设计方法，掌握指令系统结构设计的一般方法，掌握并运用微程序设计（Microprogramming）思想，在设计过程中能够发现、分析和解决各种问题，自行设计自己的指令系统结构（ISA）。

一、课程概述《计算机组成原理》是计算机专业的最重要的基础课程之一,主要以信息在计算机内部的加工、处理为主线介绍计算机的结构、工作原理和功能特性；从一台计算机的整体结构出发,介绍计算机硬件系统内部各部件之间的互连、指令系统和指令在计算机中的执行过程；详细介绍组成计算机的各部件的组成原理、逻辑实现和设计方法；为了便于学生对基本概念的理解,培养学生对硬件系统的分析、设计、使用方面的能力,给出一种或者两种有代表性的机型的结构介绍。

本课程的教学目的是使学生掌握计算机的基本组成部件、逻辑功能、工作原理、设计方法和实现技术等的有关基础知识和技术,建立完整、清晰的计算机整机概念。

并使学生具备对计算机系统整机和部件进行分析和设计的能力。

计算机组成原理课程的教学任务环绕机器指令级以及与此密切相关的微操作级和汇编语言级,从计算机硬件到计算机软件以及软硬件的有机结合,从计算机内部工作机制与编程求解问题相结合,从CPU 部件与整机系统两个层次,从逻辑组成、内部工作机制、程序设计等三个方面,通过课堂授课和实验,达到计算机组成原理课程的教学基本目的,并培养本学科的学生在设计、分析和解决大型数字系统的基础理论和基本的实际动手能力,为学习后续课程打下良好的基础。

《大学物理》、《计算机导论》、《电路与电子学》、《数字电路》、《汇编语言程序设计》等课程,是《组成原理》的先修课程。

而《计算机组成原理课程设计》、《操作系统》、《计算机接口技术》、《单片机原理与应用》、《计算机体系结构》、《计算机外部设备》及《计算机网络》等课程是它的后续课程。

二、课程目标1．知道《计算机组成原理》这门学科的性质、地位和独立价值。

知道这门学科的研究范围、分析框架、研究方法、学科发展和未来方向。

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有关基本概念和基本原理。

了解相应的有关新技术和方法。

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和处理方法以及校验码的表示方法。

计算机组成原理课程设计报告集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）南通大学计算机科学与技术学院计算机组成原理课程设计报告书课题名模型计算机的设计与实现班级计123班姓名流星雪雨学号指导教师顾辉日期目录1 设计目的1．融会贯通教材各章的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识，加深计算机工作中“时间-空间”概念的理解，从而清晰地建立计算机的整机概念。

2．学习设计和调试计算机的基本步骤和方法，培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计和调试的实践和经验。

2 设计内容1．根据给定的数据格式和指令系统，设计一台微程序控制的模型计算机。

2．根据设计图，在QUARTUS II环境下仿真调试成功。

3．在调试成功的基础上，整理出设计图纸和相关文件，包括：（1）总框图（数据通路图）；（2）微程序控制器逻辑图；（3）微程序流程图；（4）微程序代码表；（5）设计说明书及工作小结。

3 设计要求（1）对指令系统中的各条指令进行分析，得出所需要的占领周期与操作序列，以便确定各器件的类型和数量；（2）设计总框图草图，进行各逻辑部件之间的互相连接，即初步确定数据通路，使得由指令系统所要求的数据通路都能实现，并满足技术指标的要求；（3）检查全部指令周期的操作序列，确定所需要的控制点和控制信号；（4）检查所设计的数据通路，尽可能降低成本，简化线路，优化性能。

以上过程可以反复进行，以便得到一个较好的方案。

4 数据格式与指令系统4.1 数据格式数据字规定采用定点整数补码表示法，字长8位，其中最高位为符号位，其格式如下：7 6 5 4 3 214.2 指令系统本实验设计使用5条机器指令，其格式与功能说明如下：7 6543210INADDSTAOUTJMPIN指令为单字长（字长为8bits）指令，其功能是将数据开关的8位数据输入到R0寄存器。

ADD指令为双字长指令，第一个字为操作码，第二个字为操作数地址，其功能是将R0寄存器的内容与内存中地址为A的数相加，结果存放在R0寄存器中。