计算机硬件课程设计——基于微程序的复杂模型机设计

课程设计复杂模型机设计一、教学目标本课程旨在让学生掌握复杂模型机设计的基本原理和方法，培养学生的创新意识和实践能力。

具体目标如下：1.知识目标：学生能够理解并掌握复杂模型机的基本概念、组成原理和设计方法。

2.技能目标：学生能够运用所学知识，独立完成复杂模型机的搭建和调试。

3.情感态度价值观目标：学生培养团队合作精神，提高问题解决能力和创新意识。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.复杂模型机的基本概念：介绍复杂模型机的定义、特点和应用领域。

2.复杂模型机的组成原理：讲解复杂模型机的各个组成部分及其功能。

3.复杂模型机的设计方法：介绍复杂模型机的设计原则和方法。

4.复杂模型机的搭建与调试：指导学生进行实际操作，培养学生的动手能力。

三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式：1.讲授法：通过讲解复杂模型机的基本概念、组成原理和设计方法，使学生掌握相关理论知识。

2.讨论法：学生进行小组讨论，培养学生的思考能力和团队合作精神。

3.案例分析法：分析实际案例，使学生更好地理解复杂模型机的应用和设计。

4.实验法：指导学生进行复杂模型机的搭建与调试，提高学生的实践能力。

四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统的学习材料。

2.参考书：提供相关的参考书籍，丰富学生的知识体系。

3.多媒体资料：制作精美的PPT、视频等多媒体资料，提高学生的学习兴趣。

4.实验设备：准备充足的实验设备，确保每个学生都能参与到实验环节中来。

五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用以下评估方式：1.平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，评估其学习态度和理解能力。

2.作业：布置适量的作业，要求学生独立完成，以评估其掌握知识的情况。

3.考试：安排期中考试和期末考试，全面测试学生对课程知识的掌握程度。

基本模型机设计一. 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稍微复杂的模型计算机；2. 为其定义5条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试掌握整机概念二. 设计内容部件实验过程中，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。

三．概要设计为了向RAM中装入程序和数据,检查写入是否正确,并能启动程序执行,还必须设计三个控制台操作微程序.存储器读操作:拨动总清开关CLR后,控制台开关SWB,SWA 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: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,既可转入到第01号“取址”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,其定义如下表3-1读写变化SWB SWA 控制台指令0 0 1 011读内存（KRD）写内存（KWE）启动程序（RP）根据以上要素设计数据通路框图,如图3-1：表3-2 微代码的定义微程序24 23 22 21 20- 19 18 17 16 15 14 13 控制信号S3S2 S1 S0 M CN RD M17 M16 A12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1P4BP uA5 uA4 uA3 uA2 uA1 uA0表3-3 A ，B ，P 字段内容A 字段B 字段 P 字段15 14 13 控制信号12 11 10 控制信号 987控制信号 0 0 0 .0 0 0 0 0 0 0 0 1 LDRI 0 0 1 RS_G 0 0 1 P1 0 1 0 LDDR1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 LDDR2 0 1 1 0 1 1 1 0 0 LDIR 1 0 0 1 0 0 P4 1 0 1 LOAD 1 0 1 ALU_G 1 0 1 11LDAR110 PC_G110 LDPC当拟定“取指令”微指令时，该微指令的判别测试字段为P1测试。

计算机硬件课程设计报告——拓展接口的复杂模型机设计学院：计算机科学与工程学院专业：计算机科学与技术班级：组员1：组员2：起止时间：目录一、实验目的 (3)二、实验内容 (3)三、实验思路 (3)四、实验原理 (3)五、实验步骤 (10)六、实验设计 (11)七、实验心得 (14)一、实验目的经过一系列硬件课程的学习及相关实验后，做一个综合的系统性的设计，这在硬件方面是一个提高，进一步培养实践能力。

二、实验内容搭建一台有拓展接口的8位模型机，指令系统要求有10条以上，其中包括运算类指令、传送类指令、控制转移类指令、输入输出指令、停机指令等。

三、实验思路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。

3、确定总体结构与数据通路：总体结构设计包含确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构，列出各种信息传送路径以及实现这些传送所需要的微命令。

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的执行流程。

根据指令的复杂程度。

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，需要考虑哪些微操作可以安排在同一个微指令中。

5、确定微程序地址：根据后续微地址的形成方法，确定每条微程序地址及分支转移地址。

6、根据微指令格式，将微程序流程中的所有微操作进行二进制代码化，写入到控制存储器中的相应单元中。

7、组装、调试：在总装调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有功能模块工作正常后，才能保证整机的运行正确。

四、实验原理1、指令系统及指令格式（1）数据格式8位。

（2）指令格式：指令系统应包括：算术逻辑运算指令、访存指令、控制转移指令、I/O指令、停机指令。

一般指令格式如下：O P-C O D E（4位）R S（2位）R D（2位）D A T A /A D D R （8位）其中R S 、R D 可以是R 0、R 1、R 2中任一个，它们的代码分别为00、01、10。

复杂模型机设课程设计报告一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握复杂模型机的结构组成及其工作原理；2. 学习并运用模型机的编程方法，实现对简单任务的执行；3. 掌握模型机的调试与优化方法，提高模型机的运行效率。

技能目标：1. 能够运用所学知识设计并搭建简单的复杂模型机；2. 能够运用编程语言对模型机进行编程，实现特定功能；3. 能够分析并解决模型机在运行过程中出现的问题，提高实际操作能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生的团队合作精神，学会在团队中分工合作，共同完成任务；2. 增强学生对工程技术的兴趣，激发创新意识，培养探究精神；3. 引导学生关注科技发展，认识到复杂模型机在现代科技领域的重要地位和价值。

课程性质：本课程为实践性较强的学科课程，旨在通过理论与实践相结合的方式，帮助学生掌握复杂模型机的相关知识。

学生特点：学生处于高年级阶段，具备一定的学科基础和动手能力，对新技术充满好奇，喜欢探究和挑战。

教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，强化实际操作训练，提高学生的综合运用能力。

在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行有效的教学设计和评估。

二、教学内容1. 复杂模型机的基本概念与结构：介绍模型机的定义、分类及其工作原理，重点讲解复杂模型机的结构组成和功能。

教材章节：第一章 模型机概述2. 模型机的编程方法：学习编程语言，掌握模型机的编程技巧，实现基本指令的编写与执行。

教材章节：第二章 编程语言与编程方法3. 模型机的搭建与调试：讲解如何设计并搭建复杂模型机，学会使用调试工具，对模型机进行调试与优化。

教材章节：第三章 模型机的搭建与调试4. 实际案例分析：分析典型复杂模型机的应用案例，让学生了解模型机在现代科技领域的实际应用。

教材章节：第四章 复杂模型机应用案例5. 综合实践：组织学生进行小组合作，设计并搭建一个简单的复杂模型机，实现特定功能，提高学生的实际操作能力。

计算机组成课程设计模型机一、课程目标知识目标：1. 让学生理解模型机的硬件组成，掌握各个组件的基本功能和工作原理。

2. 使学生掌握模型机的指令集，了解不同类型的指令及其执行过程。

3. 帮助学生了解计算机系统的层次结构，理解模型机在计算机体系结构中的作用。

技能目标：1. 培养学生运用模型机进行简单程序设计和调试的能力。

2. 提高学生分析计算机硬件组成和性能优化的能力。

3. 培养学生运用所学知识解决实际问题的能力，如设计简单的模型机程序。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机硬件组成的兴趣，激发他们探索计算机工作原理的欲望。

2. 培养学生的团队合作精神，使他们学会在团队中相互协作、共同解决问题。

3. 增强学生的创新意识，鼓励他们勇于尝试新方法，提高解决问题的能力。

课程性质：本课程为计算机组成原理的实践课程，以模型机为载体，让学生在实际操作中掌握计算机硬件组成和工作原理。

学生特点：学生已具备一定的计算机基础知识和编程能力，对计算机硬件有一定了解，但缺乏实际操作经验。

教学要求：结合学生特点，采用理论与实践相结合的教学方法，注重培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。

将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行后续的教学设计和评估。

二、教学内容1. 硬件组成原理：介绍模型机的CPU、内存、I/O设备等硬件组件，讲解各组件的功能和工作原理。

- 教材章节：第3章 计算机硬件组成- 内容列举：CPU结构、内存分类、I/O设备接口等。

2. 指令集与指令执行：讲解模型机的指令集，包括数据传输、算术运算、控制指令等，分析指令的执行过程。

- 教材章节：第4章 计算机指令系统- 内容列举：指令格式、指令执行、指令周期等。

3. 计算机层次结构与模型机：阐述计算机系统的层次结构，介绍模型机在计算机体系结构中的地位和作用。

- 教材章节：第5章 计算机系统层次结构- 内容列举：层次结构原理、模型机的作用、性能评估等。

4. 程序设计与调试：指导学生使用模型机进行简单的程序设计和调试，培养实际操作能力。

计算机组成原理课程设计一~复杂模型机的设计与实现课程设计2011 年 12 月设计题目 学生姓名学 号 专业班级 指导教师复杂模型机的设计与实现范加林20092697计算机科学与技术09-2郭骏一、课程设计目的与要求设计目的：本课程设计是《计算机组成原理》课程之后开设的实践环节课程。

通过本课程设计，使学生进一步加深对计算机原理系列课程相关内容的理解，掌握CPU设计的基本方法和计算机系统的组成原理，进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；锻炼计算机硬件的设计能力、调试能力；培养严谨的科学实验作风、良好的工程素质及团队协作精神，为今后的工作打下基础。

设计要求：基于计算机组成原理教学实验系统设计并实现一个具有16条机器指令、采用微程序控制器的8位计算机。

并根据设计课题要求，给出模型机的设计方案(包括指令系统和硬件结构)。

画岀所设计计算机的硬件连接图，针对所设计的指令系统编写出相应的微程序。

对所设计的计算机进行安装与调试。

编写测试程序, 对系统进行验证。

编写课程设计报告。

二、指令格式和指令系统(-)指令格式K数据格式模型机规定采用定点补码表示数据，且字长为8位，其格式如下:7 6 5 4 3 2 1 0符号尾数其中第7位为符号位, 数值表7K范是：W X<lo2、指令格式模型机设计四大类指令共16条,其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访问及转移指令和停机指令。

(1)算术逻辑指令设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下:7 6 5 4 3 2 1 0OP-CODE Rs Rd其中，OPCODE为操作码，Rs为源寄存器,Rd为目的寄存器，并规定:Rs 或Rd选定的寄存器00R001R110R211R39条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见7-12-1o⑵访问指令及转移指令模型机设计2条访问指令，即存数(STA)、取数(LDA) , 2条转移指令，即无条件转移(JMP)、结果为零或有进位转移指令（BZC）,指令格式为:其中“00 M”为源码段，2OP-CODE为目的码段（LDA、STA指令使用）。

计算机组成与原理课程设计之复杂模型机设计课程设计课程名称计算机组成原理题目模型机设计与实现专业交通信息工程班级 24020904 姓名黄晖同组人员张雪娜陈佼李媛媛指导教师兰勇20XX 年 12 月 12 日长安大学信息工程学院交通信息工程 1 《计算机组成原理》课程设计任务书一、设计任务：1、基本模型机设计与实现；2、在基本模型机设计的基础上设计一台复杂模型机。

二、功能指标和设计要求：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箱、微机，联机软件等。

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、设计一台简单模型机，要求其指令系统至少要包括五条不同类型指令：如一条输入指令，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；利用设计的模型机设计一个进行两个数求和运算的测试验证程序，验证模型机的功能。

、在的基础上，给基本模型机增加一条加法指令。

但是该加法指令的寻址方式与中的加法指令寻址方式不同。

利用设计的模型机设计一个进行两个数求和运算的测试验证程序，验证模型机的功能。

2. 在任务1的基础上，设计具有不少于10条指令的复杂指令系统模型机。

其中，包含算术逻辑指令、访问内存指令、转移指令、程序控制指令、输入输出指令、停机指等令。

数据的寻址方式要包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。

利用设计的复杂模型机实现两个数的减法运算并判断差得正负，差为正数则输出A，差为负数则输出B，差为零则输出C。

设计该测试验证程序，验证模型机的功能。

3、基本模型机和复杂模型机的CPU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。

三、设计步骤： 1、确定设计目标进行全面深入的模型机设计需求分析，确定所设计计算机的功能和用途。

山东理工大学计算机学院课程设计计算机组成原理班级姓名学号指导教师二○一一年一月十九日课程设计任务书及成绩评定课题名称基于微程序的复杂模型机设计I、题目的目的和要求：经过一系列硬件课程的学习及相关实验之后，做一个综合的系统性设计，这在硬件方面是一个提高，可进一步培养实践能力。

搭建一台8位模型机，指令系统要求有10条以上，其中包括运算类指令、传送类指令、控制转移类指令、输入输出指令、停机指令等。

II、设计进度及完成情况III、主要参考文献及资料学科部主任李业德Ⅵ、成绩评定：设计成绩：（教师填写）指导老师：（签字）二○年月日目录第一章硬件课程设计目的 4 第二章硬件课程设计内容 5 第三章指令系统列表 5 第四章微操作及其流程图 6 第五章验证程序9 第六章微程序列表9 第七章心得体会10第一章硬件课程设计目的经过一系列硬件课程的学习及相关实验之后，做一个综合的系统性设计，这在硬件方面是一个提高，可进一步培养实践能力。

第二章硬件课程设计内容搭建一台8位模型机，指令系统要求有10条以上，其中包括运算类指令、传送类指令、控制转移类指令、输入输出指令、停机指令等。

第三章指令系统列表采用的一般指令格式为：7 3 1第四章微操作及其流程图本指令系统中所有指令及其对应微操作对应如下：IN R0：①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③INPUT→R0。

MOV R0,R1：①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③R0→R1。

IN R0：①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③INPUT→R0。

ADD R0,R1：①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③R0→DR1；④R1→DR2；⑤[DR1]+[DR2]→R1。

MOV R0,2C：①PC→AR，PC+1→PC；②RAM→BUS，BUS→IR；③PC→AR，PC+1→PC；④RAM→BUS，BUS→R0。

南京理工大学硬件课程设计（I）实验报告学院：计算机科学与工程学院专业：计算机科学与技术姓名：姜茜学号：912106840208姓名：付艳荣学号：912106840109一、课程设计目的综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。

经过一系列硬件课程的学习及相关实验后，做一个综合的系统性的设计，这在硬件方面是一个提高，进一步培养实践能力。

二、课程设计要求搭建一台8位模型机，指令系统要求有10条以上，其中包括运算类指令、传送类指令、控制转移类指令、输入输出指令等，并且有各种不同的寻址方式。

数据格式及指令系统1、数据格式模型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为8位，其格式如下：其中第7位为符号位，数值表示范围是：－1≤X＜1。

2、指令格式模型及设计三大类指令共十五条，其中包括运算类指令、控制转移类指令、数据传送类指令。

指令系统应包括：算术逻辑运算指令、访存指令、控制转移指令、I/O指令。

指令格式如下：所有单字节指令（ADD、AND、INC、SUB、OR、RR、HLT 和 MOV）格式如下：其中，OP-CODE 为操作码，RS为源寄存器，RD为目的寄存器，并规定：IN和 OUT 的指令格式为：其中括号中的 1 表示指令的第一字节，2 表示指令的第二字节，OP-CODE 为操作码，RS为源寄存器，RD 为目的寄存器，P 为 I/O 端口号，占用一个字节。

系统设计五种数据寻址方式，即立即、直接、间接、变址和相对寻址。

其中M 为寻址模式，具体见下表，以 R2 做为变址寄存器 RI。

三、课程设计内容1、指令系统列表2、微操作流程图序号 汇编指令OP-CODERS RD P/D 功能1 IN R0,P 0000 / 00 P 从端口P 输入数据到R02 MOV R0，R2 0001 00 10 / 将R0寄存器值移动至R1寄存器3 ADD R1，R0 0010 01 00 / R0+R1值送到R14 SHL R0 0011 / 00 / R0值左移一位5LOAD R0,[R2+5] 0100 00 [R2+15] /将R0的值放到[R2+15]的内存地址空间6 AND R0,R1 0101 00 02 / R0，R1逻辑与送到R17 JMP 0BH 0110 / / / 跳转指令，跳到0BH 处8 OUT P,R0 0111 00 / P 把R0数据输出到端口P9 INC R1 1000 / 01 / R1寄存器值自增110 STORE [40H],R0100100[40H]/将R0的值存入内存的40H 单元3、微程序列表//** Start Of MicroController Data **//$M 00 000001 $M 01 006D42 $M 02 107050 //IN 指令$M 03 106004 $M 04 183001 //MOV 指令$M 06 00B401 //ADD 指令$M 08 002409 $M 09 04B201 //SHL 指令$M 0B 03B201NOPPA-〉AR PC+1-〉ARMEM-〉P<1>P->A RI/O-> R0R0->R2R0-.>ALU -AA+B->R 1A+B->R 1左移一位R0-.AL U-APC->AR PC+1->MEM-.>AL U-A R1->ALU-BR0-.>ALU -AA+B->R1MEM->R0PC->AR PC+1->R1->ALU-P->A RMEM->PCPC->AR PC+1->PR0->I/OA+1->R1MEM->ARR0->MEM$M 0C 002413//LOAD指令$M 0D 00980E$M 0E 006D4F$M 0F 10A020$M 20 04E221$M 21 10B001//AND指令$M 23 002424$M 24 013201$M 25 200626//JMP指令$M 26 105141//OUT指令$M 28 106029$M 29 280401//INC指令$M 2B 06B201//STORE指令$M 2D 006D6E$M 2E 10602F$M 30 006D44$M 31 001606$M 32 001607$M 33 001609$M 34 001410$M 35 001612$M 36 006C14$M 37 006C15$M 38 006D57$M 39 006D5A$M 3A 006D60$M 3B 006D50$M 3C 006D5C$M 3D 006D5E$M 3E 006D68$M 3F 006D6C; //** End Of MicroController Data **// 4、验证程序//***** Start Of Main Memory Data *****// $P 00 00(1)IN R0,P 从端口P输入数据到R0$P 01 00(2)MOV R0，R2 将R0寄存器值移动至R2寄存器$P 02 12(3)ADD R0，R1 R0+R1值送到R1$P 03 21(4)SHL R0 R0值左移一位$P 04 30(5)LOAD [R2+5] ，R0 将[R2+5]的值放到R0的内存地址空间$P 05 40$P 06 0F(6)AND R0,R1 R0，R1逻辑与送到R1$P 07 51(7)JMP 0BH 跳转指令，跳到0BH处$P 08 60$P 09 0B(8)OUT P,R0 把R0数据输出到端口P$P 0B 70$P 0C 47(9)INC R1 R1寄存器值自增1$P 0D 85(10)STORE [40H],R0 将R0的值存入内存的40H单元$P 0E 90$P 0F 40; //***** End Of Main Memory Data *****//四、课程设计总结从最开始做实验，我们就逐渐体会到了硬件课设的魅力所在，首先接线方面稍不留意就会造成打错，所以对我们严谨求实的态度有了新的要求，同时也对计算机这门学科有了新的认识：软件与硬件的统一、程序与电路的融合。

计算机硬件课程设计报告--基于微程序的复杂模型机设计硬件课程设计报告——基于微程序的复杂模型机设计一、实验目的经过一系列硬件课程的学习及相关实验后，做一个综合的系统性的设计，这在硬件方面是一个提高，进一步培养实践能力。

二、实验内容搭建一台8位模型机，指令系统要求有10条以上，其中包括运算类指令、传送类指令、控制转移类指令、输入输出指令、停机指令等。

三、设计思路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。

3.确定总体结构与数据通路：总体结构设计包含确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构，列出各种信息传送路径以及实现这些传送所需要的微命令。

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的执行流程。

根据指令的复杂程度。

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，需要考虑哪些微操作可以安排在同一个微指令中。

5.确定微程序地址：根据后续微地址的形成方法，确定每条微程序地址及分支转移地址。

6.根据微指令格式，将微程序流程中的所有微操作进行二进制代码化，写入到控制存储器中的相应单元中。

7.组装、调试：在总装调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有功能模块工作正常后，才能保证整机的运行正确。

四、指令系统列表指令系统应包括：算术逻辑运算指令、访存指令、控制转移指令、I/O指令、停机指令。

一般指令格式：模型机的指令系统：四、 微操作流程图0POAD JM STORLOAMOV00六、实现程序$P0030 $P0140 $P0201 $P0335 $P0450 $P0511 $P0625 $P0760 $P0861 $P0955 $P0A90 $P0B90 $P0C80$P0D03$P0E70$P0F00$P1080$P1101$P1240$P1300七、微指令$M00018001 $M0101ED82 $M0200C050 $M1301ED85 $M0500E006 $M06009001 $M10019201 $M1101A203 $M0301B404 $M04959A01 $M1201ED87 $M0700E008$M08028201 $M1601A209 $M0901B40A $M0A699A01 $M1531820B $M0B11880C $M0C019801 $M1401ED8D $M0D00D181 $M1901ED8E $M0E009001 $M1701ED8F $M0F00E020 $M20011001 $M1801EDA1 $M2100E022 $M22030201八、截图Read r0Mov r0，r1Read r1Add r0,r1Xor r0,r1Rcl r1Mov 90h,r0Out r003HIn r0 00hOut r0 01hJmp 00h九、心得体会硬件课程设计，从开始做的时候一片迷茫，到通过请教同学和查询书本而一点点的变清晰，再到最后自己做出来感觉很有成就感。

模型机设计一、设计目的：1.掌握整机动态工作过程2.了解微程序控制器的设计，构建指令系统3.组建模型机，编写应用程序进行调试二、设计器材：EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。

三、设计要求：认真预习相关知识和内容，设计指令系统，编写微程序：（1）指令在8条以上（2）寻址方式包括：寄存器寻址、直接寻址、立即数寻址（3）数据由键盘输入（4）由数码管显示数据四、模型机结构：图1 模型机结构框图图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的其它部分都由EP1K10集成（其原理见系统介绍部分）。

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、驱动电路构成，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。

在开关方式下，输入设备由16位电平开关及两个三态传输芯片74LS244构成，当DIJ-G为低电平时将16位开关状态送上数据总线。

在键盘方式或联机方式下，数据可由键盘或串口输入，然后由监控程序直接送上数据总线，因而外加的数据输入电路可以不用。

五、指令编码：表1 微代码表微地址（八进制）微地址（二进制）微代码（十六进制）00 000000 007F8801 000001 005B4202 000010 016FFD06 000110 015FE507 000111 015FE510 001000 005B4A11 001001 005B4C12 001010 014FFB13 001011 007FC114 001100 01CFFC20 010000 005B6522 010010 005B4723 010011 005B4624 010100 007F1525 010101 02F5C127 010111 018FC130 011000 0001C131 011001 0041EA32 011010 0041EC33 011011 0041FC34 011100 0041F335 011101 0041F636 011110 3071F737 011111 3001F940 100000 0379C141 100001 010FC142 100010 011F4145 100101 007F2052 101010 0029EB53 101011 9403C154 101100 0029E055 101101 6003C162 110010 0003C163 110011 0029F565 110101 B803C166 110110 0C03C167 110111 207DF870 111000 000DC171 111001 107DFA72 111010 000DC173 111011 06F3C874 111100 FF73C975 111101 016E10六、微程序本次课程设计我们组选择的第一个程序设计是实现输入一个一位十进制数，将其扩大5倍后以BCD码输出，程序段如表2所示。

计算机硬件课程设计---基于微程序的复杂模型机设计一、实验题目：设计一台有微程序控制的8位模型机，指令系统要求达到10条指令以上。

二、实验目的：（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，构造一台复杂模型计算机，建立一台基本完整的整机。

（2）为其定义至少十条机器指令，并编写相应的微程序，通过联机调试，观察计算机执行指令：从取指令、指令译码、执行指令等过程中数据通路内数据的流动情况，进一步掌握整机概念。

三、实验设备：TDN-CM+教学实验系统一套、PC微机一台四、实验原理与指令设计：（1）实验原理：①数据格式模型机规定数据采用定点整数补码表示，字长为8位，其格式如下：其中，第7位为符号位，数值表示范围是－27 ≤X≤27－1②机器指令格式单字节指令寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：双字节指令采用直接寻址，其格式如下其中，OP－CODE为操作码，RS为源寄存器，RD为目标寄存器，并规定：③微指令格式：其中，A、B、C三个字段的编码方案如下表：WE,A9,A8三个字段编码方案如下：运算器逻辑功能表（2）指令设计：模型机可设计4大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令、访存指令、控制转移指令、I/O指令、停机指令。

我们设计的十条指令及其操作码与指令格式如下所示：指令代码指令格式功能IN Rd 0000 xxRd input->RdMOV Rs,Rd 0001 RsRd Rs->RdMOV Rd,X 0010 xxRd X X->RdLOAD Rd,X 0011 xxRd X [X]->RdADD Rs,Rd 0100 RsRd Rs+Rd->RdSUB Rd,X 0101 xxRd X Rd-X->RdJZ X 0110 xxxx X 若ZF=1,X->PC若ZF=0,PC+1->PCJMP X 0111 xxxx X X->pc OUT Rs 1000 Rsxx Rs->output STOR Rs,X 1001 Rsxx X Rs->[X] 机器指令的微操作流程图如下0 1代码文件名为test.txt，其内容如下：$P0000 ; IN R0$P0112 ; MOV R0,R2$P0221 ; MOV R1,0$P0300$P0438 ; LOAD R0,[50]$P0550$P0641 ; ADD R0,R1$P0752 ; SUB R2,1$P0801$P0960 ; JZ NEXT2$P0A0D$P0B70 ; JMP NEXT1$P0C04$P0D80 ; OUT R0$P0E90$P0F40 ; STOR R1,[40]$M00018001 ;00->01$M0101ED82 ;PC->AR,PC+1$M0200C050 ;RAM->BUS,BUS→IR $M10001001 ;INPUT->R0$M11019201 ;RS->RD$M1201ED83 ;PC->AR,PC+1$M03009001 ;RAM->BUS,BUS->R1$M1301ED84 ;PC->AR,PC+1$M0400A005 ;RAM->BUS,BUS->DR1$M0501B206 ;RS->DR2$M0695EB47 ;DR1+DR2->AR$M07009001 ;RAM->BUS,BUS->RD$M1401A408 ;RS->DR1$M0801B209 ;RD->DR2$M09959B41 ;[DR1]+[DR2]->RD$M1501ED8A ;PC->AR PC+1->PC$M0A00B00B ;RAM->BUS BUS->DR1$M0B01A40C ;RD->DR2$M0C619B41 ;[DR1]-[DR2]->RD$M1601ED8D ;PC->AR PC+1->PC$M0D00D0E0 ;RAM→BUS,BUS→PC,P(3)$M3000D181 ;RAM->BUS BUS->RD$M20018001 ;空操作$M1701ED8E ;PC->AR PC+1->PC$M0E00D181 ;RAM->BUS BUS->PC$M18030201 ;R0->OUTPUT$M1901EDB1 ;PC->AR PC+1->PC$M3100E032 ;RAM->BUS BUS->AR$M32028201 ;RS->BUS BUS->RAM五、实验步骤：（1）按照下图，在实验联接器件。

计算机硬件课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握计算机硬件的基本组成，包括CPU、内存、硬盘、主板等关键部件的功能与工作原理。

2. 使学生了解计算机硬件的发展历程，理解技术进步对硬件性能提升的影响。

3. 帮助学生掌握计算机硬件的性能指标，如CPU主频、内存容量、硬盘速度等。

技能目标：1. 培养学生能够独立组装和拆卸计算机硬件的能力，提高动手实践能力。

2. 使学生具备分析计算机硬件故障的能力，并能提出合理的解决方案。

3. 培养学生运用计算机硬件知识进行简单配置和优化的能力。

情感态度价值观目标：1. 激发学生对计算机硬件的兴趣，培养其探索精神，提高学习积极性。

2. 培养学生具备团队协作意识，学会在组装和维修计算机硬件过程中与他人合作。

3. 增强学生的环保意识，关注电子垃圾处理问题，培养其社会责任感。

课程性质：本课程为实践性较强的学科，要求学生理论联系实际，注重动手操作能力的培养。

学生特点：本课程针对初中年级学生，他们对计算机有一定了解，好奇心强，喜欢动手操作。

教学要求：结合学生特点，课程设计应注重理论与实践相结合，强化动手实践环节，提高学生的实际操作能力。

同时，注重培养学生的学习兴趣，激发其探索精神，使其在掌握知识的同时，提升技能和情感态度价值观。

通过具体的学习成果分解，为后续教学设计和评估提供依据。

二、教学内容1. 计算机硬件基本组成- CPU的构造与工作原理- 内存类型与容量- 硬盘的分类与性能指标- 主板的功能与接口类型2. 计算机硬件发展历程- 计算机硬件的四个发展阶段- 各阶段硬件技术的突破与革新3. 计算机硬件性能指标- CPU主频、核心数、缓存- 内存频率、容量、带宽- 硬盘转速、容量、接口速度- 显卡性能参数解析4. 计算机硬件组装与拆卸- 组装计算机的步骤与方法- 拆卸计算机硬件的注意事项5. 计算机硬件故障分析与维修- 常见硬件故障现象及原因- 故障诊断与处理方法6. 计算机硬件配置与优化- 根据需求选择合适的硬件配置- 硬件性能优化策略教学大纲安排：第一周：计算机硬件基本组成及发展历程第二周：计算机硬件性能指标及硬件组装第三周：计算机硬件拆卸与故障分析与维修第四周：计算机硬件配置与优化教学内容与教材关联性：教学内容与教材紧密关联，按照教材章节顺序进行教学，确保学生能够系统地掌握计算机硬件知识。

基于微程序控制器的模型计算机设计目录1.课程设计的目的 (1)2.课程设计要求 (1)3.课程设计报告内容 (1)1）、系统主要功能 (1)2）、总体设计 (2)3）、微程序控制器 (3)4.汇编语言测试程序 (6)5.机器语言测试程序 (6)6、详细设计原理图 (7)7、机器指令运行波形 (7)9.设计总结及体会 (8)参考文献 (8)1.课程设计的目的：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，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，取得工程设计的实践和经验。

2.课程设计要求：根据给定的数据格式和指令系统，一台微程序控制的8 位模型计算机，并运行能完成一定功能的机器语言程序进行验证。

课程设计完成的内容1) 系统的总体设计，画出模型机数据通路框图；2) 微程序控制器的设计，包括设计所有机器指令的微程序流程图；设计微指令格式（建议采用全水平型微指令），设计微程序代码表（根据微程序流程图和微指令格式来设计）；3) 根据设计的指令格式，将汇编语言源程序手工转换成机器语言源程序4) 画出模型机的原理图；5) 画出模型计算机指令执行波形图3.课程设计报告内容：1）、系统主要功能A、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 2 1 0符号位尾数B、指令格式本设计CPU 指令系统中使用5 条机器指令，其格式与功能说明如下：表1 模型机指令系统及指令编码形式助记符机器指令码Addr地址码功能说明IN 20H “INPUT”中的数据→R0 ADD addr 40H XXH R0+[addr]→R0STA addr 60H XXH R0→[addr]OUT addr 80H XXH [addr]→BUSJMP addr A0H XXH add r→PCIN 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。

计算机组成原理实验报告基本模型机和复杂模型机的设计1.引言2.设计目标本次实验的设计目标是实现一个满足基本要求的计算机模型，了解计算机的基本组成结构和工作原理。

然后我们将设计一个更复杂的模型，通过增加功能模块和优化设计，实现更高级的计算能力和更好的性能。

3.实验方法基本模型机的设计主要包括五个核心模块：输入模块、中央处理器（CPU）、存储器、控制器和输出模块。

我们将使用VHDL语言来实现这些模块，并使用FPGA来实现整个基本模型机。

复杂模型机的设计在基本模型机的基础上进行扩展和优化。

我们将对CPU进行升级，加入多核处理器和并行计算能力，增加存储器容量和传输速率，优化控制器的运行效率。

通过这些优化，我们可以提高复杂模型机的计算性能和运行效率。

4.实验结果4.1基本模型机的实验结果基本模型机的实验结果显示，我们成功实现了输入输出功能，能够将用户的输入数据送入存储器，并通过CPU进行计算后将结果输出。

虽然这个模型的计算能力和性能较低，但是它对于初学者来说是一个良好的实践项目。

4.2复杂模型机的实验结果复杂模型机的实验结果显示，我们成功实现了多核处理器和并行计算的功能，并大幅提升了计算性能和运行效率。

存储器的容量和传输速率的提升也带来了更高的数据处理能力。

控制器的优化使得整个模型机的运行更加稳定和高效。

5.实验总结通过设计和实现基本模型机和复杂模型机，我们加深了对计算机组成原理的理解，并掌握了相关的设计和实践技巧。

实验结果表明，我们的设计能够满足计算机的基本要求，并具有一定的性能和计算能力。

通过进一步优化和扩展，我们可以设计出更高级的计算机模型，满足更多应用需求。

[1]《计算机组成原理》李文新，清华大学出版社，2024年。

计算机组成原理课程设计报告复杂模型机的设计与调试复杂模型机的设计与实现一、课程设计目的本课程设计是《计算机组成原理》课程结束以后开设的大型实践性教学环节。

通过本课程设计，加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识，特别是对微程序控制器的理解，进一步巩固所学的理论知识，并提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；锻炼计算机硬件的设计能力、调试能力；培养严谨的科学实验作风和良好的工程素质，为今后的工作打下基础。

二、实验设备ZY15CompSys12BB计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。

三、设计与调试任务1．按给定的指令格式和指令系统功能要求，用所提供的器件设计一台微程序控制器控制的模型计算机。

2．根据设计图，在通用实验台上进行组装，并调试成功。

四、指令格式模型机设计四大类指令共十六条，其中包括算术逻辑指令、I／O指令、访问存储器及转移指令和停机指令。

(A) 算术逻辑指令设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2D1 D0OP-CODE Rs Rd其中，OP-CODE为操作码，Rs为源寄存器，Rd为目的寄存器，并规定：选中的寄存器（Rs或Rd）R0R1 R2寄存器的编码00 01 10(B) 访存指令及转移指令模型机设计2条访问指令，即存数(STA)、取数(LDA)、2条转移指令，即无条件转移(JMP)、结果为零或有进位转移指令(BZC)。

其格式如下：D7 D6D5 D4 D3 D2D1 D0D7····D0OP-CODE M OP-CODE Rd D其中，OP-CODE为操作码，Rd为目的寄存器，D为位移量(正负均可)，M为寻址方式，其定义如下：寻址方式有效地址说明00 E=D 直接寻址01 E=（D）间接寻址10 E=（R I）+D R I变址寻址11 E=（PC）+D 相对寻址本模型机规定变址寄存器R I指定为寄存器R2。

课程设计报告课题: 复杂模型机设计同组姓名：陈珊（1108030416）徐丽娜（1108030417）宋利英（1108030421）专业班级：计科1104班指导教师：牟琦设计时间： 2013-12-31目录一、课程设计目的和意义 (3)二、复杂模型机的设计与实现内容 (4)1.数据格式 (4)2.指令格式 (4)3.指令系统 (6)三、总体设计 (7)1.设计复杂模型机的监控软件 (8)2.设计微程序流程图 (8)3.转换格式 (9)4.实验接线 (10)5.写微程序和程序 (11)6.运行程序 (12)7.验证 (13)四、系统测试及实验截图 (14)五、总结 (21)一、课程设计目的和意义经过一系列硬件课程如计算机原理的学习及相关实验后，综合应用所学理论知识解决实际设计和应用问题，进行一个综合的系统的实验。

培养实际动手能力，进一步提高硬件设计能力。

培养实事求是和严肃认真的工作态度。

通过设计过程，熟悉和掌握微机系统的硬件设计方法、设计步骤，真正做到理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。

综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。

二、复杂模型机的设计与实现内容1.数据格式模型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为8位，其格式如下：其中第7位为符号位，数值表示范围是：－1≤X＜1。

2.指令格式模型机设计四大类指令共十六条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、存数指令、取数指令、转移指令和停机指令。

⑴算术逻辑指令设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：7 6 5 4 3 2 1 0其中，OP-CODE为操作码，RS为源寄存器，RD为目的寄存器。

⑵访问指令及转移指令模型机设计2条访问指令：即存数STA、取数LDA；2条转移指令：即无条件转移JMP、有进位转移指令BZC。

指令格式为：7 6 5 4 3 2 1 0其中，OP-CODE 为操作码，RD为目的寄存器地址（LDA、STA 指令使用）。

基于微程序控制模型机的设计与实现本文实现了基于微程序控制的带移位运算的模型机，主要由运算模块，存储模块，控制模块和辅助模块组成，本系统主要完成加法、循环移位、跳转、输入、输出、读写存储器的微程序设计，以及双字和单字指令的读写功能。

该设计便于对指令流和数据流的动态变化的理解，对学生巩固计算机组成原理理论的理解，整机各个组成部分如何协同工作具有积极的作用，对开拓自主实验和学习移位运算具有重要的实践意义。

标签：模型机；微程序控制；移位运算；微指令Abstract：In this paper，it implements the model machine with shift-operation based on microprogramming.It mainly composes ofarithmetic and logic unit（ALU），storage module，controlled unit（CU）and auxiliary module.This system mainly completes the design of microprogrammindcluding the instruction of addition，circulating shift，jump，input，output，reading and writing memory，as well as the function of reading and writing single-byte or double-bytes instruction. Itis good for understanding of the dynamic change of the instruction stream and data flow，the theory of computer constitute principlefor students，how do the components of machine work together. It is of great practical significance to design self-determinationexperiment and study of shift operation.Key words：Model machine；microprogramming；shift operation；microinstruction一、前言计算机系统原理是电子、计算机相关专业的核心课程，该课程旨在培养学生对计算机系统的分析、设计能力，所以其教学质量对本专业学生的培养有着至关重要的作用。