计算机组成原理课程设计任务书(2015级计科1班)20171230

大连海事大学课程设计报告课程名称：计算机组成原理课程设计成员：刘袁设计时间：2015年8月31日至9月11日考核记录及成绩评定目录一、设计任务与要求 (1)1.1 课程设计背景与目的 (1)1.2 应解决的主要问题及应达到的技术 (1)1.3 基本理论依据 (1)1.3.1 数据格式 (1)1.3.2 指令设计 (1)1.3.3 指令格式 (2)1.3.4指令系统 (4)二、设计方案 (5)三、详细设计 (10)3.1 异或 (10)3.2 寄存器间接寻址实现异或 (14)4.1累加 (16)4.2异或 (17)4.3寄存器间接寻址实现异或运算 (19)五、成员分工及工作情况 (22)附录1 :电路原理图 (23)附录2: 源程序及程序注释 (24)1.累加 (24)2.异或 (27)3.对于IN增加的寄存器间接寻址实现异或运算 (29)附录3: 使用元器件一览表 (33)附录4 ：参考文献 (36)一、设计任务与要求1.1 课程设计背景与目的计算机组成原理课程设计是计算机科学与技术专业的学生在修完计算机组成原理课程之后，必须完成的实验环节。

本课程设计是在完成计算机组成原理分解实验的基础上，来进行模型计算机的整机设计。

通过模型机的设计、组装和调试，建立计算机整机的概念，加深对计算机“时空”概念的理解，掌握设计和调试计算机的基本步骤和方法，提高应用集成电路的基本技能，培养和提高学生独立工作的能力及分析问题和解决问题的能力。

根据此前所学习的有关计算机组成及工作原理的相关知识，利用实验室现有元器件及设备，设计并实现一台模型计算机，并利用实现的指令编程在模型机上运行，对设计工作进行验证。

1.2 应解决的主要问题及应达到的技术①阅读计算机组成的相关资料，考察现有实验器材，给出模型机设计方案。

方案中要以图文结合的方式描述出模型机的整机构成，即该模型机硬件上主要由哪几个部分组成及其互联方式。

②对模型机各个组成部分具体的硬件构成，功能，操作方式进行详细说明，必要时需给出电路图。

华中科技大学计算机学院计算机组成原理课程设计任务书计算机组成原理是计算机专业的核心专业基础课。

课程设计是学完该课程并进行了多个单元实验后，综合利用所学的理论知识，并结合在单元实验中所积累的计算机部件设计和调试方法，设计出一台支持自有指令系统的简单计算机系统。

所设计的系统能在基于EDA的实验平台上运行一段基于自有指令的程序，通过检查程序结果的正确性来判断所设计计算机系统正确性。

课程设计属于设计型实验，不仅锻炼学生简单计算机系统的设计能力，而且通过进行主机系统及底层功能部件电路的设计及实现、系统的故障分析与定位、系统调式等环节的锻炼，进一步提高分析和解决问题的能力。

1．课程设计题目课程设计的主要任务是设计一台简单的计算机系统,并调试通过。

围绕这一主要目标，课程设计的题目可以根据自己的设计内容、实现方式、所设计的计算机系统的结构从下列备选题中选取，也可以自己命题。

1)基于微程序控制器的简单计算机系统设计与实现2)基于硬布线控制器的简单计算机系统设计与实现3)基于微程序控制和硬布线相结合的简单计算机系统设计与实现4)支持流水线的简单计算机系统设计与实现5)基于总线结构的简单计算机系统设计与实现6)基于FPGA的简单计算机系统设计与实现7)支持中断的简单计算机系统设计与实现还可以在上述机器中支持其它功能,如溢出判断功能、浮点运算功能等。

2、简单计算机系统的设计目标计算机系统设计的总体目标是设计模型机系统的总体结构、指令系统和时序信号。

在对该模型机系统中的部件功能利用EDA软件的仿真功能进行仿真分析和功能验证的基础上，将部分电路下载到FPGA，并与适当的外围器件(包括部分芯片、输入/输出开关、LED显示等)相配合，实现模型机的主机系统。

要求所设计的主机系统能支持自动和单步运行方式，能正确地执行存放在主存中程序的功能，对主要的数据流和控制流通过LED适时显示信息。

3．本课程设计的主要技术指标1)支持算术运算、逻辑运算、存储器读写、寄存器间数据传送等几类指令。

计算机组成原理课程设计报告课程设计题目：计算机组成原理专业名称：计算机科学与技术班级： 2013240202关童：201324020217张一轮：201324020218孙吉阳：201324020219张旭：201324020220老师姓名：单博炜2015年12月31日第一章课程设计概述1.1 课程设计的教学目的本课程设计的教学目的是在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，深入掌握数据信息流和控制信息流的流动过程，进一步加深计算机系统各模块间相互关系的认识无条件转移)，其指令格式如表1(前4位是操作码)：表1：IN为单字长(8位)，含义是将数据开关8位数据输入到R0寄存器；ADD为双字长指令，第一字为操作码，第二字为操作数地址，其含义是将R0寄存器的内容与内存中以A为地址单元的数相加，结果放在R0；STA为双字长指令，含义是将R0中的内容存储到以第二字A为地址内存单元中；OUT为双字长指令，含义是将内存中以第二字为地址的数据读到数据总线上，由数码管进行显示；JMP是双字长指令，执行该指令时，程序无条件转移到第二字所指定的内存单元地址。

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，还设计了三个控制台操作微程序：存储器读操作”(KRD):拨动总清开关CLR后，当控制台开关SWB、SWA置为“00”时，按START 微动开关，可对RAM进行连续手动读操作；存储器写操作(KWE)：拨动总清开关CLR后，当控制台开关SWB、SWA置为“01”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，当控制台开关SWB、SWA置为“11”时，按START微动开关，即可转入第01号“取指”微指令，启动程序运行。

这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：表2：C字段：按照数据通路可画出机器指令的微程序流程图如图2所示，当拟定“取值”微指令时，该微指令的判别测试字段为P(1)测试，由于取值指令是所有微程序都是用的公用微程序，因此P(1)测试结果出现多路分支，本机使用指令寄存器的前四位(IR7-IR4)作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定的微地址单元。

计算机组成原理课程设计
计算机组成原理课程设计是计算机科学与技术专业的一门核心课程，其目的是帮助学生更深入地理解计算机的组成原理和工作原理，培养学生分析和设计计算机硬件的能力。

在这个课程设计中，我选择了设计一个简单的单周期CPU。

首先，我会设计CPU的指令集，包括处理器指令的类型、指
令格式、寻址方式等。

然后，根据指令集的要求，设计并实现CPU的控制器，控制指令的执行流程。

接着，我会设计并实
现CPU的数据通路，包括寄存器、ALU、存储器等组件，实
现指令的操作。

在设计过程中，我会遵循计算机组成原理的基本原理和设计原则，如冯·诺伊曼体系结构、指令周期、数据通路和控制单元
的相互协调等。

我会使用硬件描述语言，如VHDL或Verilog，进行设计，通过仿真和验证来测试设计的正确性。

同时，我还会考虑CPU的性能和效率，尽量优化各个部分的设计，以提
高CPU的运行速度和处理能力。

在设计完成后，我还会进行性能测试和功能验证，测试CPU
在不同工作负载下的性能表现，并根据测试结果对设计进行优化。

最后，我会编写报告，详细介绍我的设计思路、实现过程和测试结果，以及可能存在的问题和改进的方向。

通过这个课程设计，我将深入理解计算机组成原理的相关知识，并掌握CPU设计的基本方法和技术。

这对于我今后的学习和
工作都具有重要意义，不仅可以加深我对计算机硬件的理解，
还可以提高我的问题分析和解决能力，为我未来的研究和工作奠定坚实的基础。