计算机组成原理课程设计报告_基本模型机的设计与实现

模型计算机的设计与实现目录1、设计目的 (1)2、设计内容 (2)3、设计要求 (2)4、数据格式与指令系统 (2)4.1 数据格式 (2)4.2指令系统 (3)5、设计原理与电路图 (3)5.1总的逻辑框图： (3)5.2指令的具体分析 (4)6、微程序流程图、代码表 (5)6.1 微程序流程图： (5)6.2微指令分析 (5)7、系统调试情况 (6)8、参考文献 (6)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：4.2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：IN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。

基本模型机的设计与实现实验报告本文将围绕“基本模型机的设计与实现实验报告”进行分析和阐述。

基本模型机的设计与实现是计算机系统课程中的重点内容，是学生理解计算机系统的核心；设计和实现基本模型机需要学生掌握计算机组成原理的基本知识，能够编写汇编语言程序和理解存储器层次结构等相关概念。

一、实验目的本次计算机系统实验的目的是掌握CPU的设计与实现，以及理解汇编语言的底层执行过程。

通过本次实验，学生可以深入了解计算机系统的基本组成部分，从而提高对计算机实现原理的认识和理解。

二、实验中设计与实现模型机的步骤1、确定模型机性能要求根据实验要求，我们需要设计出一个能够运行汇编语言程序的模型机。

此时，我们需要确定模型机的性能需求，如运行速度、存储容量和输入输出设备等方面。

2、设计和实现CPU在模型机中，CPU是核心部件，所以首先需要设计和实现CPU。

CPU需要包括寄存器、算术逻辑单元、控制器和取指令等组成部分。

由于我们使用的是逻辑电路实现，所以需要进行逻辑门设计，采用Verilog语言来实现。

3、设计和实现存储器存储器是CPU所需的重要组成部分之一，我们需要为CPU设计实现一套存储器，包括RAM和ROM两部分，其中RAM用于存储数据，ROM用于存储指令。

4、设计和实现输入输出设备在模型机中，输入输出设备也是必不可少的部分。

我们需要设计并实现一套输入输出设备，用于用户输入指令和数据，以及模型机输出结果。

5、编写汇编程序在完成模型机的设计和实现后，我们需要编写汇编程序来测试模型机的功能是否正常。

我们可以编写一些简单的汇编程序来测试模型机的运行速度和结果准确性。

三、实验结果与分析经过实验，我们成功地设计并实现了一套基本模型机，并编写了一些简单的汇编程序进行测试。

模型机具有较高的运行速度和存储容量，并且可以实现输入输出设备的基本功能。

同时，我们也发现了一些问题，如指令与数据存储的冲突等，需要进一步改进。

在完成实验过程中，我们深刻理解了计算机系统的结构和运作原理，提高了对计算机系统的认识和理解能力。

本科生课程实习学生姓名学生学号所在专业所在班级指导教师职称时间成绩目录一、课程设计题目 (2)二、课程设计使用的实验设备 (2)三、课程设计内容与步骤 (2)1、所设计模型机的功能与用途 (3)2、数据通路图 (4)3、微代码定义 (4)4、微程序流程图 (5)5、微指令二进制代码 (6)6、本课程设计机器指令 (7)7、模型机的调试与实现 (7)(1)接线图 (7)(2)写程序 (8)(3)运行程序 (8)四、总结 (9)参考文献 (9).一、课程设计题目基本模型机设计与实现二、课程设计使用的实验设备TDN-CM计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干三、课程设计内容与步骤不见实验过程中，各部件单元的控制信号是认为模拟产生的，而本次课程实习将能在为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。

本课程设计采用六条机器指令：IN（输入）、AND（与运算）、DEC（自增1）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件跳转），其指令格式如下：其中IN、DEC为单字长，其余为双字长指令，********为addr对应的二进制地址码。

1、所设计模型机的功能与用途本次课程设计设计的模型机包括六条指令，输入、与运算、自增、存数、输出、无条件跳转。

利用此模型机可完成两个数的与运算，一个数从键盘输入，另个数从内存中读取，再将运算结果自增1，把最后结果保存到内存中，并且将运算结果输出2、数据通路图3、微代码定义C字段A字段B字段4、微程序流程图控制程序流程图当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P(1)测试；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，共三路分支。

5、微程序设计完毕后，将每条微指令代码化，将流程图转化为二进制代码表6、本课程设计机器指令7、模型机的调试与实现(1)接线图(2)写程序A、现将机器指令对应的微代码正确写入2816中。

课程设计(论文)任务书软件学院软件（多媒体）专业05级（4）班一、课程设计(论文)题目基本模型机设计与实现二、课程设计(论文)工作自2007 年 6 月 25 日起至 2007 年6 月30日止。

三、课程设计(论文) 地点: 5－301计算机组成原理实验室四、课程设计(论文)内容要求：1．本课程设计的目的（1）使学生掌握系统各功能模块的基本工作原理；（2）培养学生单片机应用系统的设计能力；（3）使学生较熟练地应用电子线路CAD工具完成单片机系统的硬件设计任务；（4）培养学生分析、解决问题的能力；（5）提高学生的科技论文写作能力。

2．课程设计的任务及要求1）基本要求：（1）分析所设计系统中各功能模块的工作原理；（2）选用合适的器件（芯片）；（3）提出系统的设计方案（要有系统电气原理图）；（4）对所设计电路进行调试。

2）创新要求：在基本要求达到后，可进行创新设计，如改善电路性能；对系统进行仿真分析。

3）课程设计论文编写要求（1）要按照书稿的规格打印誊写毕业论文（2）论文包括目录、绪论、正文、小结、参考文献、谢辞、附录等（3）毕业论文装订按学校的统一要求完成4）答辩与评分标准：（1）完成原理分析：20分；（2）完成设计过程：30分；（3）完成调试：20分；（4）回答问题：20分。

（5）格式规范性：10分。

5）参考文献：（1）胡越明.《计算机组成与系统结构》电子工业出版社（2）白中英.《计算机组成原理》科学技术出版社（3）/down/42/2006/20061105264.html6）课程设计进度安排内容天数地点构思及收集资料1图书馆组装与调试4实验室撰写论文2图书馆、实验室学生签名：2007年6 月25 日课程设计(论文)评审意见（1）完成原理分析（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（2）设计分析（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（3）完成调试（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（4）回答问题（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（5）格式规范性（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（6）考勤是否降等级：是（）、否（）评阅人：职称：助教2007 年7 月1日目录一、课设目的及内容 (1)二、设计的原理 (2)三、二进制微代码表设计 (4)四、机器指令程序 (5)五、线路连接图 (6)六、微程序流程及说明 (11)七、心得体会 (12)八、参考文献 (13)一、课设目的及内容目的：(1)掌握部件单元电路，例如，主存储器单元(MAIN MEN),输入设备单元(INPUT DEVICE),输出设备单元(OUTPUT DEVICE),总线单元(BUS UNIT)等。

计算机组成原理课程设计总结报告[优秀范文5篇]第一篇：计算机组成原理课程设计总结报告大庆师范学院计算机组成原理课程设计总结报告设计题目：基本模型机的模拟设计与实现子题目：外部中断控制流水灯、蜂鸣器学生姓名：院别：专业：班级：学号：指导教师:2011 年 7 月 5日大庆师范学院课程设计任务书题目基本模型机的模拟设计与实现主要内容：对基本模型机的设计与实现，能够自己设计机器指令并且能够翻译为微程序，并能将机器指令和微程序分别打入模拟机的内存和控制存储其中，并通过程序调试能将所编写的程序正确运行。

参考资料：《计算机组成原理》唐朔飞著《计算机组成原理》白中英著《计算机组成原理实验指导》完成期限：一周指导教师签名：2011年 7 月5日大庆师范学院本科毕业论文（设计）大庆师范学院本科毕业论文（设计）目录一、设计目标 (1)二、采用设备 (1)三、设计的原理 (1)3.1 单片机..............................................................................1 3.2中断方式...........................................................................2 3.3实现控制LED 和蜂鸣器的原理 (3)四、逻辑电路图 (3)4.1LED小灯原理图..................................................................... 3 4.2扬声器原理图..................................................................... 3 4.3单片机的独立按键原理图 (4)五、程序代码...........................................................................4 5.1C语言的特点及选择...............................................................4 5.2 程序代 (5)六、调试情况 (5)6.1在keil环境下，编写外部中断的程序…………………………………6 6.2软件调试的步骤 (6)七、心得体会 (6)八、参考文献 (7)大庆师范学院本科毕业论文（设计）摘要：本文介绍了在89c51单片机系统中设计外部中断流水灯、蜂鸣器的一种方法。

《计算机组成与结构》课程实习基本模型机的设计与实现系另比信息学院______________班级：______________________________指导教师：刘桃丽_________________基本模型机的设计与实现一、设计要求1、课程设计题目：基本模型机的设计与实现2、分组设计一台基本模型机，并在模型机上运行一个简单的程序。

每组2-3 人，要求各组的指令系统不同。

3、根据设计的图纸，在验台上进行组装，并调试成功。

4、在组装调试成功的基础上，整理出设计图纸和其他文件，包括：（1）总框图（数据通路图）（2）微程序流程图（3）微指令格式（4）微程序代码表（5）调试小结二、课程实习使用的实验设备系统功能：输入两个正整数，计算两正整数之间所有的正整数累加之和。

即是累加求和。

需求分析：本程序包含加法（add）、减法（sub）、自加1（inc）、自减1（dec）条件转移（jc）、无条件转移（jmp）、停机（stp）等机器指令。

其中Inc和dec为单独设计，其他指令为模型机所自带的。

设计模块：微指令设计、机器指令设计。

各模块功能：微指令：定义并执行多个并行操作微命令，包含控制字段、判别测试字段、下地址字段机器指令：包含操作码和操作数，操作码就是指令的动作它会在CPU 上产生相应的硬件动作操作数可以是被加工的数据也可以是数据的地址用于指定操作的对象.输入输出的信号的含义及要求：在R0和R1分别输入待运算是数，R2输入FF 由减法R2=R2-R1 用来控制累加次数.三、课程实习步骤计算机的功能和用途:本程序用来计算两个数的累加求和。

总体结构:数据通路: INSSW BUS控制器 KblJtSQ-諒匚画UiuSlLCHLtfiLRWCT3^LDAR l~CHj TT ARI M 逼jC Z 列 ___ J_1 A 』 LPiARn^UDIMil _LL KL ,LDER(T4*Q Jl-k ALU &US RAI 『：TT ~ , ’—I UMR2(T2)*M3AR2MUX3设计指令执行流程:IARPC ADl>(T21MUM 他I 貯….I IM_C' [NTQIW VRlI'KQ"UWSl”，num •…unn控制信号输出运行微程序01PC A ARPC+1RAM ―►BUSBUS ―►IRIR7~IR40000 0001 1011ADD SUB DEC P11001JC1000JMP1010INC10H 11H 13H 19H 18H 18H M1=0 M1=0 M1=0LDDR1M2=0 LDDR23BH ALU=A+BALU BUS LDER LDDR1M2=0LDDR23AHALU=A-BALU BUSLDER LDERWD微指令信号表:RS BULDDR1 SM2=0 M1=1LDDR2 LDR4P0LDPC38HALU=A-1 M4=0ALU BUS LDR1PC ADDLDPCWRD0FH34HM1=0LDDR1M2=0LDDR219HALU=A+1ALU BUSLDER微指令代码化：四、总结我们小组在这几天完成计算机组成原理课程设计实习的过程中，我们发现，计算机组成原理与我们的专业息息相关，如果我们没能够熟练地掌握计算机原理里面的知识，这对我们以后的软件设计以及创新就会产生很大的局限性。

计算机组成原理课程设计-- 基本模型机设计与实现计算机组成原理课程设计课程设计名称：计算机组成原理设计项目名称：基本模型机设计与实现专业：计算机科学与技术班级：计科115 2014 年 6 月 13 日一、课程设计的教学目的本课程设计的教学目是在掌握计算机系统的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,进一步加深计算机系统各模块间相互关系的认识和整机的概念,在设计实践中提高应用所学专业知识分析问题和解决问题的能力。

学会微程序的设计方法，进一步掌握微程序控制器的工作原理，并体会设计方案的优劣对性能发挥的重要性,培养科学研究的独立工作和创新能力，取得设计与调试的实践经验。

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并将其寄存入以A为间接地址的内存单元，将X与R0.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R0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R0中的内容取反,结果存在R0中.D:将间接地址0CH中直接地址0EH中的内中的内容放入DR2中,将容(03H)放入DR1中, R中. DR1和DR2种的数进行异或运算,结果放在R0 E:将R中的内容存在直接地址为0DH的内存单元中.四、设计原理在部件实验中，我们是人为用二进制开关模拟一些控制信号来完成数据通路的控制。

《计算机组成与结构》课程实习基本模型机的设计与实现系别：信息学院班级：计科1141指导教师：刘桃丽基本模型机的设计与实现一、设计要求1.1、分组设计一台基本模型机，并在模型机上运行一个简单的程序。

每组2-3人，要求各组的指令系统不同。

1.2、根据设计的图纸，在验台上进行组装，并调试成功。

1.3、在组装调试成功的基础上，整理出设计图纸和其他文件，包括：（1）总框图（数据通路图）（2）微程序流程图（3）微指令格式（4）微程序代码表（5）调试小结二、课程实习使用的实验设备2.1 实验设备TEC-9计算机组成原理教学实验系统一台（含74181算术运算器ALU、74374寄存器堆R0、74161程序计数器、74273地址寄存器AR、74273指令寄存器IR 等），排线若干。

2.3 系统需求分析一台计算机所能执行的各种指令集合称为指令系统或指令集。

一台特定的计算机只能执行自己指令系统中的指令。

因此，指令系统就是计算机的机器语言。

指令系统表征着计算机的基本功能和使用属性，它是计算机系统设计中的核心问题。

指令系统的设计主要括指令功能、操作类型的设计，寻址方式和指令格式的设计。

计算机的性能与它所设置的指令系统有很大的关系，指令系统反映了计算机的主要属性，而指令系统的设置又与机器的硬件结构密切相关。

指令是计算机执行某种操作的命令，而指令系统是一台计算机中所有机器指令的集合。

通常性能较好的计算机都设置有功能齐全、通用性强、指令丰富的指令系统，而指令功能的实现需要复杂的硬件结构来支持。

随着社会科技的发展，计算机被应用到各行各业，人们步入自动化、智能化的生活阶段。

本次课程设计课题是基本模型机的设计与实现，它正体现了这一点。

利用CPU与简单模型机来实现计算机组成原理课程及实验中所学到的实验原理和编程思想，硬件设备自拟，编写指令的应用程序，用微程序控制器实现了一系列的指令功能，最终达到将理论与实践相联系。

本次设计完成了各指令的格式以及编码的设计，实现了各机器指令微代码，形成具有一定功能的完整的应用程序。

本科生课程实习学生姓名学生学号所在专业所在班级指导教师职称时间成绩目录一、课程设计题目 (2)二、课程设计使用的实验设备 (2)三、课程设计内容与步骤 (2)1、所设计模型机的功能与用途 (3)2、数据通路图 (4)3、微代码定义 (4)4、微程序流程图 (5)5、微指令二进制代码 (6)6、本课程设计机器指令 (7)7、模型机的调试与实现 (7)(1)接线图 (7)(2)写程序 (8)(3)运行程序 (8)四、总结 (9)参考文献 (9).一、课程设计题目基本模型机设计与实现二、课程设计使用的实验设备TDN-CM计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干三、课程设计内容与步骤不见实验过程中，各部件单元的控制信号是认为模拟产生的，而本次课程实习将能在为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。

本课程设计采用六条机器指令：IN（输入）、AND（与运算）、DEC（自增1）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件跳转），其指令格式如下：其中IN、DEC为单字长，其余为双字长指令，********为addr对应的二进制地址码。

1、所设计模型机的功能与用途本次课程设计设计的模型机包括六条指令，输入、与运算、自增、存数、输出、无条件跳转。

利用此模型机可完成两个数的与运算，一个数从键盘输入，另个数从内存中读取，再将运算结果自增1，把最后结果保存到内存中，并且将运算结果输出2、数据通路图3、微代码定义C字段A字段B字段4、微程序流程图控制程序流程图当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P(1)测试；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，共三路分支。

5、微程序设计完毕后，将每条微指令代码化，将流程图转化为二进制代码表6、本课程设计机器指令7、模型机的调试与实现(1)接线图(2)写程序A、现将机器指令对应的微代码正确写入2816中。

计算机信息工程学院《计算机组成原理》课程设计报告题目：模型机的设计与实现专业：计算机科学与技术（网络方向）班级：15网络1班学号：2015220240134姓名：武希鑫指导教师：徐佳完成日期：2016年12月28日目录一、设计概述 (2)1.1设计目的 (2)二、设计原理及内容 (3)2.1设计基本原理 (3)2.2需执行的机器指令 (3)2.3数据通路图 (4)2.4微指令格式 (5)2.5微程序地址的转移 (5)2.6机器指令的写入、读出和执行 (6)三、设计步骤 (8)3.1编写机器指令 (8)3.2绘制微程序流程图 (8)3.3绘制微指令 (9)3.4连接实验线路 (10)3.5写指令 (10)3.5.1写微指令 (10)3.5.2写机器指令 (11)四、运行结果 (11)参考文献 (12)一、设计概述1.1设计目的随着社会科技的发展，计算机被应用到各行各业，人们步入自动化、智能化的生活阶段。

本次课程设计课题是基本模型机的设计与实现，它正体现了这一点。

利用CPU与简单模型机来实现计算机组成原理课程及实验中所学到的实验原理和编程思想，硬件设备自拟，编写指令的应用程序，用微程序控制器实现了一系列的指令功能，最终达到将理论与实践相联系。

本次设计完成了各指令的格式以及编码的设计，实现了各机器指令微代码，形成具有一定功能的完整的应用程序。

在“微程序控制器的组成与微程序设计实验”的基础上，将第一部分中的各单元组成系统，构造一台基本模型计算机。

1.掌握机器指令与微程序的对应关系。

2.掌握机器指令的执行流程。

3.掌握机器指令的微程序的编制、写入。

4.在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将组成系统，构成一台基本模型计算机。

5.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。

二、设计原理及内容2.1设计基本原理部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，如运算器实验中对74LS－181芯片的控制，存储器实验中对存储器芯片的控制信号，以及几个实验中对输入设备的控制。