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计算机组成原理课程设计1. 引言计算机组成原理是计算机科学与技术专业中一门重要的基础课程。
通过学习计算机组成原理，可以了解计算机的基本组成结构、工作原理和性能提升方法。
为了更好地掌握和应用所学知识，本文将介绍一项针对计算机组成原理课程的设计任务。
2. 任务描述本次课程设计任务要求设计一个简单的单周期CPU，实现基本的指令执行功能。
具体要求如下：•CPU的指令集包括加载（Load）、存储（Store）和算术逻辑运算（ALU）指令，需要支持整数加法、减法、乘法和除法运算。
•CPU需要具备基本的流水线功能，包括取指（Instruction Fetch）、译码（Decode）、执行（Execute）和写回（Write Back）。
•CPU需要支持基本的寄存器操作，包括寄存器读取（Register Read）和寄存器写入（Register Write）。
•CPU的指令和数据存储器使用单端口RAM，指令和数据的访问都需要经过存储器。
3. 设计思路针对上述需求，我们可以采用以下设计思路：3.1 CPU总体设计•CPU采用单周期结构，即每个指令都在一个时钟周期内完成。
•CPU主要分为指令存储器、数据存储器、寄存器文件和控制逻辑四个部分。
3.2 指令存储器设计•指令存储器采用单端口RAM，每个指令的长度为固定的32位。
•指令存储器需要实现读取指令的功能，每次从内存中读取一个指令。
3.3 数据存储器设计•数据存储器也采用单端口RAM，每个数据的长度为固定的32位。
•数据存储器需要实现读取数据和写入数据的功能，执行指令时需要从存储器中读取数据，计算结果需要写回存储器。
3.4 寄存器文件设计•寄存器文件包含若干个通用寄存器，用于存储指令执行过程中的临时数据。
•寄存器文件需要实现读取寄存器和写入寄存器的功能，执行指令时需要读取和写入寄存器。
3.5 控制逻辑设计•控制逻辑负责根据当前指令的操作码和操作数生成控制信号，控制CPU的工作流程。
东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院计算机组成与结构课程设计指令系统及计数器设计专业名称计算机科学与技术班级学号学生姓名指导教师设计时间2012.12.17~2012.12.26东北大学秦皇岛分校课程设计任务书专业：计算机科学与技术学号：学生姓名：设计题目：一、设计实验条件硬件：PC机软件：Xilinx ISE ModelSim编程语言：VHDL二、设计任务及要求1.6号指令的设计；2.23号指令的设计；3.29号指令的设计；4.42号指令的设计；5.输出寄存器OUT；6. 带异步清零和计数使能的8位二进制计数。
三、设计报告的内容1.设计题目与设计任务题目：1、16位模型机设计－指令系统及计数器设计表1.指令系统设计3、逻辑电路设计：带异步清零和计数使能的8位二进制计数器2.前言1、融会贯通计算机组成原理课程的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各个模块的工作原理及相互联系的认识；2、学习运用VHDL进行FPGA/CPLD设计的基本步骤和方法，熟悉EDA的设计、模拟调试工具的使用，体会FPGA/CPLD技术相对于传统开发技术的优点；3、培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计与组装调试的实践经验。
3.设计主体【系统设计】整机逻辑结构框图图1芯片引脚：图2 cpu逻辑结构框图：图3【设计指令系统】1、指令系统设计1、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。
2、EMWR：程序存储器EM写信号。
3、EMRD：程序存储器EM读信号。
4、PCOE：将程序计数器PC的值送到地址总线ABUS上(MAR)。
5、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。
6、IREN：将程序存储器EM读出的数据打入指令寄存器IR。
7、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。
《计算机组成原理》教案一、教学目标1. 了解计算机硬件系统的组成及功能2. 掌握数据的表示和运算方法3. 理解存储器的层次结构和工作原理4. 掌握中央处理器（CPU）的工作原理和性能指标5. 了解计算机的输入输出系统及其接口技术二、教学内容1. 计算机硬件系统计算机的组成输入输出设备存储器中央处理器（CPU）2. 数据的表示和运算数制转换计算机中的数据类型算术运算逻辑运算3. 存储器层次结构随机存储器（RAM）只读存储器（ROM）硬盘存储器虚拟存储器4. 中央处理器（CPU）CPU的组成和结构指令集和指令系统指令执行过程CPU性能指标5. 输入输出系统输入输出设备I/O接口技术中断和直接内存访问（DMA）总线和接口三、教学方法1. 采用讲授法，讲解基本概念、原理和方法。
2. 结合实例分析，让学生更好地理解计算机组成原理。
3. 使用实验和实训，培养学生的实际操作能力。
4. 开展课堂讨论和小组合作，提高学生的分析和解决问题的能力。
四、教学资源1. 教材：《计算机组成原理》2. 课件：PowerPoint或其他教学软件3. 实验设备：计算机、内存条、硬盘等4. 网络资源：相关在线教程、视频、论文等五、教学评价1. 平时成绩：课堂表现、作业、实验报告等（30%）2. 期中考试：测试计算机组成原理的基本概念、原理和方法（30%）3. 期末考试：综合测试计算机组成原理的知识点和实际应用（40%）六、教学安排1. 课时：共计48课时，每课时45分钟。
第一章：8课时第二章：6课时第三章：10课时第四章：10课时第五章：4课时第六章：6课时第七章：6课时第八章：4课时第九章：4课时第十章：4课时2. 教学方式：讲授、实验、课堂讨论、小组合作等。
七、教学重点与难点1. 教学重点：计算机硬件系统的组成及功能数据的表示和运算方法存储器的层次结构和工作原理中央处理器（CPU）的工作原理和性能指标输入输出系统及其接口技术2. 教学难点：存储器的工作原理中央处理器（CPU）的指令执行过程输入输出系统的接口技术八、教学进度计划1. 第一周：计算机硬件系统概述2. 第二周：数据的表示和运算3. 第三周：存储器层次结构4. 第四周：中央处理器（CPU）5. 第五周：输入输出系统6. 第六周：综合练习与实验九、教学实践活动1. 实验：实验一：计算机硬件组成认识实验二：数据表示与运算实验三：存储器测试实验四：CPU性能测试实验五：输入输出系统实验2. 课堂讨论：讨论话题：计算机硬件技术的未来发展讨论形式：小组合作、课堂分享1. 课程结束后，对教学效果进行自我评估和反思。
《计算机组成原理》教案一、课程简介1.1 课程背景计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门核心课程，旨在帮助学生了解和掌握计算机的基本组成、工作原理和性能优化方法。
通过本课程的学习，学生将能够理解计算机硬件系统的整体结构，掌握各种计算机组件的功能和工作原理，为后续学习操作系统、计算机网络等课程打下基础。
1.2 课程目标（1）了解计算机系统的基本组成和各部分功能；（2）掌握计算机指令系统、中央处理器（CPU）的工作原理；（3）熟悉存储器层次结构、输入输出系统及总线系统；（4）学会分析计算机系统的性能和优化方法。
二、教学内容2.1 计算机系统概述（1）计算机的发展历程；（2）计算机系统的层次结构；（3）计算机系统的硬件和软件组成。
2.2 计算机指令系统（1）指令的分类和格式；（2）寻址方式；（3）指令的执行过程。
2.3 中央处理器（CPU）（1）CPU的结构和功能；（2）流水线技术；（3）多核处理器。
2.4 存储器层次结构（1）存储器概述；（2）随机存取存储器（RAM）；（3）只读存储器（ROM）；（4）缓存（Cache）和虚拟存储器。
2.5 输入输出系统（1）输入输出设备；（2）中断和DMA方式；（3）总线系统。
三、教学方法3.1 讲授法通过讲解、举例、分析等方式，使学生掌握计算机组成原理的基本概念、原理和应用。
3.2 实验法安排实验课程，使学生在实践中了解和验证计算机组成原理的相关知识。
3.3 案例分析法分析实际案例，使学生了解计算机组成原理在实际应用中的作用和意义。
四、教学评价4.1 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况、实验报告等。
4.2 期末考试采用闭卷考试方式，测试学生对计算机组成原理知识的掌握程度。
五、教学资源5.1 教材《计算机组成原理》（唐朔飞著，高等教育出版社）。
5.2 辅助资料包括课件、实验指导书、案例分析资料等。
5.3 网络资源推荐学生访问相关学术网站、论坛，了解计算机组成原理的最新研究动态和应用成果。
计算机组成原理课程设计报告一、引言计算机组成原理是计算机科学与技术专业的重要课程之一，通过学习该课程，我们可以深入了解计算机的硬件组成和工作原理。
本次课程设计旨在通过设计一个简单的计算机系统，加深对计算机组成原理的理解，并实践所学知识。
二、设计目标本次课程设计的目标是设计一个基于冯·诺依曼体系结构的简单计算机系统，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。
通过该设计，我们可以掌握计算机系统的基本组成和工作原理，加深对计算机组成原理的理解。
三、设计方案1. CPU设计1.1 硬件设计CPU由控制单元和算术逻辑单元组成。
控制单元负责指令的解码和执行，算术逻辑单元负责算术和逻辑运算。
1.2 指令设计设计一套简单的指令集，包括算术运算指令、逻辑运算指令、数据传输指令等。
1.3 寄存器设计设计一组通用寄存器，用于存储数据和地址。
2. 存储器设计2.1 主存储器设计一块主存储器，用于存储指令和数据。
2.2 辅助存储器设计一个简单的辅助存储器，用于存储大容量的数据。
3. 输入输出设备设计3.1 键盘输入设备设计一个键盘输入设备，用于接收用户的输入。
3.2 显示器输出设备设计一个显示器输出设备，用于显示计算结果。
四、实施步骤1. CPU实现1.1 根据CPU的硬件设计，搭建电路原型。
1.2 编写控制单元的逻辑电路代码。
1.3 编写算术逻辑单元的逻辑电路代码。
1.4 进行仿真验证，确保电路的正确性。
2. 存储器实现2.1 设计主存储器的存储单元。
2.2 设计辅助存储器的存储单元。
2.3 编写存储器的读写操作代码。
2.4 进行存储器的功能测试，确保读写操作的正确性。
3. 输入输出设备实现3.1 设计键盘输入设备的接口电路。
3.2 设计显示器输出设备的接口电路。
3.3 编写输入输出设备的读写操作代码。
3.4 进行输入输出设备的功能测试，确保读写操作的正确性。
五、实验结果与分析通过对CPU、存储器和输入输出设备的实现，我们成功设计了一个基于冯·诺依曼体系结构的简单计算机系统。
《计算机组成原理》课程设计报告电⼦信息学院实验报告书课程名：《计算机组成原理》题⽬：实验类别【验证】班级：学号：姓名：⽬录第⼀章实训任务概述 (3)1.1实训⽬的 (3)1.2 实训任务 (3)第⼆章设计内容 (4)2.1 指令的执⾏流程 (4)2.1.1“异或”指令 (4)2.1.2读取指令 (5)2.1.3 “ADD”指令 (5)2.2 储存器 (5)2.3 运算器 (5)2.4 硬件系统 (5)2.4.1计算机硬件组成 (5)2.4.2 采⽤门电路设计⼀个8位的全加器电路 (7)2.4.3 定点补码加减法装置逻辑框图 (8)2.5 模型机综合实验 (8)2.5.2 转移实验 (8)第三章图表格式 (9)3.1“异或”指令 (9)3.2 读取指令 (9)3.3“ADD ”指令 (10)3.4 储存器 (10)3.5 设计计算机运算器 (12)3.6 了解计算机硬件系统 (18)3.6.1 8位全加器 (18)3.6.2 定点补码加减法逻辑图 (18)3.7 运算器的逻辑组成及设计模型及综合实验 (19)3.7.1移位/取反实验 (19)3.7.2 转移实验 (21)第四章个⼈总结 (23)4.1 主要结论 ........................................................................................ 错误！未定义书签。
4.2 对实训的认识................................................................................. 错误！未定义书签。
参考⽂献 . (23)致谢 (24)第⼀章课设任务概述1.1课设⽬的通过本周的课设，使我们对计算机组成与体系结构这门课有⼀个更深⼊的了解。
主要要了解计算机的硬件组成、微操作以及储存器中的地址变换等。
计算机组成原理课程设计一、设计背景计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门基础课程，旨在培养学生对计算机硬件组成和工作原理的深刻理解。
通过课程设计，学生可以巩固和应用所学的知识，提高解决实际问题的能力。
二、设计目标本次计算机组成原理课程设计的目标是让学生通过实践，加深对计算机硬件组成和工作原理的理解，培养学生的设计和实现能力。
具体目标包括：1. 设计并实现一个简单的计算机系统，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。
2. 熟悉计算机指令系统的设计与实现，包括指令的编码、解码和执行过程。
3. 学会使用硬件描述语言（如VHDL）进行计算机硬件的设计和仿真。
4. 掌握计算机系统的性能评估方法，包括指令周期、时钟频率等。
三、设计内容本次计算机组成原理课程设计的内容为设计并实现一个简单的基于冯·诺依曼结构的计算机系统。
具体设计内容包括以下几个方面：1. 计算机系统的总体设计根据冯·诺依曼结构的原理，设计计算机系统的总体框架。
包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。
2. 指令系统的设计与实现设计并实现一个简单的指令系统，包括指令的编码、解码和执行过程。
指令集可以包括算术运算、逻辑运算、数据传输等常见指令。
3. 中央处理器（CPU）的设计与实现设计并实现一个简单的中央处理器，包括指令寄存器、程序计数器、算术逻辑单元等。
通过对指令的解码和执行，实现计算机的基本功能。
4. 存储器的设计与实现设计并实现一个简单的存储器模块，包括指令存储器和数据存储器。
通过存储器的读写操作，实现程序的加载和数据的存储。
5. 输入输出设备的设计与实现设计并实现一个简单的输入输出设备，如键盘和显示器。
通过输入输出设备，实现用户与计算机系统的交互。
6. 系统性能评估对设计的计算机系统进行性能评估，包括指令周期、时钟频率等指标的测量和分析。
通过性能评估，优化计算机系统的性能。
四、设计步骤本次计算机组成原理课程设计的步骤如下：1. 确定设计的整体框架和目标，明确设计的内容和要求。
计算机组成原理课程设计报告班级：计算机XX 班姓名：XX 学号：XXX完成时间：2017.1.6一、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．硬件页脚内容1COP2000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该模型机指令系统的特点：COP2000模型机的指令为8位，根据操作的内容，可以有0到2个操作数。
每个操作数支持5种寻址方式，包括累加器A寻址，寄存器R0~R3寻址，寄存器R0~R3间接寻址，内存直接寻址以及立即数寻址。
COP2000模型机指令的最低两位(IR0和IR1)用来寻址R0~R3四个寄存器；IR2和IR3与ELP微控制信号，Cy和Z两个程序状态信号配合，控制PC的置数即程序的转移。
各种转移的条件判断逻辑如下所示：PC 置数逻辑当ELP=1时，不允许PC被预置当ELP=0时当IR3=1时，无论Cy和Z什么状态，PC被预置当IR3=0时若IR2=0，则当Cy=1时PC被预置页脚内容2若IR2=1，则当Z=1时PC被预置本模型机时序控制采用不定长机器周期的同步控制方式，一条指令最多分四个节拍。
系统提供的默认指令系统包括以下7类指令：该模型机微指令系统的特点（包括其微指令格式的说明等）：COP2000 模型机的微指令字长为24 位，全部为操作控制部分，不含顺序控制字段。
计算机组成原理课程设计报告班级：班姓名：学号：完成时间：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，模型机的指令码为8位，根据指令类型的不同，可以有0到2个操作数。
指令码的最低两位用来选择R0-R3寄存器，在微程序控制方式中，用指令码做为微地址来寻址微程序存储器，找到执行该指令的微程序。
而在组合逻辑控制方式中，按时序用指令码产生相应的控制位。
在本模型机中，一条指令最多分四个状态周期，一个状态周期为一个时钟脉冲，每个状态周期产生不同的控制逻辑，实现模型机的各种功能。
东北大学秦皇岛分校计算机组成原理实验报告东北大学秦皇岛分校计算机组成原理实验报告计算机组成与结构实验报告学号：姓名：提交日期：成绩：2143121 陈治炜汇编语言实验报告Computer Organization Lab Reports __________________________________ __________________________________ __________ 班级：__21431__ 姓名：__陈治炜___ 学号：__2143121__ 实验日期：_______ 学院：_计算机与通信工程学院__ 专业：__计算机科学与技术_ 实验顺序：__一__ 原创：___是____ 实验名称：____运算器实验_________实验分数：_______ 考评日期:________ 指导教师：张旭__________________________________ ____________________________________________ 一．实验目的完成算术、逻辑、移位运算实验，熟悉ALU 运算控制位的运用。
__________________________________ __________________________________ __________ 二．实验环境十六位体系结构计算机组成原理试验箱__________________________________ __________________________________ __________ 三．实验原理实验中所用的运算器数据通路如图2-4-1所示。
ALU运算器CPLD描述。
运算器的输出经过2片74LS245三态门与数据总线相连，2个运算寄存器AX、BX的数据输入端分别4个74LS574锁存器锁存，锁存器的输入端与数据总线相连，准双向I/O输入输出端口用来给出参与运算的数据，经2片74LS245三态门与数据总线相连。
计算机组成原理课程设计计算机组成原理课程设计一、课程背景计算机组成原理是一门涉及计算机硬件设计、结构原理及计算机工作原理的课程，通过本课程的学习，学生们可以掌握计算机系统的功能，掌握计算机系统结构及其各部分的功能特征等，为学习计算机学科的其他课程打下基础。
二、课程教学内容1. 计算机组成原理掌握计算机组成原理，以及不同分类方式下的计算机架构。
2. 计算机硬件系统的基础掌握计算机硬件系统的结构和功能，以及计算机硬件系统的技术特征和性能指标。
3. 掌握计算机组成与控制的基本原理掌握计算机组成原理，以及计算机控制的基本原理，包括计算机控制的思维方式和算法。
4. 计算机性能分析掌握计算机性能分析的基本知识，包括性能分析的概念、原理和方法及性能分析的工具等。
5. 计算机组成原理的实际应用通过课程设计，锻炼学生的计算机组成原理的实际应用能力，帮助学生在计算机设计过程中更好地使用计算机组成原理的技术。
三、课程教学安排1. 学习理论在本课程中，首先通过课堂讲解和实验室实习，学习相关理论知识，掌握计算机组成原理的基本概念、结构及性能分析的原理、计算机控制的基本原理及方法等。
2. 课程设计通过课程设计，锻炼学生的计算机组成原理的实际应用能力。
课程设计的内容包括：设计一个计算机系统结构，确定各部分的功能特点和性能指标；分析计算机性能，比较不同设计方案的优劣；分析计算机控制的基本原理，设计一个计算机控制系统；应用计算机组成原理设计一个系统等。
四、课程考核根据本课程实际教学情况，实行期中考试和期末考试相结合的考核制度，比重分别为50%和50%。
期中考试着重考查学生理论知识，期末考试着重考查学生的应用能力，两次考试比重相当，有助于引导学生良好的学习状态。
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。
《计算机组成原理》教案授课学时：72学时《计算机组成原理》教学容：研究讨论单台计算机的完整硬件系统的根本组成原理与部运行机制。
课程性质：计算机科学与技术与相关专业的根底课程。
课程的目的和任务：用层次结构的观点并以信息的加工、处理为主线研究计算机硬件结构与工作原理；使学生掌握计算机硬件系统中各大部件的组成原理、逻辑实现、设计方法与互连构成整机的技术；培养学生对硬件系统的分析、设计、开发、使用和维护方面的能力，建立结实的整机思想。
课程特点：容覆盖面广，根本概念多、抽象，难以建立计算机的整机概念。
教学目标：尽可能清晰而完整地介绍当代计算机系统的性质和特征。
具有挑战性：计算机系统的多样性：价格、体积、性能和应用等。
计算机技术的飞速开展：低层的集成电路计算机和并行组织技术。
课程容的工程性、技术性、实用性都比拟强，因此，在学习计算机组成的原理性知识之外，还应有较多的设计与实验技能训练。
课程的教学根本要求:使学生学懂简单、完整的单台计算机的根本部件和整机系统组成，以与计算机部件连接关系和运行机理，了解计算机系统结构的入门性知识，掌握使用和简单维护计算机系统的根本技能。
教学方法和教学形式建议:本课程采用远程教学和面授辅导相结合的方式开展教学。
远程教学包括要求学生收看电视录像课、网上的流媒体〔IP〕课件、网上教学辅导、实时和非实时答疑等多种教学形式；面授辅导应考虑学生的在职和成人特点和需求，在业余时间进展有针对性的学习指导。
平时作业既是学生自我检验学习水平的一种形式，也是很重要的形成性考核手段，各级电大教学点应配合面授辅导教师督促学生独立完成并与时批改和反应，必要时应要求学生重做。
小组讨论课是在教师引领下对预先布置的主题开展讨论的一种教学活动形式。
这种教学活动能够很好地激发学生的学习兴趣，各级电大教学点应配合面授辅导教师组织实施。
同时，小组讨论课也是一种形成性考核形式，教师应注意把握“引领〞、“提问〞和“点评〞等多个教学指导环节，并依据标准给予每个学生合理的学习评价。
计算机组成原理课程设计
计算机组成原理课程设计
一、课程介绍
本课程主要介绍计算机组成原理，包括计算机的结构，功能，性能，介绍CPU，存储器，总线，输入/输出系统，及这些部件之间的工作关系。
二、课程目标
1. 学生能够认识计算机的概念、主要组成部分及功能。
2. 了解计算机基本工作原理，包括CPU，存储器，总线，输入/输出系统，以及这些部件之间的工作关系。
3. 掌握主要软件技术，包括汇编语言，编译语言，操作系统等。
三、内容安排
本课程包括以下主要内容：
1. 计算机基本概念：计算机的构成，计算机系统和计算机网络。
2. CPU：架构、指令集、运算法则和程序控制。
3. 存储器：存储器的类型、特性和性能。
4. 总线：总线的结构、架构及特点。
5. 输入输出系统：计算机系统的输入输出结构、设备接口、通信协议。
6. 汇编语言程序设计：汇编语言基本语法，程序编写及调试。
7. 编译语言程序设计：编译语言程序设计，程序语言、数据结构、程序编写及调试。
8. 操作系统程序设计：操作系统概念、基本功能结构，虚拟存储器，任务调度，工作管理，系统文件管理等。
四、课程评价
课程主要采用学习报告、小组讨论、实验报告等方式进行评价。
计算机组成原理课程设计报告班级：09计算机04班姓名：学号：完成时间：2012年1月4日星期三一、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。
模型机的指令码为8位，根据指令类型的不同，可以有0到2个操作数。
指令码的最低两位用来选择R0-R3寄存器，在微程序控制方式中，用指令码做为微地址来寻址微程序存储器，找到执行该指令的微程序。
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）。
东北大学计算机组成原理课程设计
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全文结束》》年1月4日星期三
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l COP2000实验仪l PC机2．软件l 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
COP2000模型机的微程序控制器原理，通过综合实验来实现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-R
3、程序计数器P
C、地址寄存器MAR、堆栈寄存器ST、中断向量寄存器I
A、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uP
C、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。
模型机的指令码为8位，根据指令类型的不同，可以有0到2个操作数。
指令码的最低两位用来选择R0-R3寄存器，在微程序控制方式中，用指令码做为微地址来寻址微程序存储器，找到执行该指令的微程序。
而在组合逻辑控制方式中，按时序用指令码产生相应的控制位。
在本模型机中，一条指令最多分四个状态周期，一个状态周期为一个时钟脉冲，每个状态周期产生不同的控制逻辑，实现模型机的各种功能。
模型机有24位控制位以控制寄存器的输入、输出，选择运算器的运算功能，存储器的读写。
模型机的缺省的指令集分几大类：
算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令、数据传输指令、跳转指令、中断返回指令、输入/输出指令。
② 模型机的寻址方式表1 模型机的寻址方式模型机的寻址方式寻址方式说明指令举例指令说明累加器寻址操作数为累加器ACPL A将累加器A的值取反隐含寻址累加器AOUT将累加器A的值输出到输出端口寄存器OUT寄存器寻址参与运算的数据在R0~R3的寄存器中ADD A,R0将寄存器R0的值加上累加器A的值，再存入累加器A中寄存器间接寻址参与运算的数据在存储器EM中，数据的地址在寄存器R0-R3中MOV A,@R1将寄存器R1的值作为地址，把存储器EM中该地址的内容送入累加器A中存储器直接寻址参与运算的数据在存储器EM中，数据的地址为指令的操作数。
AND A,40H将存储器EM中40H单元的数据与累加器A的值作逻辑与运算，结果存入累加器A 立即数寻址参与运算的数据为指令的操作数。
SUB A,#10H从累加器A中减去立即数10H，结果存入累加器A（2）该模型机微指令系统的特点（包括其微指令格式的说明等）：
① 总体概述该模型机的微命令是以直接表示法进行编码的，其特点是操作控制字段中的每一位代表一个微命令。
这种方法的优点是简单直观，其输出直接用于控制。
缺点是微指令字较长，因而使控制存储器容量较大。
② 微指令格式的说明模型机有24位控制位以控制寄存器的输入、输出，选择运算器的运算功能，存储器的读写。
微程序控制器由微程序给出24位控制信号，而微程序的地址又是由指令码
提供的，也就是说24位控制信号是由指令码确定的。
该模型机的微指令的长度为24位，其中微指令中只含有微命令字段，没有微地址字段。
其中微命令字段采用直接按位的表示法，哪位为0，表示选中该微操作，而微程序的地址则由指令码指定。
这24位操作控制信号的功能如表2所示：（按控制信号从左到右的顺序依次说明）表2 微指令控制信号的功能操作控制信号控制信号的说明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μPC。
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。
ELPPC打入允许，与指令寄存器的IR
3、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。
X2X
2、X
1、X0三位组合来译码选择将数据送到DBUS上的寄存器。
X1X0WEN将数据总线DBUS的值打入工作寄存器W中。
AEN将数据总线DBUS的值打入累加器A中。
S2S
2、S
1、S0三位组合决定ALU做何种运算。
S1S0COP2000中有7个寄存器可以向数据总线输出数据, 但在某一特定时刻只能有一个寄存器输出数据、由X2,X1,X0决定那一个寄存器输出数据。
X2 X1 X0输出寄存器0 0 0IN_OE 外部输入门0 01IA_OE 中断向量01 0ST_OE 堆栈寄存器011PC_OE PC寄存器1 0 0D_OE 直通门1 01R_OE 右移门11 0L_OE 左移门111没有输出COP2000中的运算器由一片EPLD实现、有8种运算, 通过S2,S1,S0来选择。
运算数据由寄存器A及寄存器W给出, 运算结果输出到直通门D。
S2 S1 S0功能0 0 0A+W 加0 01A-W 减01 0A|W 或011A&W 与1 0 0A+W+C 带进位加1 01A-W-C 带进位减11 0~A A取反111A 输出A2。
计算机中实现乘法和除法的原理（1）无符号乘法（1）无符号乘法①实例演示（即，列4位乘法具体例子演算的算式）：被乘数为1001（二进制），即为进制的9；乘数为0110（二进制），即为进制的6。
那么，可以通过笔算得到：10000111=即进制运算结果为：87=56 无符号乘法的实例演示如图1所示：1 0 0 0 ；被乘数 0111 ；乘数 0 0 0 0 ；初始值（零）＋1 0 0 0
（1）；乘数最低位为1，部分积加被乘数，被乘数左；移一位，乘数右移一位。
1 0 0 0 ；部分积＋1 0 0 0 （1）；乘数最低位为1，部分积加被乘数，被乘数左；移一位，乘数右移一位。
11 0 0 0 ；部分积＋1 0 0 0 （1）；乘数最低位为1，部分积加被乘数，被乘数左；移一位，乘数右移一位。
111 0 0 0 ；部分积＋ 0 0 0 0 （0）；乘数最低位为0，部分积加0，被乘数左移一；位，乘数右移一位。
（0） 0111 0 0 0 ；计算完毕，结果为即：10000111=图1 无符号乘法实例演示②硬件原理框图：图2 无符号乘法的硬件原理框图在模型机上实现无符号数乘法运算时，采用“加法移位”的重复运算方法。
因此，无符号乘法的算法流程图如图3所示。
（2）无符号除法①实例演示（即，列4位除法具体例子演算的算式）：②硬件原理框图：③算法流程图：3．对应于以上算法如何分配使用COP2000实验仪中的硬件（初步分配，设计完成后再将准确的使用情况填写在此处）4．在COP2000集成开发环境下设计全新的指令/微指令系统设计结果如表所示（可按需要增删表项）（1）新的指令集（设计两个不同指令集要分别列表）助记符机器码1机器码2指令说明（2）新的微指令集助记符状态微地址微程序数据输出数据打入地址输出运算器移位控制mPCPC5．用设计完成的新指令集编写实现无符号二进制乘法、除法功能的汇编语言程序（1）乘法4位乘法的算法流程图与汇编语言程序清单：
（2）除法（选作）4位除法的算法流程图与汇编语言程序清单：6．上述程序的运行情况（跟踪结果）按下表填写描述以上各程序运行情况的内容。
按每个程序一张表进行。
程序运行的过程汇编指令程序地址机器码指令说明微程序PC mPC运行时寄存器或存储器的值7．设计结果说明调试运行程序时是否出现问题，是否有重新调整指令/微指令系统设计的情况出现？请在此做具体说明。
五、本次课程设计的总结体会（不少于200字）主要总结学到的具体知识、方法及设计中的切身体会；包括列出在设计的各个阶段出现的问题及解决方法。
（以上红色字内容为由设计者完成并填写）。
