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计算机组成原理课程设计报告班级：：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根本方法并了解指令系统与硬件构造的对应关系；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展设计的验证。
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〕指令系统特点与设计模型机的指令码为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存放器，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位控制位以控制存放器的输入、输出，选择运算器的运算功能，存储器的读写。
指令系统包括以下七类：23〕指令格式该模型机微指令系统的特点〔包括其微指令格式的说明等〕：微指令格式2.计算机中实现乘法和除法的原理〔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〕，即为十进制的9；乘数为0110〔二进制〕，即为十进制的6。
那么，可以通过笔算得到：1001×0110=00110110即十进制运算结果为：9×6=54无符号乘法的实例演示如图1所示：1 0 0 1 ；被乘数× 0 1 1 0 ；乘数0 0 0 0 ；初始值〔零〕＋ 0 0 0 0 〔0〕；乘数最低位为0，局部积加0，被乘数左移一；位，乘数右移一位。
组成原理课程设计实践报告一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握计算机组成原理的基本概念、体系结构及相关技术。
2. 使学生了解并理解计算机硬件各组成部分的功能、工作原理及相互关系。
3. 帮助学生掌握计算机性能评价的指标和方法。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。
2. 提高学生设计和实现简单计算机系统的能力。
3. 培养学生通过查阅资料、开展团队合作等方式自主学习和研究的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对计算机硬件及组成原理的兴趣，培养其探索精神。
2. 培养学生严谨的科学态度和良好的学习习惯，提高其自主学习能力。
3. 引导学生关注计算机技术发展对社会的影响，增强其社会责任感和使命感。
课程性质：本课程为计算机科学与技术专业核心课程，以理论教学和实践操作相结合的方式进行。
学生特点：学生已具备一定的计算机基础知识，具有较强的逻辑思维能力和动手操作能力。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，通过实例分析、课堂讨论、实验操作等多种教学手段，提高学生的知识水平和实践能力。
同时，关注学生的情感态度价值观培养，引导他们形成正确的价值观和积极的学习态度。
课程目标分解为具体学习成果，以便于后续教学设计和评估。
二、教学内容根据课程目标，教学内容主要包括以下几部分：1. 计算机硬件基本组成及工作原理- 硬件系统概述- 中央处理器（CPU）组成与工作原理- 存储器层次结构与工作原理- 输入输出系统2. 计算机体系结构- 体系结构基本概念- 冯·诺依曼体系结构- 总线与接口技术3. 计算机性能评价与优化- 性能指标及评价方法- 性能优化策略- 典型计算机系统性能分析4. 实践环节- 计算机硬件组成与组装- 汇编语言程序设计- 简单计算机系统设计与实现教学内容按照以下进度安排：1. 第1-4周：计算机硬件基本组成及工作原理2. 第5-8周：计算机体系结构3. 第9-12周：计算机性能评价与优化4. 第13-16周：实践环节教材章节及内容对应如下：1. 第1章 计算机硬件基本组成2. 第2章 中央处理器3. 第3章 存储器层次结构4. 第4章 输入输出系统5. 第5章 计算机体系结构6. 第6章 总线与接口技术7. 第7章 计算机性能评价与优化8. 第8章 实践环节教学内容确保科学性和系统性，注重理论与实践相结合，使学生能够全面掌握计算机组成原理知识，并提高实际操作能力。
一、实习目的本次实习旨在通过实际操作，加深对计算机组成原理理论知识的理解，提高动手实践能力。
通过实习，使学生熟悉计算机系统的基本组成，了解计算机各部件的功能和相互关系，掌握计算机组成原理的基本实验方法和技能。
二、实习内容1. 计算机系统组成结构实验（1）实验目的：了解计算机系统的基本组成，熟悉各部件的功能和相互关系。
（2）实验内容：观察计算机硬件组成，包括主板、CPU、内存、硬盘、显卡等，了解各部件的功能和作用。
（3）实验步骤：1）观察计算机硬件组成，了解各部件的名称和功能。
2）了解主板、CPU、内存、硬盘、显卡等部件之间的连接关系。
3）分析计算机系统的工作原理。
2. 计算机组成原理实验（1）实验目的：加深对计算机组成原理理论知识的理解，提高动手实践能力。
（2）实验内容：1）静态随机存储器（RAM）实验：学习静态RAM的存储方式，并执行写数据和读数据的操作。
2）指令系统实验：掌握机器指令的编写与执行过程，了解算术运算指令、逻辑运算指令、标志位的作用等。
3）微程序控制器实验：了解微程序设计的方法，掌握微程序控制器的工作原理。
4）流水线CPU实验：理解流水CPU的工作原理，掌握流水线的基本概念和性能分析。
（3）实验步骤：1）按照实验指导书的要求，连接实验电路。
2）进行静态RAM的读写操作，观察实验结果。
3）编写汇编语言程序，执行算术运算、逻辑运算等指令，观察标志位的变化。
4）设计微程序控制器，实现简单指令的执行。
5）分析流水线CPU的时空图，计算吞吐率和加速比。
3. 计算机组成原理综合实验（1）实验目的：综合运用计算机组成原理知识，设计并实现一个简单的计算机系统。
（2）实验内容：1）设计一个简单的计算机系统，包括CPU、内存、输入输出设备等。
2）编写汇编语言程序，实现特定功能。
3）实现系统的输入输出操作。
（3）实验步骤：1）根据实验要求，设计计算机系统的硬件结构。
2）编写汇编语言程序，实现系统功能。
计算机组成原理课程设计实验报告目录一、程序设计 (1)1、程序设计目的 (1)2、程序设计基本原理 (1)二、课程设计任务及分析 (6)三、设计原理 (7)1、机器指令 (7)2、微程序流程图 (9)3、微指令代码 (10)4、课程设计实现步骤 (11)四、实验设计结果与分析 (15)五、实验设计小结 (15)六、参考文献 (15)一、程序设计1、程序设计目的（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基本模型计算机。
（2使用简单模型机和复杂模型机的部分机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试掌握整机概念。
（3）掌握微程序控制器的组成原理。
（4）掌握微程序的编写、写入，观察微程序的运行。
（5）通过课程设计，使学生将掌握的计算机组成基本理论应用于实践中，在实际操作中加深对计算机各部件的组成和工作原理的理解，掌握微程序计算机中指令和微指令的编码方法，深入理解机器指令在计算机中的运行过程。
2、程序设计基本原理（1）实验模型机结构[1] 运算器单元（ALU UINT）运算器单元由以下部分构成：两片74LS181构成了并－串型8位ALU；两个8位寄存器DR1和DR2为暂存工作寄存器，保存参数或中间运算结果。
ALU的S0～S3为运算控制端，Cn为最低进位输入，M为状态控制端。
ALU的输出通过三态门74LS245连到数据总线上，由ALU-B控制该三态门。
[2] 寄存器堆单元（REG UNIT）该部分由3片8位寄存器R0、R1、R2组成，它们用来保存操作数用中间运算结构等。
三个寄存器的输入输出均以连入数据总线，由LDRi和RS-B根据机器指令进行选通。
[3] 指令寄存器单元（INS UNIT）指令寄存器单元中指令寄存器（IR）构成模型机时用它作为指令译码电路的输入，实现程序的跳转，由LDIR控制其选通。
[4] 时序电路单元（STATE UNIT）用于输出连续或单个方波信号，来控制机器的运行。
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。
本科生课程实习课程题目：基本模型机的设计与实现课程名称计算机组成原理学生姓名黄志龙学生学号201211621111所在专业计算机科学与技术所在班级计科1121指导教师彭小红职称教授成绩目录1设计任务与要求 (2)1.1设计目的 (2)1.2设计内容 (2)1.3设计要求 (2)2.1主要使用芯片 (3)2.2基本原理 (3)3.1程序流程图 (4)3.2接线图 (6)3.3模块功能 (7)4.1测试过程 (8)4.2测试结果 (9)5源程序 (10)6总结 (11)7参考文献 (12)题目1设计任务与要求1.1设计目的综合运用所学过的计算机原理知识，在理解计算机各功能部件工作原理上，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，将微程序控制器模块、运算器模块同存储器模块联机，组成一台基本模型计算机。
用微程序控制器模型机的数据桐庐，通过在够早的模型机上运行机器指令组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，建立机器的整机概念。
1.2设计内容本次课程实习设计了六条机器指令（包括IN、OUT、STA指令）：ADD（相加）、DEC(自减)、SUB(相减)，其指令格式如下：地址码操作码指令0100000000000000IN0100000100010000ADD0100001100100000DEC0100010001000000SUB0100011000110000STA0100100001010000OUTIN为单字长（8位）指令，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一A为地址单元的数相加，结果放在R0。
DEC为单字长指令，其含义是将R0寄存器的内容自减1再存回到R0中。
SUB为双字长指令。
其含义是将R0寄存器的内容与内存中以A为地址单元的数相减，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为地址的内存单元中。
一、课程设计题目简单模型机的微程序设计二、课程设计目的a)计算机的硬件基本组成；b)计算机中机器指令的设计；c)计算机中机器指令的执行过程；d)微程序控制器的工作原理。
e)微指令的格式设计原则；三、问题解决（1）、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。
答：第24-19位称为算逻部件的控制字段；第18位为存储器功能控制字段，第17,16位为选择字段，用于选择外设和内存；第15-13位称为A字段，用于产生各寄存器的数据装入微命令；第12-10位称为B字段，用于控制各寄存器的数据送入总线的微命令；第9-7位称为C字段，用于微指令控制空能；NA字段为第6-1位，用于下条指令地址的计算。
其中算逻部件控制字段，存储器功能控制字段，选择字段，ABC字段均为不译码的，NA字段在C字段为000时不译码，为001,010,011,100时分别进行P(1)-P(4)测试译码，可看为间接译码，是将其与IR字段部分位相或算出下条指令地址。
（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。
答：微程序中的微指令不是顺序执行的，如为P(1) [或者P(2)/ P(3)/ P(4)]测试，则次地址的微地址的4~1位是用次地址字段NA（4~1位）或指令寄存器IR（8~5位）所产生，NA字段的6~5位保持不变；如不是测试的话，那么次地址即为该微指令NA字段所指向的微地址。
当设计的微指令指向下条指令，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释其它指令的微指令的微地址冲突。
答：在微程序中根据机器指令的5~8位进行测试，实现相关分支。
在设计机器指令时需考虑对应的微地址入口，每个机器指令均需对应一个微指令的地址。
