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计算机组成原理课设报告

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计算机组成原理课程设计报告班级：物联网1301班姓名：石杰元学号：20133717完成时间：2016/1/10一、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：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。

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。

用户可以通过COP2000计算机组成原理实验软件或组成原理实验仪来设计自己的指令集。

模型机的寻址方式分五种：累加器寻址：操作数为累加器A，例如“CPL A”是将累加器A值取反，还有些指令是隐含寻址累加器A，例如“OUT”是将累加器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，例如“ADD A，R0”指令是将寄存器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，例如“MOV A，@R1”指令是将寄存器R1的值做为地址，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。

例如“AND A，40H”指令是将存储器EM中40H单元的数据与累加器A的值做逻辑与运算，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。

例如“SUB A，#10H”是从累加器A中减去立即数10H，结果存入累加器A。

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）COP2000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。

COP2000中的ALU由一片CPLD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。

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（4位乘法具体例子演算的算式）：乘数与被乘数假设为1100（12）与1000（8），结果应该为96（十进制）。

运算图示为：1 1 0 0 被乘数× 1 0 0 0 乘数0 0 0 0 初始部分积＋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 0 0 0＋0 0 0 0 情况同上0 0 0 0 0＋0 0 0 0 情况同上0 0 0 0 0 0＋ 1 1 0 0 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（0） 1 1 0 0 0 0 0 计算完毕，运算结果为01100000（96）相关说明：将R1打入A中，R0存放的为部分积，部分积初值为0，若乘数最低位为1，之后被乘数与部分积通过ALU加和，结果存于R0中。

由于上一步，R1(即被乘数)已在A中，所以直接通过对X2X1X0的控制可实现A的逻辑左移1位。

之后将R2（乘数）打入A中，通过对X2X1X0的控制可实现A的逻辑右移1位。

期间有判断乘数、被乘数是否为0的操作。

（2）无符号除法实例演示（8位被除数，4位除数，具体例子演算的算式）：（86除以10）：商0 初始商1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 除数与被除数1 0 1 0 0 0 0 0 由除数初始化假除数，此处将除数左移4位即可，其他情况需要另外考虑移位数（0）0 1 0 1 0 0 0 0 假除数右移一位，商左移一位0 0 0 0 0 1 1 0 被除数大于假除数，相减产生新的被除数（01）0 0 1 0 1 0 0 0 假除数右移一位，商左移一位并加一0 0 0 0 0 1 1 0 被除数小于假除数（010）0 0 0 1 0 1 0 0 假除数右移一位，商左移一位0 0 0 0 0 1 1 0 被除数小于假除数（0100）0 0 0 0 1 0 1 0 假除数右移一位，商左移一位0 0 0 0 0 1 1 0 被除数小于假除数（01000）0 0 0 0 0 1 0 1 假除数右移一位，商左移一位此时假除数小于除数，算法结束此时商为01000余数为00000110。

算法流程图：退出时，余数存于R0中，商存于R3中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）符号乘法对应于COP2000实验仪的硬件具体分配使用情况如下表所示：表无符号乘法的硬件分配情况表无符号除法的硬件分配情况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（如果针对乘除法设计了两个不同指令集要分别列表）乘、除法共用一个指令集：（2）新的微指令集5．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：汇编语言程序清单：MOV R0,#00H ;部分积初始化为0MOV R1,#0CH ;被乘数12(10)MOV R2,#08H ;乘数8TEST R1,#0FH ;被乘数是否为0JZ OVERLOOP: TEST R2,#0FH ;乘数是否为0JZ OVERTEST R2,#01H ;乘数最低位是否为0JZ NEXTMOV A,R1 ；不为0时，部分积加上被乘数ADD R0,ANEXT: SHL R1 ;被乘数左移1位SHR R2 ;乘数右移1位JMP LOOPOVER: JMP OVER（2）除法4位除法的算法流程图与汇编语言程序清单：算法流程图：汇编语言程序清单：MOV R0,#56H ;被除数MOV R1,#0AH ;除数MOV R2,#0A0H ;假除数MOV R3,#00H ;商TEST R1,#0FHJZ ERROR ;除数为0,出错TEST R0,#0FFHJZ OVER ;被除数为0;以下为得到假除数的过程TEST R2,#08H ;判断除数第3位是否为1JZ C2 ;第3位为0，转去判断第2位JMP L4 ;第3位为1，假除数应该由除数左移4位得到C2: TEST R2,#04H ;判断除数第2位是否为1JZ C1 ; 第2位为0，转去判断第1位JMP L5 ;在第3位为0的前提下，第二位为1，左移5位C1: TEST R2,#02H ; 判断除数第1位是否为1JZ L7 ;若为0，此时只有第0位为1，则应该左移7位JMP L6 ;若第1位为1，则应该左移6位L7: SHL R2L6: SHL R2L5: SHL R2L4: SHL R2SHL R2SHL R2SHL R2 ;以下为计算过程CHU: MOV A , R1CMP R2, AJC OVER ;假除数小于除数MOV A,R2CMP R0,AJC NEXT ;被除数小于假除数SHL R3ADD R3,#01H ;商1MOV A,R2SUB R0,A ;更新被除数SHR R2JMP CHUNEXT: SHL R3SHR R2JMP CHUERROR: M OV R3,#0FFHMOV R0,#0FFHOVER: JMP OVER6．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。

乘法程序运行的过程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。

1.设计指令系统时，发现JC,JZ,JMP所对应的微指令是一样的，经过查询说明手册后发现其实根据机器码的后2位来区分的。

2.本来设计了POP和PUSH两种对栈ST操作的指令，但是之后发现除法中4个寄存器已经够用了，于是删掉了这2条指令。

3.在到机器上运行时，由于本来汇编程序最后一条指令是我设计的OK指令，对应的微程序即为CBFFFF，即为取下一条指令，可是在箱子上运行的时候发现，PC这样会一直动，于是我将原来的OK指令改成了一个JMP OVER语句，即一个死循环，从而保证在实验箱上运行时，PC不动，从而使结果稳定输出。

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计算机组成原理课程设计报告

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《计算机组成原理》课程设计报告目录1.任务书 (1)2.设备清单 (1)3.设计原理及方法 (1)3.1数据格式 (1)3.2指令设计 (1)3.3指令格式 (2)3.4指令系统 (3)3.5设计依据 (3)3.6按微指令的格式参照程序流图 (5)3.7微程序代码清单 (6)3.8实验接线图 (7)3.9机器指令代码清单 (8)3.10化简后的机器指令 (8)4.设计运行结果分析 (12)4.1实验过程 (12)4.2结果分析 (14)5.设计小结 (14)6.设计日志 (15)1．任务描述复杂指令计算机系统设计设计不少于10条指令的指令系统。

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

重点是要包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。

基于TD-CMA计算机组成原理教学实验系统，设计一个复杂计算机整机系统模型机，分析其工作原理。

根据模型机的数据通路以及微程序控制器的工作原理，设计完成以下几条机器指令和相应的微程序，输入程序并运行。

IN R1，00H; 从端口00（IN单元）读入数据送R1LDI R2,0FH;将立即数OFH装入R2AND R1,R2;R1*R2－>R1STA [10H],R1;R1->[[10H]],间接寻址OUT 40H,10H；10H单元的内容在OUT单元显示，直接寻址DEC 12H；12H单元内容减1，直接寻址LOP:BZC EXIT;JMP LOP;EXIT:HLT10H、12H单元内容分别为12H、03H2.设备清单PC机一台，TD-CMA实验系统一套，排线若干。

3.设计原理及方法3.1数据格式模式机规定采用的定点补码表示法表述数据，字长为8位，8位全用来表示数据（最高位不表示符合），数值表示的范围：0≤X≤28-1。

3.2指令设计模型机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。

运算类指令包括三类：算数运算、逻辑运算、移位运算，设计有6类运算指令，分别为：AND、ADD、INC、SUB、OR、RR，所有运算全是单指令，寻址方式采用寄存器直接寻址。

计算机组成原理课程设计报告

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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报告_基本模型机的设计与实现

计算机组成原理课程设计报告_基本模型机的设计与实现

本次课程设计的任务是完成一个基本模型机的设计与实现。

设计经过综合运用了以前所学计算机原理的知识,依照设计要求和指导,实现了一个基本的模型计算机。

本模型机实现的功能有：IN（输入）,OUT（输出），ADD（加法），SUB（减法），STA（存数），JMP（跳转）。

设计进行开始,在了解微程序的基本格式, 及各个字段值的作用后, 按微指令格式参照指令流程图，设计出程序以及微程序，将每条微指令代码化，译成二进制代码表，并将二进制代码转换为联机操作时的十六进制格式文件。

根据机器指令系统要求，设计微程序流程图及确定微地址。

设计的加法和减法中, 被加数和被减数都由调试人员输入, 而加数和减数都从存储器中读取. 最后上机调试，各个功能运行结果正确。

关键词:基本模型机；机器指令；微指令目录1、课程设计题目-----------------------------------------------12、实验设备---------------------------------------------------13、课程设计步骤-----------------------------------------------13.1、所设计计算机的功能和用途------------------------------13.2、指令系统----------------------------------------------23.3、总体结构与数据通路------------------------------------23.4、设计指令执行流程--------------------------------------33.5、微指令代码化------------------------------------------43.6、组装和调试----------------------------------------------54、课程设计总结-----------------------------------------------75、附录-----------------------------------------------------------------------------------8附录1：数据通路图----------------------------------------------------------8 附录2：微程序流程图--------------------------------------------------------9 附录3：实验接线图------------------------------------------------------------10 附录4：实验程序及微程序---------------------------------------------------11 附录5：参考文献（资料）-----------------------------------121、课程设计题目基本模型机的设计与实现2、实验设备TDN—CM++计算机组成原理教学实验系统一台，微机，虚拟软件，排线若干。

计算机组成原理课程设计总结报告

计算机组成原理课程设计总结报告

计算机组成原理课程设计总结报告课设题目：鼠标的制作院系：计算机学院专业：计算机科学与技术班级：xxxx学号：xxxxx姓名：xxxx一.项目介绍与设计目的1.项目介绍运用基本的元器件完成鼠标的制作与调试并可以在计算机上使用。

2.实验目的本实验旨在通过自己做鼠标锻炼考察对计算机组成原理知识的运用与实践二.项目环境要求在整洁的桌面完成，避免零件混乱。

焊枪使用之前先做清洁处理，不用时放在烙铁架上三.电路图及原理分析电路图：原理分析：在光电鼠标内部有一个发光二极管，通过该发光二极管发出的光线，照亮光电鼠标底部表面（这就是为什么鼠标底部总会发光的原因）。

然后将光电鼠标底部表面反射回的一部分光线，经过一组光学透镜传输到一个光感应器件（微成像器）内成像现在，翻过一只发红光的光学鼠标，您都可以看到一个小凹坑，里面有一个小棱镜和一个透镜。

工作时，从棱镜中会发出一束很强的红色光线照射到桌面上，然后通过桌面不同颜色或凹凸点的运动和反射，来判断鼠标的运动当鼠标移动的时候，成像传感器录得连续的图案，然后通过“数字信号理器”(DSP)对每张图片的前后对比分析处理，以判断鼠标移动的方向以及位移，从而得出鼠标x, y方向的移动数值。

再通过SPI传给鼠标的微型控制单元。

鼠标的处理器对这些数值处理之后，传给电脑主机四.项目实现步骤及注意事项1项目实验步骤：首先先焊接电容主芯片、发光二极管、电阻、按钮的焊接数据线的焊接，按G-蓝、A-白、C-橙、D-绿，接法如下图各组件的安装及鼠标外壳的嵌套2.注意事项焊接电路时连续焊接时间不超过三秒清洁电烙铁焊头使用加水湿润，湿度如拧干的毛巾，不用时一定要放在烙铁架上电容具有正负极之分。

靠近白色横条纹的引脚为负极。

对应电路板上涂白色的区域。

电路版上用到的两个电容不是一样容量的，要注意区分，前面图片中用红色边框圈起来的电容是100uf的，另外一个是10uf。

发光二极管也有正负极之分。

接反了灯就不会亮。