计算机组成原理课程设计——模型计算机的设计与实现

基本模型机设计一. 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稍微复杂的模型计算机；2. 为其定义5条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试掌握整机概念二. 设计内容部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实验将能在微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。

三．概要设计为了向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,还必须设计三个控制台操作微程序.存储器读操作:拨动总清开关CLR后,控制台开关SWB,SWA 为”0 0”时,按START微动开关,可对RAM连续手动读操作.存储器写操作:拨动总清开关CLR后,控制台开关SWB SWA置为”0 1”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,控制台开关SWB SWA置为“1 1”时,按START微动开关,既可转入到第01号“取址”微指令,启动程序运行.上述三条控制台指令用两个开关SWB SWA 的状态来设置,其定义如下表3-1读写变化SWB SWA 控制台指令0 0 1 011读内存（KRD）写内存（KWE）启动程序（RP）根据以上要素设计数据通路框图,如图3-1：表3-2 微代码的定义微程序24 23 22 21 20- 19 18 17 16 15 14 13 控制信号S3S2 S1 S0 M CN RD M17 M16 A12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1P4BP uA5 uA4 uA3 uA2 uA1 uA0表3-3 A ，B ，P 字段内容A 字段B 字段 P 字段15 14 13 控制信号12 11 10 控制信号 987控制信号 0 0 0 .0 0 0 0 0 0 0 0 1 LDRI 0 0 1 RS_G 0 0 1 P1 0 1 0 LDDR1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 LDDR2 0 1 1 0 1 1 1 0 0 LDIR 1 0 0 1 0 0 P4 1 0 1 LOAD 1 0 1 ALU_G 1 0 1 11LDAR110 PC_G110 LDPC当拟定“取指令”微指令时，该微指令的判别测试字段为P1测试。

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。

课 程 设 计复杂模型机的设计与实现范加林200926972011 年 12 月设计题目学 号专业班级 学生姓名指导教师计算机科学与技术 09-2郭骏一、课程设计目的与要求设计目的：本课程设计是《计算机组成原理》课程之后开设的实践环节课程。

通过本课程设计，使学生进一步加深对计算机原理系列课程相关内容的理解，掌握CPU设计的基本方法和计算机系统的组成原理，进一步巩固所学的理论知识，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、良好的工程素质及团队协作精神，为今后的工作打下基础。

设计要求：基于计算机组成原理教学实验系统设计并实现一个具有16条机器指令、采用微程序控制器的8位计算机。

并根据设计课题要求，给出模型机的设计方案（包括指令系统和硬件结构）。

画出所设计计算机的硬件连接图，针对所设计的指令系统编写出相应的微程序。

对所设计的计算机进行安装与调试。

编写测试程序，对系统进行验证。

编写课程设计报告。

二、指令格式和指令系统（一）指令格式1、数据格式其中第7位为符号位，数值表示范围是：-1≤X＜1。

2、指令格式模型机设计四大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访问及转移指令和停机指令。

⑴算术逻辑指令设计9Rs为源寄存器，Rd为目的寄存器，并规定：其中，OP-CODE为操作码，⑵访问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），指令格式为：其中“0 0 M ”为源码段，2OP-CODE为目的码段（LDA、STA指令使用）。

D为十六位地址段（低八在前，高八随后），M为源寻址模式，其定义如下：⑶ I/O指令输入（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令，其格式如下：⑷停机指令指令格式如下：HALT指令，用于实现停机操作。

（二）、指令系统本模型机共有16条基本指令，其中算术逻辑指令7条，访问内存指令和程序控制指令4条，输入输出指令2条，其它指令1条。

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。

目录摘要 (2)前言 (3)正文 (4)一、设计目的和设计原理 (4)1.1设计目的 (4)1.2设计原理 (4)二、总体设计 (7)三、详细设计 (8)3.1运算器的物理结构 (8)3.2存储器系统的组成与说明 (11)3.3指令系统的设计与指令分析 (12)3.4微程序控制器的逻辑结构及功能 (14)3.5微程序的设计与实现 (18)四、系统调试 (27)总结 (29)参考文献 (30)致谢 (31)摘要根据设计任务书要求，本设计要实现完成一个简单计算机的设计，主要设计部分有运算器，存储器，控制器以及微指令的设计。

其中运算器由运算芯片和寄存器来完成,存储器由总线和寄存器构成，使用硬布线的方式实现控制器，从而完成设计要求。

:关键词：基本模型机的设计；运算器；存储器；控制器；前言计算机组成原理是计算机科学技术学科的一门核心专业基础课程。

从课程的地位来说，它在先导课程和后续课程之间起着承上启下的作用。

计算机组成原理讲授单处理机系统的组成和工作原理，课程教学具有知识面广，内容多，难度大，更新快等特点。

此次课程设计目的就是为了加深对计算机的时间和空间概念的理解, 增强对计算机硬件和计算机指令系统的更进一步了解。

计算机组成原理课程设计目的是为加深对计算机工作原理的理解以及计算机软硬件之间的交互关系。

不仅能加深对计算机的时间和空间的关系的理解，更能增加如何实现计算机软件对硬件操作，让计算机有条不紊的工作。

正文一、设计目的和设计原理1.1设计目的融会贯通计算机组成原理课程中各章的内容，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，特别是对硬连线控制器的认识，建立清晰的整机概念。

对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解,加深对理论课程的理解。

在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统地构造一台基本模型计算机。

沈阳工程学院课程设计设计题目：基本模型机的设计与实现（第1组）系别信息工程系班级计本061学生姓名刘根虎、都子卿、吴长鑫学号9、11、23 指导教师王健、李贞职称讲师、教授起止日期：2008年12月8日起——至2008年12月14日止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目：基本模型机的设计与实现（第1组）系别信息工程系班级计本061学生姓名刘根虎、都子卿、吴长鑫学号9、11、23 指导教师王健、李贞职称讲师、教授课程设计进行地点：计算机组成原理实验室任务下达时间：2008年12月5日起止日期：2008年12月8日起——至2008年12月14日止教研室主任李贞2008年12月3日批准一、课程设计的原始资料及依据查阅有关计算机组成原理的教材、实验指导书等资料，进一步熟悉微程序控制器原理，微指令的设计方法。

在掌握运算器、存储器、微程序控制器等部件的单元电路实验的基础上，进一步将各部件组成系统，构造一台基本模型计算机。

为给定的机器指令编写相应的微程序，上机调试，掌握整机概念。

二、课程设计主要内容及要求1．认真阅读资料，掌握给定的机器指令的操作功能。

2．分析并理解数据通路图。

3．根据数据通路图画出给定的机器指令的微程序流程图。

4．根据微指令格式编写每条机器指令对应的微程序，形成“二进制微指令代码表”。

5．全部微程序设计完毕后，将微程序中各个微指令正确地写入E2PROM芯片2816中。

6．进行机器指令程序的装入和检查。

7．运行程序，检查结果是否和理论值一致。

8．IN、ADD、JMP指令为必做指令，另外新定义1条机器指令重复上述过程。

各组要求新定义的机器指令如下：9．STA和OUT指令为选做指令，供有能力的学生完成。

10．记录出现故障的现象，并对故障进行分析，说明排除故障的思路及故障性质。

11．独立思考，认真设计。

遵守课程设计时间安排。

12．认真书写课程设计说明书，避免相互抄袭。

三、对课程设计说明书撰写内容、格式、字数的要求1．课程设计说明书是体现和总结课程设计成果的载体，主要内容包括：设计题目、设计目的、设备器材、设计原理及内容、设计步骤、遇到的问题及解决方法、设计总结、设计小组评语、参考文献等。

课程设计报告课程名称：计算机组成原理专业：计算机XXX 班级：计算机XXXX班学号：姓名：指导老师：日期：目录设计题目 (1)1.数据格式 (1)2.指令系统 (1)2.1.算术逻辑运算指令 (1)2.2.访内指令及转移指令 (1)2.3.输入输出指令 (2)2.4.停机指令 (2)2.5.具体编码 (2)3.数据通路 (3)3.1.全局概略图 (3)3.2.单片机写控制 (4)3.3.微程序显示 (4)3.4.指令寄存器 (5)3.5.通用寄存器 (6)3.6.运算器 (7)3.7.内存和程序计数器 (8)3.8.地址总线显示 (9)3.9.手动输入微程序 (10)3.10.单片机写微程序 (10)3.11.控制存储器 (11)3.12.指令译码 (12)3.13.微地址显示 (13)3.14.单片机与数据总线输入 (14)3.15.设计说明 (14)4.时序系统 (15)4.1.时序系统与起停控制 (15)4.2.时序波形图 (15)5.微指令格式 (16)6.微程序控制器 (17)6.1.原理图 (17)6.2.地址转移逻辑 (18)7.微程序流程图 (19)8.微程序代码表 (19)9.设计体会 (21)10.参考文献 (21)11.附录 (21)11.1.单片机写程序 (21)11.1.微程序编码转换程序 (29)设计题目一台模型计算机的设计与调试1.数据格式字长：8位格式：定点整数其中: 第定点整数：-128 ≤X≤127。

2.指令系统指令的类型设计：算术逻辑运算、数据存取、程序控制、输入输出，按固定操作码4位长度进行设计，设计14条指令。

2.1.算术逻辑运算指令设计7条算术逻辑运算类指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器寻址，指令为RR 型，其格式如下：其中：OP-CODE为操作码，Rs为源寄存器，Rd为目的寄存器2.2.访内指令及转移指令2条访问指令：存数(STA)、取数(LDA)2条转移指令：无条件转移(JMP)、结果为零或有进位转移指令(BZC) 指令格式为：其中：0 11 0 1 1 E=(D)E=(Ri)+DE=(PC)+D间接寻址R i变址寻址相对寻址本模型机选择变址寄存器Ri为寄存器R2。

计组模型机课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解计算机组成原理，掌握模型机的结构及其工作原理；2. 学会使用模型机指令集进行基本的运算和数据处理；3. 掌握模型机的内存管理和程序执行流程。

技能目标：1. 能够运用所学知识设计简单的模型机指令集和程序；2. 能够分析并解决模型机运行过程中出现的问题；3. 能够运用模型机进行基本的算法实现和优化。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对我国计算机科技发展的自豪感和责任感；2. 激发学生对计算机组成原理的兴趣，培养探究精神和创新意识；3. 增强学生的团队合作意识，提高沟通与协作能力。

课程性质：本课程为计算机组成原理的实践课程，旨在通过模型机的学习，帮助学生将理论知识与实际操作相结合，提高解决实际问题的能力。

学生特点：学生处于高中年级，具备一定的计算机基础知识和逻辑思维能力，对新鲜事物充满好奇，喜欢动手实践。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，培养其创新思维和实际操作能力。

通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际问题的解决中。

教学过程中，关注学生的学习进度和反馈，及时调整教学策略，确保课程目标的实现。

二、教学内容1. 计算机组成原理概述：介绍计算机硬件系统的基本组成，引导学生理解模型机的设计与实现；相关教材章节：第一章 计算机系统概述2. 模型机结构及其工作原理：讲解模型机的五大部件（控制器、运算器、存储器、输入/输出设备）及其功能；相关教材章节：第二章 计算机硬件系统3. 模型机指令集与编程：学习模型机的指令集，掌握基本指令的使用，进行简单的程序设计；相关教材章节：第三章 计算机指令系统4. 内存管理与程序执行流程：介绍模型机内存分配与回收策略，分析程序执行过程；相关教材章节：第四章 存储器层次结构5. 模型机在实际应用中的案例分析：分析模型机在解决实际问题中的应用，提高学生实际操作能力；相关教材章节：第五章 计算机系统性能评价6. 课程实践：分组进行模型机设计与实现，培养学生的团队协作能力和创新思维；相关教材章节：第六章 计算机系统设计教学内容安排和进度：第1-2周：计算机组成原理概述、模型机结构及其工作原理；第3-4周：模型机指令集与编程；第5-6周：内存管理与程序执行流程；第7-8周：模型机在实际应用中的案例分析；第9-10周：课程实践与成果展示。

课程设计报告课程名称：计算机组成原理系别：姓名：班级：学号：成绩：指导教师：开课时间：20 -20 学年第学期一．设计题目计算机组成原理课程设计——简单模型机的微程序设计二．主要内容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则；在此基础上设计可以运行一些基本机器指令的微程序的设计三．具体要求置数指令 IN 置数开关SW（KD0～KD7）的状态→R0加法指令 ADD R0,，(addr)：(R0)+(addr)→（R0）存数指令 STA R0，（addr）：(R0)→（addr）输出指令 OUT （addr）：(addr)→输出设备"LED"跳转指令 JMP （addr）：addr→PC或指令OR RD，RS：(RS)或(RD)→(RD)新加法指令 NADD (addr1)，(addr2)：(addr1)加(addr2)→(RD)异或指令XOR (addr1)，(addr2)：(addr1)异或(addr2)→(RD)与指令AND RD，RS：(RS)与(RD)→(RD)求反指令 NOT RD：/(RD) →（RD）四．进度安排共1.5周11天的时间，具体安排如下：1~2天：对整个课程设计的内容做详细的讲解，并辅导学生完成课程设计指导书的学习，使其掌握和理解课程设计的核心内容；3 ~5天：学生在机房学习熟悉课程设计所使用的仿真软件，并深入了解该仿真软件所实现的模型机的指令系统（原有的5条指令）和微程序设计方法；6~9天：在原有5条机器指令的基础上增加实现下述各功能的机器指令，试设计相应的机器指令的格式并改写原来的微程序使其可以运行所有的机器指令。

10~11天：根据自己设计的微程序系统写出相应的课程设计实验报告五．成绩评定六. 正文一、模型机的CPU及系统硬件基本模型机的CPU及系统硬件组成如图1所示：图1 模型机的CPU及系统硬件组成各部件的功能及控制信号如下：运算器由算逻部件ALU（8位）、暂存器DR1、DR2及通用寄存器等组成。

《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。

学号：武汉华夏理工学院程设课计课程名称计算机组成原理目模型机设计与实现题专业班级姓名成绩指导教师田小华年月日12201627武汉华夏理工学院信息工程系课程设计任务书课程名称：计算机组成原理指导教师：田小华软件与信息安全班级名称：开课教研室：一、课程设计目的与任务理解计算机系统各个功能部件的功能、结构和工作原理，正确理解各功能部件之间的相互关系及其在计算机系统中所起的作用；掌握计算机系统各个功能部件的设计和分析技术，包括数据与指令的编码、存储器、运算器、输入输出接口等。

在此基础上，使学生通过理论与实践的结合，利用基本模型计算机的构建与调试实验，完整地建立计算机硬件的整机模型，掌握中央处理器的基本结构和控制流程，掌握机器指令执行的基本过程，熟悉微程序控制器的基本结构和微程序设计技术的主要技巧，理解一条机器指令与一段微程序的关系，明确高级语言指令与微指令的对应关系，充分理解控制信息流利用数据通路完成对数据流的加工处理的过程。

通过课程设计，使学生将所学专业知识综合运用，在实践活动中积累经验，增长才干，训练学生独立工作能力，激发学生的学习热情，培养学生的自主创新精神，养成务实严谨的工作作风。

二、课程设计的内容与基本要求1.按给定的数据格式、机器指令格式和微指令格式，利用基本的数字逻辑器件，设计—台微程序控制的模型计算机。

，并用微指令编写微程序，实现每条机器指令的功能。

2.设计五条机器指令:IN,ADD,STA,OUT,JMP教学实验平台上实现基本模型机方案：3.在TD-CMA及SWB的功能；⑵确定微程序控制流程，掌握控制台操作；⑶输⑴建立数据通路，定义开关SWA 入编写的五条机器指令的微程序序列；⑷输入实验机器指令程序序列；⑸设计基本模型的物理连线；⑹完成微程序的调试，实现实验机器指令程序的功能。

完成模型机调试任务后，整理课程设计资料，撰写课程设计报告。

课程设计报告内容包括：①模型机数据通路图；②微程序控制器逻辑模块图；③微程序控制流程图；④元件排列图；⑤⑥调试小结。

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。

计算机组成原理-简单模型机设计课设在计算机科学领域中，计算机组成原理是一门重要的学科，涉及到计算机系统的各个组成部分和原理。

而在计算机组成原理的学习中，设计一个简单的模型机则是一项非常有益的任务。

本文将会以设计一个简单的模型机为主题，讨论其组成原理和实现技术。

一、引言通过设计一个简单的模型机，我们将能够更深入地理解计算机的工作原理和内部结构。

这个项目旨在模拟计算机的基本组成部分，并能够执行一些基本的指令。

二、模型机的组成1. 中央处理器 (Central Processing Unit, CPU)模型机的中央处理器是整个系统的核心，负责执行指令和控制其他部件的工作。

CPU由运算器、控制器和寄存器组成。

运算器负责进行算术逻辑运算，控制器负责解析和执行指令，而寄存器则用于保存中间结果和控制信息。

2. 存储器 (Memory)存储器是用于存储数据和指令的部件。

在这个简单的模型机中，我们可以使用随机存储器 (Random Access Memory, RAM)来实现。

RAM 能够以快速和随机的方式读写数据，供CPU使用。

3. 输入输出系统 (Input/Output System)为了能够与外部世界进行交互，模型机需要一个输入输出系统。

这可以包括键盘、显示器、磁盘驱动器等外部设备。

输入输出系统负责将数据从外部设备传输到存储器或CPU，并将结果从CPU传输到外部设备。

4. 总线系统 (Bus System)在模型机中，各个部件之间需要进行数据和指令的传输。

总线系统提供了这样的通信渠道，以便不同的部件可以相互通信和交换信息。

三、模型机的工作原理1. 指令的解析和执行当计算机接收到一个指令时，控制器首先进行解析，并确定需要执行的操作。

然后，将指令传递给运算器进行计算或者传送到存储器读取相应的数据。

2. 数据的读写在指令的执行过程中，模型机可能会需要从存储器中读取数据，或者将计算结果写入存储器。

这个过程需要通过总线系统进行数据的传输。

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。

计算机组成原理实验报告班级：1403011学号：140301124姓名：于梦鸽地点：EII-312时间：第3批计算机组成原理与体系结构课程设计基本模型机设计与实现一．实验目的1．深入理解基本模型计算机的功能、组成知识； 2．深入学习计算机各类典型指令的执行流程；3．学习微程序控制器的设计过程和相关技术，掌握LPM_ROM 的配置方法。

4．在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将单元电路组成系统，构造一台基本模型计算机。

5．定义五条机器指令，并编写相应的微程序，上机调试，掌握计算机整机概念。

掌握微程序的设计方法，学会编写二进制微指令代码表。

6．通过熟悉较完整的计算机的设计，全面了解并掌握微程序控制方式计算机的设计方法。

二．实验原理1．在部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本实验将能在微过程控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定的功能。

实验中，计算机数据通路的控制将由微过程控制器来完成，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。

2．指令格式（1）指令格式采用寄存器直接寻址方式，其格式如下：其中IN 为单字长（8位二进制），其余为双字长指令，XX H 为addr 对应的十六进制地址码。

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，还必须设计三个控制台操作微程序。

1,存储器读操作（KRD ）：下载实验程序后按总清除按键（CLR ）后，控制台SWA 、SWB 为“0 0”时，可对RAM 连续手动读入操作。

2,存储器写操作（KWE ）：下载实验程序后按总清除按键（CLR ）后，控制台SWA 、SWB 为“0 1”时，可对RAM 连续手动写操作。

3、启动程序（RP ）：下载实验程序后按总清除按键（CLR ）后，控制台SWA 、SWB 为“1 1”时，即可转入到微地址“01”号“取指令”微指令，启动程序运行。

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-
2、实验设备-
3、课程设计步骤-
3.1、所设计计算机的功能和用途-
3.2、指令系统-
3.3、总体结构与数据通路-
3.4、设计指令执行流程-
3.5、微指令代码化-
3.6、组装和调试-
4、课程设计总结-
5、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：。

计算机组成原理课程设计一基本模型机设计与实现计算机组成原理课程设课程设计名称：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：计科们5 ________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并将其存入以A为间接地址的内存单元，将X与Ro.寄存器中的内容Y执行X㊉J结果送到以B为直接地址的内存单元保存。

（2）分析：A:给Ro寄存器直接置入01H.B:从数据开关给间接地址为OCH的内存单元置数，（03H）.C:给Ro中的内容取反，结果存在Ro中・D:将间接地址OCH中直接地址OEH中的内容(03H)放入DR1中，R。

计算机组成原理-简单模型机设计课设一、引言计算机组成原理是计算机科学与技术专业中的重要课程之一，它涉及计算机硬件和软件的基本原理与结构。

本文将基于计算机组成原理的知识，设计一个简单模型机的课设。

在本课设中，我们将探索计算机的基本组成部分，并实现各个部分之间的协同工作。

二、背景知识1. 模型机概述简单模型机是一种基于计算机组成原理的教学模型，它模拟了计算机的基本组成部分，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入设备和输出设备等。

通过设计并实现这样一个模型机，可以帮助我们更好地理解计算机的工作原理。

2. 计算机组成原理计算机组成原理研究计算机硬件系统的设计与实现，涉及指令系统设计、存储器系统、总线、输入输出系统以及计算机的组成原理等。

在设计模型机的课设中，我们需要灵活运用这些知识，合理规划各个组成部分的功能和连接方式。

三、设计思路1. 指令系统设计指令系统是计算机的核心，它决定了计算机能够执行的操作。

我们需要设计一个简单的指令系统，包括几个基本指令，例如加法、减法、乘法等。

同时，还需要设计指令的格式和编码方式，确保指令可以被计算机正确解读和执行。

2. 存储器设计存储器是计算机的核心组件之一，用于存储和读取数据和指令。

在模型机的设计中，我们可以选择使用寄存器、随机存储器（RAM）等组件来实现存储器的功能。

同时，我们还需要考虑存储器的容量和访问速度等因素。

3. CPU设计中央处理器是计算机的核心组件，用于执行指令和控制计算机的各个部分。

在模型机的设计中，我们需要设计一个简单的CPU，包括运算单元和控制单元两个部分。

运算单元用于执行指令中的运算操作，而控制单元负责指令的解码和执行控制。

4. 输入输出设备设计输入输出设备用于与计算机进行信息的输入和输出。

在模型机的设计中，我们可以选择键盘、显示屏等常见的输入输出设备。

我们需要设计相应的接口电路，使得计算机能够与这些设备进行数据的交换。

四、设计实现1. 指令系统设计和编码方式根据课设要求和实际需求，我们可以选择基于二进制的指令系统，并设计相应的指令格式和编码方式，确保指令可以被CPU正确解读和执行。