5CPU 2模型机的设计

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。

焦作大学毕业设计题目：PLC在制氮机上的应用学院：机电工程学院专业： 11机械制造与自动化（3）班姓名：王文江指导教师：宋芳完成日期： 2013 年月PLC在制氮机上的应用摘要在现代生产力不断提高的情况下，建设无人值守的空压站，是一个社会发展过程中的必然选择。

本文主要论述了一种PLC在制氮机上的应用，采用PLC对空压机进行自动控制改造，实现空气的分离控制和生产设备的集中控制。

在改造原有系统的基础上，将制氮机电机的直接启动控制方式改为变频控制，减小对系统电网的冲击和节约能源，同时制定了具体实施的控制方式、设备启停步骤、软件功能、功能扩充、报警系统。

并利用相应的控制算法，实现供气的恒定，提高供气质量和效率，保证各项工作的安全生产。

关键词：PLC，制氮机，自动控制目录第一章绪论 (1)第二章制氮机流量值的计算 (1)第三章系统构成及工作原理 (8)§3-1设计方案的确定 (8)§3-2系统构成 (9)§3-3工作原理 (9)§3-4控制过程 (11)3-4-1恒压控制 (11)3-4-2节能控制 (12)第四章硬件电路设计 (12)§4-1PLC可编程控制器部分 (13)4-1-1 PL C概述 (13)4-1-2 PLC选型和性能指标 (15)4-1-3 PLC内部分配 (15)4-1-4输入输出外部接线 (15)§4-2模数转换模块 (17)§4-3传感器部分 (19)§4-4变频器部分 (20)§4-5监控对象空压机 (21)§4-6系统的保护及故障警报的发出 (22)第五章系统的软件设计 (22)§5-1系统的总体框图设计 (22)§5-2程序的结构及程序功能的实现 (24)5-2-1系统的初始化程序 (24)5-2-2系统的主控制程序 (24)5-2-3系统的中断程序 (25)第六章结束语 (25)致谢 (25)参考文献 (26)附录 (27)第一章绪论在现在工业生产中，空压机在冶金机械制造、矿山、电力、纺织、石化、轻纺等行业都有广泛的应用。

计算机组成原理课程设计报告JUC2模型机的微程序设计姓名学号专业指导教师计算机学院2014年 07月 10日1熟悉微程序的设计和调试方法1.1目标要求(1) 掌握微程序的设计方法(2) 熟悉利用调试软件运行、调试微程序的方法1.2微程序设计1.2.1取指令的微程序设计1.2.2取目的操作数的微程序设计(1)直接寻址的微程序1.2.3执行阶段的微程序设计(1)INC指令的微程序(2)保存运算结果的微程序（3）JMP指令的微程序1.3调机程序设计程序 1-10030: 0460; INC 0040H0031: 0040;0032: 0420; JMP 0030H0033: 0030;程序1-20030： 0460； INC FF02H 0031: FF02;1.4运行调试运行调试记录表举例：1.5小结通过本次上机试验，主要是适应了一下实验室的环境，软件环境。

为以后的课设做好了准备！2双操作数指令的设计与调试2.1目标要求完成双操作数指令的微程序设计和验证；去源操作数阶段和去目的操作数阶段相关寻址方式的微程序设计和验证，2.2设计任务2.2.1取源操作数(1)立即寻址(2)直接寻址(3)间接寻址2.2.2取目的操作数(1)寄存器寻址(2)寄存器间接寻址2.2.3执行阶段(1)MOV指令的微程序(2)SUB指令的微程序微地址(H) 微指令(H)微指令字段(H)微命令F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9044 98F00E50 4 6 3 3 0 0 0 0 0 05TRoe,SUB,SV,PSWce2.3调机程序设计程序2-1 ，2-20030: 1620; MOV #0101,0040H0031: 0101;0032: 0040;0033: 4620; SUB #FFFF,00400034: FFFF;0035: 0040程序 2-30030: 1801； MOV FF08H,R10031： FF08;0032： 1060; MOV R1，FF02H0033： FF02;程序2-52.4调试结果2.5小结通过本次上机实验，我掌握了mov指令与sub指令的程序设计，并且也初步了解LED灯的相关的知识点。

《计算机组成原理》课程设计报告（2012— 2013学年第 1学期）题目：复杂指令计算机系统设计专业：计算机科学与技术_姓名学号：指导教师：成绩：计算机科学与技术系2013 年 1 月11 日目录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。

东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院计算机组成原理课程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2014.12.22~2015.1.2课程设计任务书专业：计算机科学与技术学号：学生姓名（签名）：设计题目：8位模型机设计－指令系统及通用寄存器设计一、设计实验条件综合楼808实验室二、设计任务及要求总的设计目标是：设计一个8 位的模型机，其组成为：总线结构:单总线，数据总线位数8位、地址总线8位；●存储器:内存容量64K*8bit●控制器:用硬联线控制器实现26位微操作控制信号●运算器:单累加器，实现加、减等8种操作外设：●输入：用开关输入二进制量●输出：7段数码管和LED显示指令系统规模：64 条指令，7种类型，5种寻址方式本组任务是：1.设计12、15、22、32号指令；2.模型机的通用寄存器R1设计；3.BCD编码器的设计。

三、设计报告的内容1.设计题目与设计任务（设计任务书）设计内容如下：1、指令系统设计：ADDC A, #II 将立即数II加入累加器A中带进位SUB A, EM 从A中减去存储器EM地址的值AND A, @R? 累加器A“与”间址存储器的值MOV A, #II 将立即数II送到累加器A中2、模型机硬件设计：通用寄存器R13、逻辑电路设计：BCD码编码器2.前言（绪论）(设计的目的、意义等)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（各部分设计内容、分析、结论等）【系统设计】1、模型机逻辑框图图1 模拟机整体逻辑框图图2 XCV200芯片引脚图3 CPU逻辑框图2、指令系统设计：ADDC A, #II 将立即数II加入累加器A中带进位助记符：ADDC A, #II类型：算数运算指令寻址方式：立即数寻址指令格式：第一字节001011XX第二字节立即数：SUB A, EM 从A中减去存储器EM地址的值助记符：SUB A, EM类型：算数运算指令寻址方式：存储器直接寻址指令格式：第一字节001110XX第二字节存储地址：AND A, @R? 累加器A“与”间址存储器的值助记符：AND A, @R?类型：算数运算指令寻址方式：寄存器间接寻址指令格式：第一字节010101XX：MOV A, #II 将立即数II送到累加器A中助记符：MOV A, #II类型：数据传送指令寻址方式：立即数寻址指令格式：第一字节011111XX第二字节立即数3、微操作控制信号：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。

第二章计算机指令集结构设计2.1 名词解释1.堆栈型机器——CPU中存储操作数的单元是堆栈的机器。

2.累加型机器——CPU中存储操作数的单元是累加器的机器。

3.通用寄存器型机器——CPU中存储操作数的单元是通用寄存器的机器。

4.CISC——复杂指令集计算机。

5.RISC——精简指令集计算机。

2.2堆栈型机器、累加器型机器和通用寄存器型机器各有什么优缺点？2.3常见的三种通用寄存器型机器的优缺点各有哪些？2.4 指令集结构设计所涉及的内容有哪些？(1)指令集功能设计：主要有RISC和CISC两种技术发展方向；(2)寻址方式的设计：设置寻址方式可以通过对基准程序进行测试统计，察看各种寻址方式的使用频度，根据适用频度设置相应必要的寻址方式；(3)操作数表示和操作数类型：主要的操作数类型和操作数表示的选择有，浮点数据类型（可以采用IEEE 754标准）、整型数据类型（8位、16位、32位的表示方法）、字符型（8位）、十进制数据类型（压缩十进制和非压缩十进制数据表示）等等。

(4)寻址方式的表示：可以将寻址方式编码与操作码中，也可将寻址方式作为一个单独的域来表示。

(5)指令集格式的设计：有固定长度编码方式、可变长编码方式和混合编码方式三种选择。

2.5 简述CISC计算机结构指令集功能设计的主要目标。

从当前的计算机技术观点来看，CISC结构有什么缺点？CISC结构追求的目标是强化指令功能，减少程序的指令条数，以达到提高性能的目的。

从目前的计算机技术观点来看，CISC结构存在以下几个缺点：(1)在CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。

(2)CISC结构的指令系统的复杂性带来了计算机体系结构的复杂性，这不仅增加了研制时间和成本，而且还容易造成设计错误。

(3)CISC结构的指令系统的复杂性给VLSI设计带来了很大负担，不利于单片集成。

(4)CISC结构的指令系统中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。

课程设计报告课程名称：计算机组成原理题目名称：复杂模型机设计专业名称：计算机科学与技术班级： 2013240203学生姓名：李俊同组同学：丰翔王兆宇学号：201324020311指导教师：兰勇完成时间： 2016年1月8 日目录一、课程设计概述 (3)1.1 课程设计的教学目的 (3)1.2 课程设计任务和基本要求 (3)1.3 设计原理 (3)二、规定项目的实验验证 (4)2.1 设计原理 (4)一、课程设计概述1.1 课程设计的教学目的进1.3 设计原理在部件实验中，我们是人为用二进制开关来模拟一些控制信号完成数据通路的控制。

而在本课程设计中，数据通路的控制由微程序控制器来完成。

计算机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的列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。

WR、RD、IOM的功能S3~S0以及CN的功能寻址模式寻址模式M 有效地址E 说明00 E=D 直接寻址01 E=(D) 间接寻址10 E=(R2)+D R2变址寻址11 E=(PC)+D 相对寻址RS、RD的表示RS/RD RI00 R001 R110 R211 R3一般D表示立即数；P表示地址复杂模型机数据流图微指令格式如表3所示，当微指令格式确定之后，下一步就是确定后续微指令地当微指令格式确定之后，下一步就是确定后续微指令址通常的方法是先确定微程序分支处的微地址，因为微程序分支处需要进行判断测试，这些微地址确定以后，就可以在一个“微地址表”中将分支微地址填入相应的分支微地址单元，避免以后的设计中因重复使用而造成错误，对于其他位置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。

基于FMQL45T900芯片专用存储控制器设计摘要：为了满足在特殊环境下存储设备的正常工作，本文设计出一款基于FMQL45T900芯片的专用存储控制器[1]，可以完全兼容商用存储器，通过网路接口与计算机或上位机连接，在多种操作系统下使用。

关键词：FMQL45T900，专用存储控制器，特殊环境引言:美国计算机科学家约翰·冯·诺依曼在EDVAC方案中提出了冯·诺依曼机（von Neumann machine）模型，计算机系统由五大部件组成：运算器、控制器、存储器、输入和输出设备，自1946年第一台计算机诞生，该模型至今仍然被广泛使用。

存储器的分类多种多样，按使用类型可分为只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)，主要内存和辅助内存是按用途类型划分。

主存储器也叫内部存储器，辅助性存储器也叫外部存储器。

内存内部最显著的特点是存取速度快，但容量小，价格昂贵；外置存储器以大容量、低价格为特点，但存取较慢。

内存储器用于存放那些立即要用的程序和数据；内存与外存经常进行信息频繁交换[2]。

需要特别指出的是其中内存是冯诺依曼机中的存储器。

外存储器是模型中的输入和输出设备。

本文中的专用存储设备专外存储器。

在外部存储器演变的历程中出现有软盘、磁带、磁带硬盘、光盘、U盘等，目前常见的外存储器有硬盘和U盘。

但是在某些特殊环境下：如震动，颠簸，特殊场合等环境下，普通存储器无法工作，需对存储设备进行改造或者自行设计，为了便于设备使用，符合相关技术指标。

本文设计一款基于FMQL45T900处理器专用存储控制器设计，对上位机发出的数据进行处理，从而存入特定外存储器中，从而确保数据安全可靠。

1 主要技术指标专用存储控主要技术指标见表1。

表1 专用输入设备主要技术指标2 关键技术设计2.1 工作原理本文介绍的专用存储设备由于将应用在如震动，颠簸等特殊环境下，因此选择在比较成熟的商用sata接口电子盘基础上进行再次开发，通过FMQL45T900设计的控制模组将网络数据存入sata接口电子盘内，既兼顾了其再开发应用场合特殊性，又选用了成熟的商用电子盘，满足使用者使用要求，大大节约了开发成本与人员费用，专用存储设备原理框图如图1所示。