计算机硬件课程设计简单模型机设计

课程设计（大作业）报告课程名称：计算机组成原理设计题目：基本模型机设计与实现院系：信息技术学院班级：计算机科学与技术3班设计者：学号：指导教师：设计时间：2017.6.19~2017.6.23昆明学院信息技术学院课程设计（大作业）任务书目录一、课程设计的教学目的5二、课程设计任务和基本要求5三、设计任务及分析6四、设计原理6五、操作步骤121．本实验设计机器指令程序如下表所示。

12２．根据下图连接线路13 3．联机写程序134. 联机运行14六、实验结果15七、实验总结16八、参考书籍16课程设计（大作业）报告一、课程设计的教学目的1. 在“微程序控制器的组成与微程序设计实验”的基础上，进一步将其中各单元组成系统构造一台模型计算机。

2. 本实验定义五条机器指令，编写相应的微程序，并上机调试运行，形成整机概念。

课程设计内容设计一台基本模型机，并实现相关的指令。

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R0.寄存器中的内容Y执行X ⊕，结果送到以B为直接地址的内存单元保存。

石家庄经济学院华信学院计算机组成原理课程设计报告计算数据块中所有数据的累加和并存储到内存单元中题目16位模型机的设计姓名学号4114170801班号一班指导老师成绩2014年1月目录一、引言 (3)1.1设计目的 (3)1.2设计任务 (3)二、详细设计及实现 (4)2.1 拟定指令系统 (4)2.2指令格式 (5)2.3寻址方式 (5)三、16位CPU的模型 (7)3.1 各功能部件的VHDL设计 (9)3.2 16位模型机的设计与实现 (22)四、总结 (27)五、参考文献： (27)六、代码 (28)一、引言1.1设计目的为掌握并巩固本学期所学习的计算机组成原理知识，设计本次试验。

运用整合所学的相关知识，一步步设计构造一台基本的模型计算机，明确计算机的控制原理与控制过程，巩固和灵活应用所学的理论知识，掌握计算机组成的一般设计方法，提高学生设计能力和实践操作技能，为从事计算机研制与设计打下基础。

1.2设计任务本机功能：计算数据块中所有数据的累加和并存储到内存单元中。

汇编代码如下：START：MOV SI, OFFSET SRC1 ;源操作数地址送SIMOV DI，OFFSET DXT ；目的操作数地址送DIMOV BX，OFFSET SRC2 ；结束地址送BXMOV BL 0 ；设置BL中初值为0NEXT：MOV AL，[SI] ；取数ADD BL , AL ; 数据相加MOV [DI]，AL ；存数CMP SI, BX ;JE START ；如果SI=BX，则转向STARTINC SI ；修改源地址JMP NEXT ；转向NEXT二、详细设计及实现2.1 拟定指令系统分析：1)依据汇编语言程序得出部件间的数据流的方向为●立即数→寄存器●寄存器↔内存内存操作数采用寄存器间址寻址方式●源与目的寄存器内容比较，如果源等于目的转移，转向地址在指令中提供●寄存器加1指令●无条件转移指令，转向地址在指令中提供。

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(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。

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目:基本模型机的设计-加减法指令的实现初始条件：理论：学完“电工电子学”、“数字逻辑”、“汇编语言程序设计”、和“计算机组成原理”课程，掌握计算机组成原理实验平台的使用。

实践：计算机学院科学系实验中心提供计算机、实验的软件、硬件平台，在实验中心硬件平台验证设计结果。

要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、基本模型机系统分析与设计，利用所学的计算机组成原理课程中的知识和提供的实验平台完成设计任务，从而建立清晰完整的整机概念。

2、根据课程设计题目的要求，编制实验所需的程序，上机测试并分析所设计的程序。

3、课程设计的书写报告应包括：1)课程设计的题目。

2)设计的目的及设计原理。

3)根据设计要求给出模型机的逻辑框图。

4)设计指令系统，并分析指令格式。

5)设计微程序及其实现的方法（包括微指令格式的设计，后续微地址的产生方法以及微程序入口地址的形成）。

6)模型机当中时序的设计安排。

7)设计指令执行流程。

8)给出编制的源程序,写出程序的指令代码及微程序。

9)说明在使用软件HKCPT的联机方式与脱机方式的实现过程（包括编制程序中每指条令的时序分析，累加器A和有关寄存器、存储器的数据变化以及数据流程）。

10)课程设计总结（设计的特点、不足、收获与体会）。

时间安排：设计时间第17周周一：熟悉相关资料。

周二：系统分析,设计程序。

周三、四：编程并上实验平台调试周五：撰写课程设计报告。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日课程设计任务书 1 题目 2 1.设计的目的及设计原理 2 1.1设计的目的 21.2设计的原理 22.模型机的逻辑框图 23.指令系统及其指令格式 4 3.1指令系统 43.2指令格式 54.微程序的设计及其实现的方法7 4.1 微程序入口地址的形成7 4.2微指令格式的设计94.3后续微地址的产生方法95.时序安排9 6指令执行流程106.1微程序流程图106.2指令流程表117. 源程序,程序的指令代码及微程序11 7.1源程序11 7.2程序的指令代码127.3微程序128.使用软件HKCPT的联机方式的实现过程13 8.1主要指令的时序图138.2累加器A、寄存器、存储器的数据变化以及数据流程169.课程设计总结17基本模型机的设计—加减法指令的实现1.设计的目的及设计原理1.1设计的目的运用所学的知识，通过使用软件HKCPT掌握各个单元模块的工作原理将其组成完整的系统，并了解程序编译、加载的过程，以及通过微单步、单拍调试理解模型机中的数据流向。

课程设计(论文)任务书学院计算机专业05级（1）班一、课程设计(论文)题目（1）基本模型机设计与实现（2）带移位运算的模型机设计与实现二、课程设计(论文)工作自2007 年 7 月 9 日起至 2007 年7月13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．课程设计的任务和要求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）6）课程设计进度安排内容天数地点构思和收集资料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7 月9 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（30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（10分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（6）考勤是否降等级：是（）、否（）评阅人：赵海霞职称：讲师2007 年7 月13日目录一、课设目的和内容 (1)二、设计的原理 (2)三、二进制微代码表设计 (6)四、机器指令程序 (16)五、线路连接图 (18)六、微程序流程和说明 (20)七、心得体会 (26)八、参考文献 (34)一、课设目的和内容课设目的：1．通过对一个简单模型机的设计与实现,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。

计算机组成原理课程设计(Ver 3.1)计算机科学与工程学院2007年7月1、课程设计目的 (3)2、仪器设备 (3)3、基于微控器的模型机设计部分 (3)3.1、设计步骤 (3)3.2、准备知识 (6)3.3、设计内容 (11)题目一：设计一个具有带进位加法和立即数寻址方式的模型机11题目二：设计一个具有带进位加法和条件跳转的模型机 (11)题目三：设计一个具有循环左移功能的模型机 (12)题目四：设计一个具有带借位减法和存储功能的模型机 (13)4、可编程逻辑器件设计部分 (14)4.1、设计步骤 (14)4.2、准备知识 (14)4.3、设计内容 (16)题目五：利用CPLD设计一个并行加法器 (16)题目六：阵列乘法器设计 (16)题目七：硬联控制器设计 (17)5、具有中断处理功能的模型机设计 (19)5.1、设计内容 (19)5.2、准备知识 (20)5.3、设计步骤 (23)6、课程设计任务及要求 (27)7、考核办法 (27)8、参考资料 (27)9、附录 (28)附录1（数据通路）： (28)附录2（系统连线参考图） (29)附录3（实验系统主要单元电路） (30)附录4（ispDesignEXPERT软件使用） (35)VIII.把设计适配到Lattice器件中 (47)IX.层次化操作方法 (47)《计算机组成原理》课程设计1、课程设计目的通过对一个简单计算机的设计，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，在此基础上完成一台基本计算机的组成设计，从而加深对理论课程的理解，锻炼学生的独立思考和动手能力。

2、仪器设备硬件环境为PC-386以上微机，西安唐都科教仪器公司的TDN-CM+计算机组成原理实验台。

软件环境采用WINDOWS操作系统，西安唐都科教仪器公司的TDN-CM+计算机组成原理实验软件。

3、基于微控器的模型机设计部分3.1、设计步骤设计一台完整的计算机，大致需按如下的顺序来考虑：(1)确定设计目标确定所设计计算机的功能和用途。

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：。