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1、个人资料整理仅限学习使用 * 实践教案 * 计算机与通信学院 2018年春季学期 计算机组成原理课程设计 题目：模型机设计 -8 专业班级： 姓名： 学号： 指导教师： 成绩： 前 言 本次课程设计主要讲授单处理机系统的组成和工作原理，包括运算器、存储 器、控制器和输入输出系统，其中控制器的设计是课程的重点和难点。为了能融 个人资料整理仅限学习使用 会贯通各知识点，增强对计算机系统各模块协同工作的认识，充分理解数据通 路，掌握控制器的设计技术，课程设计也侧重于控制器的设计。 开设这门课可以为理解、应用和开发程序提供技术和方法支持，为后续课程 的学习提供重要思想和方法基础，同时对于自己逻辑思维培
2、养和程序设计思想体 系的建立有着重要的影响。学好计算机组成原理仅仅通过课堂教案或自学获 取理论知识是远远不够的，还必须加强实践，亲自实践。在大学学习时，知识是 通过一门门独立的课程传授的，而实际问题之能够顺利地得到解决，不但需要多 方面的知识，而且还需要善于对这些知识综合地加以运用。这次课设正是给我们 了一次自己动脑动手的机会。 目 录 摘要 1 正文 2 第一章设计目的及原理2 第二章模型机的逻辑结构及框图2 第三章详细设计3 3.1 运算器的物理结构3 3.2 存储器系统的组成与说明5 3.3 指令系统的设计与指令分析5 3.4 微程序控制器的逻辑结构与功能8 3.5 微程序的设计与实现9
3、 3.6 微程序与监控程序12 第四章系统调试报告14 设计总结 16 参考文献 17 个人资料整理仅限学习使用 致谢 18 个人资料整理仅限学习使用 摘 要 本次课程设计主要综合所学习的计算机组成原理的知识，设计一套复杂模型 计算机。并设计一些简单的程序进行验证。本系统主要由以下模块组成：运算 器、存储系统、微程序控制器模块、指令系统模块、微程序控制器模块等组成。 应用存储系统说明输入输出时序，使用模型机的器件组成有片间串行进位8 位算 数逻辑运算的功能。该系统在基本模型机的基础上改进并实现输入二进制加法 存数输出以及无条件转移等指令的功能。对于微指令，可将其转化为格式化 的“二进制代码表”
4、，然后通过手动输入或是联机存入的方法，将微指令存入机 器，实现相应的操作。终通过模型机的设计和调试，连贯运用计算机组成原理课 程学到的知识，建立计算机整机概念。 关键词： 模块；微指令；机器指令；基本模型机；建立整机 个人资料整理仅限学习使用 正 文 第一章 设计目的及原理 设计目的：根据计算机组成原理课程所学知识，设计、开发一套简单的模型 计算机。通过对一个简单计算机的设计，以达到对计算机的基本组成、部件的功 能与设计、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。通过模型机的设计和调试，连贯运用计算机组成 原理课程学到的知识，建立计算机整机概念，
5、加深计算机时间和空间概念的理 解。 设计原理：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74LS181 芯片的控制，存储器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。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段微程序。 第二章 模型机的逻辑结构及框图 本次课设模型机的运算器模块主要由运算器、暂存器、输出缓冲器以及进位 控制和判零标志控制电路等构成。本系统具有本机现场直接编程功能，且由于选 用 E2ROM 2816芯片为控制存储器
6、，因此，具有掉电保护功能。 课设的复杂模型机指令译码逻辑图如图2.1 ，逻辑结构如图 2.2 。 个人资料整理仅限学习使用 图 2.1 复杂模型机指令译码逻辑图 图 2.2逻辑结构图 第三章 详细设计 3.1 运算器的物理结构 运算器模块由运算器 相或得到各路分支； P4测试用于控制台操作， 它用下址低 2 位R0 03 0D 04 60 DEC R0-1-R0 05 30 OUT 输出 R0 06 00 IN 输入 3 07 70 RL 循环左移 08 20 STA0EH R0-0EH 09 0E 0A 30 OUT0EH 输出0EH的内容 个人资料整理仅限学习使用 0B 0E 0C 40
7、JMP 00H 00H-PC 0D 00 监控程序 $P00 00 $P01 10 $P02 0A $P03 20 $P04 0B $P05 30 $P06 0B $P07 40 $P08 00 $P0A 01 第四章 系统调试报告 地址内容助记符说明 - 00 44 IN 输入 41 01 04 STA40H 41-40H 02 40 03 44 IN 输入 40 04 04 STA41H 40-41H 05 41 06 08 JMP 09H 跳到 09H执行 07 09 08 60 HLAT 停机 - 09 10 LDA LDA40H 0A 40 间 址 取 到 41H单元数 0B 58
8、OUT 输出 40 - 0C 46 IN 输入 20-RI 0D 20 LDARI+D 变址取 40H单元数 0E 20 0F 58 OUT 输出 41 - 10 30 LDAPC+D 相对寻址取41H 单 个人资料整理仅限学习使用 元数 11 2F 12 58 OUT 输出 40 - 13 44 IN 输入 81 14 F0 RLC 进 位 使CY 灯灭 15 0C BZC 有进位或为 0 时跳到 18H执行 16 18 17 60 HLAT 停机 18 00 LDA40H 取 40H单元数 19 40 1A 58 OUT 输出 41 - 1B 44 IN 输入 80 1C 58 OUT 输
9、出 80 1D B0 INC 加 1 1E 58 OUT 输出 81 - 1F D0 COM 取反 20 58 OUT 输出 7E - 21 45 IN 输入 0F 22 C1 AND 23 59 OUT 输出 0E - 24 81 MOV RS-RD 25 59 OUT 输出 7E - 26 70 CLR 0-RS 27 58 OUT 输出 0 - 28 44 IN 输入 81 29 F0 RLC 带 进 位 循 环 左 移,CY 灯灭 2A 58 OUT 输出 3 2B 45 IN 输入 1 2C 91 ADC 带进位加 2D 59 OUT 输出 5 - 2E 44 IN 输入 81 个人
10、资料整理仅限学习使用 2F E0 RRC 带进位循环右移 30 58 OUT 输出 40,CY灯灭 31 45 IN 输入 1F 32 A1 SBC 带进位减 33 59 OUT 输出 20 个人资料整理仅限学习使用 设计总结 通过本次课程设计使我了解了计算机组成原理设计的一般方法，巩固了所学 知识，通过亲自动手设计，巩固课堂知识、提高综合运用所学的理论知识和方法 独立分析和解决问题的能力，并从成功和失败的体验中得到锻炼，才能够掌握和 运用所学到的理论知识来解决实际问题，达到学以致用的目的，并由此复习了微 程序控制器的组成及工作过程，掌握了带移位功能整机的动态工作过程，总体上 感觉还是不错的。
11、 在设计过程中，我们碰到了很多困难，但是在老师和同学的帮助下，都一一 得到了解决。其实这次设计不算顺利，虽然最后顺利完成了设计任务，但是我觉 得我们在设计初期对问题的分析还不够深入，而在后期在遇到问题的时候有点对 自己的东西掌控不住的感觉。 两周的课程设计很短暂，但其间的内容是很充实的，在其中我学习到了很多 平时书本中无法学到的东西，积累了经验，锻炼了自己分析问题、解决问题的能 力，并学会了如何将所学的各课知识融会，组织，来配合学习。 个人资料整理仅限学习使用 参考文献 1、白中英 . 计算机组成原理 . 科学术出版社， 2006.8 2、白中英 . 计算机组成原理题解、题库、实验. 科学术出
12、版社， 2006.8 3、王爱英 . 计算机组成与结构，清华大学出版社，1999 4、王诚. 计算机组成与结构，清华大学出版社，1999 5、胡越明 . 计算机组成与系统结构电子工业出版社 6、唐朔飞 . 计算机组成原理，高等教育出版社，1993 个人资料整理仅限学习使用 致 谢 首先非常感谢学院开设计算机组成原理这个课程设计，通过两周的课程设 计，我对计算机组成原理有了更深的理解，更使自己深刻地认识到实践的重要 性，只有理论、实践相结合才能达到很好的学习效果，特别是程序语言的学习。 值得欣喜的是，这次饰演不仅使我对于计算机硬件体系有了更进一步的了解，还 让学到了更多有关设计方面的内容，尽管对于新指令的设计我并没有设计成功， 不过，我想这仍对我今后的学习会有很大的帮助。以后我将更加努力的学习这方 面的知识，使自己的综合能力能有进一步的提高。 在本次课程设计中，特别感谢我的指导老师的辅导，以及我的计算机组成原 理老师，他们在我学习计算机组成原理的过程中指导我们学习，付出了辛劳的汗 水，在此献上我最诚挚的谢意。还要感谢我的同学们，在课程设计的过程中给予 我很大的帮助。同时也要感谢实验室的姚斌老师，在课程设计的过程中也给了我 很大的帮助。