计算机组成原理课设Word文档下载推荐.docx
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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。
一般不应少于3000字。
2.在适当位置配合相应的实验原理图、数据通路图、微程序流程图、实验接线图、微指令代码表等图表进行说明。
应做到文理通顺,内容正确完整,书写工整,装订整齐。
3.设计总结部分主要写本人设计期间所做工作简介、得到了哪些设计成果、以及自己的设计体会,包括通过课程设计有何收获,程序有哪些不足之处,哪里遇到了困难,解决的办法,以及今后的目标。
设计小组评语处注明设计组编号、设计组组长、设计组成员,并由设计组组长给出评语。
评语包括该同学主要完成了哪些任务,课程设计期间的表现和态度如何,组长自己的评语由小组其他成员集体讨论后写出。
4.课程设计说明书手写或打印均可,具体要求如下:
●手写时要用学校统一的课程设计用纸,用黑或蓝黑墨水工整书写;
●打印时采用A4纸,页边距均为20mm,章标题(如:
2设计原理及内容)和目录、摘要、参考文献、设计小组评语等部分的标题用小三号黑体,上下各空1行,居中书写;
一级节标题(如:
2.1设计原理)采用黑体四号字,二级节标题(如:
2.1.1数据通路)采用黑体小四号字,左对齐书写。
●正文采用宋体小四号字,行间距18磅,每个自然段首行缩进2个字。
●图和表的要有编号和标题,如:
图2.1数据通路图;
表1.1机器指令表。
图题与表题采用宋体五号字。
表格内和插图中的文字一般用宋体五号字,在保证清楚的前提下也可用更小号的字体。
●英文字体和数字采用TimeNewRoman字体,与中文混排的英文字号应与周围的汉字大小一致。
●页码用五号字,在每页底端居中放置。
5.课程设计说明书装订顺序为:
封面、任务书、成绩评定表、目录、正文、参考文献、设计小组评语。
在左侧用订书钉装订,不要使用塑料夹。
四、设计完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求
1.完成“基本模型机”中指定机器指令的操作功能,运行稳定。
2.撰写课程设计说明书。
五、时间进度安排
顺序
阶段日期
计划完成内容
备注
第1天
(12月8日)
阅读资料、系统分析设计
第2天
(12月9日)
系统分析设计、微程序编制
第3-4天
(12月10日-11日)
微程序输入、调试及运行
第5天
(12月12日)
基本模型机运行验收
按组号验收
第6-7天
(12月13日-14日)
撰写课程设计说明书
六、主要参考资料(文献)
[1]王健、王德君.计算机组成原理实验指导书.沈阳工程学院,2005
[2]白中英.计算机组成原理(第4版).北京:
科学出版社,2007
[3]蒋本珊.计算机组成原理.北京:
清华大学出版社,2004
[4]唐朔飞.计算机组成原理.北京:
高等教育出版社,2000
沈阳工程学院
计算机组成原理课程设计成绩评定表
系(部):
信息工程系班级:
计本061学生姓名:
张政华、姜鑫、邹春亮
指导教师评审意见
评价内容
具体要求
权重
评分
加权分
调研
论证
能独立查阅文献,收集资料;
能制定课程设计方案和日程安排。
0.1
工作能力
态度
工作态度认真,遵守纪律,出勤情况是否良好,能够独立完成设计工作。
0.2
工作量
按期圆满完成规定的设计任务,工作量饱满,难度适宜。
说明书的质量
说明书立论正确,论述充分,结论严谨合理,文字通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,图表完备,书写工整规范。
0.5
指导教师评审成绩
(加权分合计乘以8)
分
加权分合计
指导教师签名:
年月日
评阅教师评审意见
查阅
文献
查阅文献有一定广泛性;
有综合归纳资料的能力
工作量饱满,难度适中。
0.3
评阅教师评审成绩
(加权分合计乘以4)
分
评阅教师签名:
答辩小组评审意见
学生汇报
汇报准备充分,思路清晰;
语言表达准确,概念清楚,论点正确,有层次,有重点,基本上反映了所完成任务的全部内容;
时间符合要求。
答辩
思路清晰;
回答问题有理论依据,基本概念清楚;
主要问题回答准确,深入,有说服力。
答辩小组评审成绩
答辩小组教师签名:
课程设计总评成绩
计算机组成原理课程设计
设计小组任务分配及自评
组号
第3组
组长
张政华
全体成员
任务
学号:
16
姓名:
张政华
19
姜鑫
20
邹春亮
分配微地址
√
控制台操作编码
实验电路接线
IN指令
ADD指令
JMP指令
新指令【XOR】
STA指令(选做)
OUT指令(选做)
出勤情况
良好中等差
课程设计说明书
撰写比例
50%
25%
设计小组自评
在认真完成指令任务的同时,并能根据老师给出的设计要求和功能进行了系统的分析,对课设的总体框架进行了详细的设计和组员的分工,指导组员进行设计。
负责IN指令的设计及操作,并完成微地址的设置,同时协助组长进行整个课程的设计,工作态度认真并积极查阅资料。
负责ADD及新增指令XOR的设计及操作,并完成实验线路的连接,设计中积极主动,认真学习,态度积极。
摘要
电子计算机从总体上来说分为两大类。
一类是电子模拟计算机。
“模拟”就是相似的意思,例如计算尺是用长度来标示数值;
时钟是用指针在表盘上转动来表示时间;
电表是用角度来反映电量的大小,这些都是模拟计算装置。
模拟计算机的特点是数值由连续量来表示,运算过程也是连续的。
另一类是电子数字计算机,它是在算盘的基础上发展起来的,是用数目字来表示数量的大小。
数字计算机的特点是按位运算,并且不连续地跳动运算。
“计算机组成原理”是计算机科学与技术系的一门核心专业基础课程,主要讲授单处理机系统的组成和工作原理。
前面的部件实验过程中,各部件单元的控制信号是人为模拟产生的,而本次设计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。
本系统使用两种外部设备,一种是二进制代码开关(DATAUNIT),它作为输入设备;
另一种是发光二极管(BUSUNIT上的一组发光二极管),它作为输出设备。
例如:
输入时,二进制开关数据直接经过三态门送到总线上,只要开关状态不变,输入的信息也不变。
输出时,将输出数据送到数据总线BUS上,驱动发光二极管显示。
关键词JMPINADDOUT机器指令微地址
目录
摘要I
第1章绪论1
1.1设计题目1
1.2设计目的1
1.3设备器材1
第2章设计原理及内容2
2.1设计原理2
2.1.1实验原理2
2.1.2数据通路图3
2.1.3设计流程4
2.2设计内容8
第3章设计步骤11
3.1连接实验线路11
3.2写入程序11
3.3运行程序13
3.4设计新的机器指令13
第4章遇到的问题及解决方法14
设计总结15
致谢16
参考文献17
设计小组评语18
第1章绪论
1.1设计题目
基本模型机的设计与实现
1.2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.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。
1.3设备器材
TDN-CM计算机组成原理教学实验系统一台,排线若干。
第2章设计原理及内容
2.1设计原理
2.1.1实验原理
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。
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段微程序。
本次设计采用五条机器指令:
IN(输入)、ADD(二进制加法)、STA(存数)、OUT(输出)、JMP(无条件转移),其指令格式如表2.1(前4位为操作码):
表2.1机器指令格式
助记符
机器指令码
说明
IN
00000000
“DATAUNIT”中的开关状态->
ADDaddr
00010000xxxxxxxx
R0+[addr]->
STAaddr
00100000xxxxxxxx
R0->
[addr]
OUTaddr
00110000xxxxxxxx
BUS
JMPaddr
01000000xxxxxxxx
Addr->
PC
其中IN为单字长(8位),其余为双字长指令,xxxxxxxx为addr对应的二进制地址码。
微控器读取一条机器指令后,将通过如下的逻辑电路,对SE1~SE5中的某一位或者几位激活,从而实现机器指令与微程序的对应。
当然,该逻辑电路还能接收外部控制输入SWA、SWB,内部状态输出FC、FZ等信号,并对这些信号给出相应的输出。
2.1.2数据通路图
图2.1数据流程图
注意:
①片选信号CE=0为有效电平,CE=1为无效电平。
②WE=1为写入,WE=0为读出。
③LOAD和LDPC同时为“1”时,可将总线上的数据装入到PC中;
LDPC为“1”,同时LOAD为“0”时,将PC中内容加1。
④M=0为算术运算,M=1为逻辑运算。
⑤CN=0表示运算开始时低位有进位,否则低位无进位。
2.1.3设计流程
A.微指令格式
微指令字长共24位,其控制位顺序如图2.2:
图2.2设计流程用图
其中UA5~UA0为下一条微指令微地址,A、B、C为三个译码字段,分别由三个控制位译码出多种不同控制信号。
A字段中的LDRi为打入工作寄存器信号的译码器使能控制位。
B字段中的RS-B、RD-B、RI-B分别为源寄存器选通信号、目的寄存器选通信号及变址寄存器选通信号,其功能是根据机器指令来进行三个工作寄存器R0、R1及R2的选通译码。
C字段中的P
(1)~P(4)是四个测试字位。
其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码,使微程序转入相应的微地址入口,从而实现微程序的顺序、分支、循环运行,其原理如图3所示。
AR为算术运算是否影响进位及判零标志控制位,其为零有效。
B.微程序地址的转移
本实验系统的指令寄存器(IR)用来保存当前正在执行的一条指令。
当执行一条指令时,先把该指令从内存取到缓冲寄存器中,然后再传送至指令寄存器。
指令划分为操作码和地址码字段,由二进制数构成,为了执行任何给定的指令,必须对操作码进行测试[P
(1)],通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。
“指令译码器”(实验板上标有“INSDECODE”的芯片)根据指令中的操作码译码后的结果,将微控器单元的微地址修改为下一条微指令的地址。
地址修改要依靠实验系统的微程序地址转移电路来完成,该电路如图2.3所示。
图2.3微程序地址转移电路
图中左侧的FC、FZ、P
(1)~P(4)均为低电平有效。
当T4有正脉冲信号到来时该电路开始工作。
I7~I2中输入指令寄存器的第7~2位,SE5~SE1为微程序地址转移电路的输出结果。
根据SE5~SE1的值,实验系统自动将下一条微指令的原始地址UA4~UA0修改为实际的正确地址。
修改方法是将SE5~SE1的值与下一条微指令的原始地址UA4~UA0进行按位操作,SE5~SE1中为1的位对应的原始地址UA4~UA0中的位保持不变,而SE5~SE1中为0的位对应的原始地址UA4~UA0中的位强置为1。
注:
FC:
进位标志
FZ:
0标志
SWA、SWB存储器读写控制标志
P
(1)~P(4):
微指令C字段译码输出结果
I2~I7:
机器指令第2位~第7位。
根据该逻辑电路图,得SE1~SE5的逻辑表达式如下:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
由这些逻辑表达式可知:
●由于P
(1)~P(4)微指令中C字段译码后的部分输出,所以它们至多有一个有效(低电平)。
●当P
(1)有效时,在T4时刻,可以通过对I4~I7置“1”,使对应的SE1~SE4有效(低电平)。
●当P
(2)有效时,在T4时刻,可以通过对I2~I3置“1”,使对应的SE1~SE2有效(低电平).
●当P(3)有效时,在T4时刻,标志位FZ或者FC有效(高电平)使SE7有效(低电平)。
●当P(4)有效时,在T时刻,外部输入控制信号SWA或者SWB有效(高电平),使SE1~SE2有效(低电平)。
C.机器指令的写入、读出和执行
为了向RAM中装入机器指令程序和数据,检查写入是否正确,并能启动机器指令程序执行,还必须设计三个控制台操作微程序。
存储器读操作(KRD):
拨动总清开关CLR(使CLR从1→0→1)后,控制台开关SWB、SWA置为“00”时,按START微动开关,可对RAM连续手动读操作。
存储器写操作(KWE):
拨动总清开关CLR后,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,控制台开关SWB、SWA置为“11”时,按START微动开关,即可转入到第01号“取指”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,其定义如表2.2所示。
表2.2控制台指令
SWB
SWA
控制台指令
读内存(KRD)
写内存(KWE)
l
启动程序(RP)
三个控制台操作微程序的流程如图2.4所示。
图2.4控制台操作微程序流程图
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,出现了3路分支,占用3个固定微地址单元。
当分支微地址单元固定后,余下的微指令可以存放在控制存储器的其他任意单元中。
当设计“取指”微指令时,该微指令的判别测试字段为P
(1)测试。
由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令,因此P
(1)的测试结果出现多路分支。
本机用指令寄存器的前4位(IR7—IR4)作为测试条件,出现5路分支,占用5个固定微地址单元。
2.2设计内容
A.微程序流程图
根据机器指令的要求和数据通路图,设计各指令对应的微程序流程图如图2.5:
图2.5微程序流程图
B.微程序:
根据流程图,设计各机器指令的微程序如上表2.3:
微地址8进制
S3S2S1S0MCNWECELDPC
A
B
C
ua5-ua0
000000
000000011
101
110
100
010000
111
000
010010
000000000
010001
010100
000000100
010011
010101
001
011000
000000010
011001
011110
011111
011
100000
010
100001
100101010
011010
100010
100011
011011
100100
100101
011100
100110
000000001
011101
100111
101000
101001
101010
011010010
表2.3微程序
C.机器指令:
本实验系统的指令寄存器(IR):
指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。
当前执行一条指令时,先把它从地址码和地址码字段,由二进制数构成,为了执行任何给定的指令,必须对操作码进行测试P
(1),通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。
“指令译码器”(实验板上标有“INSDECODE”有芯片)根据指令中的操作码译码强置微控器单元的微地址,使下一条微指令指向相应的微程序首地址。
本系统使用两种外部设备,一种是二进制代码开关,它作为输入设备(DATAUNIT);
另一种是发光二极管,它作为输出设备(BUSUNIT上的一组发光二极管)。
输入时,二进制开关数据直接经过三态门送到总线上,只要开关状态不变,输入阻抗的信息也不变。
本次设计机器指令程序如下表:
表2.4机器指令
地址(二进制)
内容(二进制)
助记符
说明
01000000
“DATAUNIT”->
01000001
00010000
ADD[4BH]
R0+[4BH]->
01000010
01001011
01000011
00100000
STA[4CH]
[4CH]
01000100
01001100
01000101
00110000
OUT[4CH]
[4CH]->
01000110
01000111
JMP[49H]
49H->
01001000
01001001
01010000
XOR[4DH]
DR1XORDR2->
01001010
01
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