计算机组成原理课程设计.docx
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计算机组成原理课程设计
计算机组成原理课程设计
中国地质大学(武汉)
班级:
姓名:
学号:
班级序号:
任课老师:
时间:
2012年12月底
目录
一、程序设计概述
1.1课程设计教学目的
1.2课程设计任务和基本要求
二、实验1--8的操作任务
2.1操作目的
2.2操作步骤
2.3操作结果
三、(AX+BX—AX)设计的实现
3.1设计任务分析及解决方案
3.2操作步骤及结果验证
四、总结与体会
一、程序设计概述
1.1课程设计的教学目的
本课程设计的教学目的是在掌握计算机系统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,深入掌握信息流和控制信息流的流动过程,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,培养开发和调试计算机的技能。
再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。
1.2课程设计任务和基本要求
本次课程设计的任务由八个验证实验和一个自行设计的小实验所组成,八个验证实验主要是使同学们掌握一些运算器、移位运算器、存储方式、微程序设计的基本原理和方法,了解微程序控制器是如何控制模型机运行的,掌握整机动态工作过程,使同学们为后面自己设计微程序打下基础。
实验1-8的操作任务
2.1操作任务
本实验包含八个验证实验,分别是运算器实验、移位运算实验、存储器读写和总线控制实验、微程序控制器原理实验、微程序设计实验、简单模型机组成原理实验、带移位运算的模型机组成原理实验和复杂模型机组成原理实验。
2.2操作步骤
(1)运算器实验
运算器实验的目的是使同学们掌握运算器的组成与工作原理,验证带进位控制的74LS181的逻辑运算功能和算术运算功能,普遍采用开关控制方式来验证。
上图为运算器实验开关方式实验的连线图。
实验步骤如下:
(2)移位运算实验
移位运算控制的目的是使同学们掌握移位控制的功能及工作原理,了解移位寄存器的功能及用FPGA的实现方法。
下图为开关控制的线路连接图:
实验步骤如下:
(3)存储器读写和总线控制实验
该实验的实验目的是使同学们掌握半导体静态随机存储器RAM的特性和使用方法,掌握地址和数据在计算机总线的传递关系,了解运算器和存储器如何协同工作。
开关控制的线路连接图如下;
实验步骤如下:
1、按图所示连接好电路;
(4)微程序控制器原理实验
该实验目的是使同学们掌握微程序控制器的组成及工作过程。
实验线路连接图如下所示:
实验步骤如下:
1、写微代码
首先将微程序控制器电路上的开关K1K2K3拨到写入状态,然后将24位微代码输入及显示电路上的开关K4拨到ON状态,置控制开关UA5...UA0=''000000'',输入地址''000000'',置24位微代码开关MS24---MS1为''000000000000000000000001'',按脉冲源及时序电路的【单步】,黄色微地址灯显示''000000'',表明已经写入微代码。
保持K1K2K3K4状态不变,依次写入要求写入的所有微代码。
2、读微代码并验证结果
地址的值,读出相应的微代码,并进行对照,验证是否正确。
(5)微程序设计实验
该实验目的是使同学们深入掌握微程序控制器的工作原理,学会设计简单的微程序。
实验线路连接图如下:
实验步骤如下:
1、写微代码的过程与第个实验中的过程一样,只是将微代码稍作修改而已;
2、读微代码并验证微代码的步骤与第四个实验步骤相同;
(6)简单模型机组成原理实验
该实验实验目的是使同学们在掌握各部件功能的基础上,组成一个简单的计算机整机系统—模型机,并了解微程序控制器是如何控制模型机运行的,掌握整机动态工作过程,实验线路连接图如下图所示:
断开控制总线C1——C6和F4——F1上的接线
数据输入电路DIJ1接数据总线BD7-----BD0
数据输入电路DIJ2接数据总线BD15-----BD8
数据输入电路DIJ-G接I/O控制电路Y3
微控器接口UAJ1接控制开关电路UA5---UA0
脉冲源及时序电路fin接脉冲源及时序电路f/8
脉冲源及时序电路T4—T1接控制总线T4---T1
控制开关电路CA1接控制总线E4
控制开关电路CA2接控制总线E5
该操作的功能是输入一个数据,并进行加1操作然后输出结果。
实验步骤如下:
(1)写微代码。
该操作过程参考前面几个实验的写入微代码过程。
(2)读微代码并验证结果。
该操作过程参考前面几个实验的读微代码并验证结果的过程。
(3)写机器指令。
1、将微程序控制电路上的开关K1K2K3拨到运行状态,然后将24位微代码输入及显示电路上的开关拨到off状态。
拨动控制开关电路上的清零开关CLR,对地址寄存器、指令寄存器清零。
2、确认清零后,把控制开关CA1、CA2置为''10'',按动一次【单步】按钮,微地址显示灯''010001'',再按动一次【单步】,微地址显示“010100”,此时通过数据输入电路开关输入要写入的机器指令,置D15——D0=“0000000000000000”,按【单步】,微地址显示灯显示为“011000”,数据显示灯显示为“0000000000000000”,即输入的机器指令。
这样就完成了本实验的第一条机器指令。
3、再连续按【单步】,微地址显示灯再次显示“010100”时,按上面的方法通过数据输入电路的开关输入第二条机器指令“0000000000100001”,直至写完所要求输入的所有二进制机器指令。
注意:
每当微地址显示灯显示“010100”时,地址指示灯自动加1显示。
4、读机器指令并校验机器指令。
拨动控制开关电路上的清零开关CLR,对地址寄存器、指令寄存器清零,清零结果是微地址指示灯和地址指示灯全灭,置CA1、CA2开关为“00”,连续按【单步】键,微地址指示灯从“000000”开始,然后按“010000”、“010010”、“010111”方式循环显示。
当微地址指示灯再次显示“010000”时,输出显示数码管上显示写入的机器指令。
读的过程注意微地址显示灯、地址显示灯和数据总线指示灯的对应关系。
如果发现机器指令有误,则需要重新输入机器指令。
注意;
机器指令存放在RAM中,断电丢失,故断电后需要重新输入。
(5)运行程序。
将微程序控制电路上的开关K1K2K3拨到运行状态,然后将24位微代码输入及显示电路上的开关K4拨到off状态。
拨到控制电路上的清零指示开关CLR,对地址寄存器、指令寄存器清零,清零结果是微地址指示灯和地址指示灯全灭,使程序人口地址为00H。
置CA1CA2=“11”,连续按【单步】,当微地址显示灯显示“001000”时,通过数据输入电路输入二进制数据“0001001000110101”,再连续按【单步】,在微地址灯显示“010101”时,按【单步】,此时即可由输出显示电路的数码管观察结果为1236H,同时数据显示灯显示“0001001000110110”,表示结果正确。
(7)带移位运算的模型机组成原理实验
该实验的实验目的是在实验六的基础上进一步构造一台带移位功能的简单模型机,实验线路是在实验6的基础上增加了运算器接口中G-299到微控器接口G-299OUT的连线,程序功能是实现数据左移然后加一然后右移并输出最后的结果。
步骤与实验6的步骤基本一样。
(8)复杂模型机组成原理实验
该实验实验目的是在实验七的基础上,构造一个指令系统,实现比较完整的模型机功能。
实验线路和实验7的线路一样,无需改动,功能是加1然后循环左移一位并输出最后的结果。
步骤与实验7的步骤基本一样。
2.3操作结果
实验一到五基本可以说是顺利的就完成了,只是新机器偶偶会出现一点小故障,不过整体来说还是蛮好的。
这个主要是因为老师给了我们参考资料,自己可以按照步骤去揣摩,思考,然后操作,这样就可以顺利的完成实验一到五。
然后六到八,有点综合性的实验,主要运用前面的那些,再加以思考一计其他的步骤,。
刚开始的时候真的有点焦头烂额的,真不知道自己改咋样做,一点思绪也没有。
想参考别人的步骤,结果都是一样,都不知道该如何是好,。
后来,自己仔细想想,还是得静下心来,好好的思考和揣摩。
和同伴一起好好商量,操作。
渐渐的有了小的思路,最后就完成的书面的大致内容。
接下来就是操作,操作也给我们带来了不小的麻烦,准确的说应该是操作把大家难住了,为什么这么说呢?
!
主要原因就是新机器有点不听话,总是爱闹。
几乎所有的人都操作不了,因为新机器那些灯一直不稳定,爱闪,一闪,我们就得重新操作,这样给我们带来不少麻烦,差点就崩溃了,。
不过后来渐渐的我们掌握了它的脾气,只要慢慢的轻轻的,它也就不闹了,不闪灯了,。
就这样,在跌倒起来跌倒起来的过程中,我们完成了所有的实验。
基本来说,自己收获蛮大的。
学到了很多东西。
三(AX+BX—AX)设计的实现
3.1设计任务分析及解决方案
(1)数据输入到AX中;
(2)数据输入到BX中;
(3)AX+BX—>AX;
(4)输出显示结果。
解决方案:
我们基于第七个实验上面稍微修改了机器指令,便使得这个任务得以实现,具体改动如下:
微指令代码没有改变,仍然是实验七的微指令代码,因为我们所需要的微指令全部包含在实验七的微指令代码表格中。
只需要将机器指令做如下修改即可:
地址(二进制)机器指令码助记符说明
0000000000000000INAX,KIN数据输入电路AX
0000000100000001INBX,KIN数据输入电路
BX
0000001000010000ADDAx,BxAx+BxAx
0000011000110000OUTDISP,AxAx输出显示电路
0000011101000000JMP00H00HPC
0000011000000000
3.2操作步骤及结果验证
老师让我们自己自主的设计,第一感觉,难,处了难还是难。
根本不知道该做什么,之前没想到要这样,以为那样基本就好了。
只要完成六到八的实验就算好了,结果还有这个,真的有点意外。
自己设计,我都不知道该做什么了,虽然老师只是时候只要完成a加b赋值到a,或则其他什么简单的式子,可是就连这么简单的式子,我都不会。
我开始都很怀疑自己,是不是真的参悟了前面几个实验的目的,及它的操作的步骤。
同伴也有如此的疑惑,都不知道该做什么。
有的人说就按老师的说,直接选一个六到八的,在操作一遍就行了,反正分数差不多的。
也有的人的说不行,还是自己好好想想吧,反正时间也不紧的。
想来想去,我也觉得既然来了,就好好学,拿出点勇气,还有真心来好好的学,就那样简简单单的再操作一遍,那样什么效果都没有,还不如不来,分数到是无所谓,关键是自己学到什么了。
经过和同伴的商量,我们决定自己设计一个简单的实验。
就这样,我们好好复习了六到八的实验操作,原理等。
渐渐的觉得,其实也没有那么难得,事实证明这个操作很简单的,甚至比一到五的还简单。
我们两个人分工明确,一个人操作一个人说,监督一下,以防出错。
可是在操作的过程中,意外的情况发生了,我操作的时候,因为紧张,差点就导致了我们整个队伍不能演示正确的结果,这一点在日后的学习中,要好好注意,培养自己的抗压能力。
四总结和体会
其实要的总结还有体会,自己在上面的两个结果论证中都详细了论述了,这里在啰嗦几句。
就是自己在经过实验之后,渐渐的懂得了计算机组成的原理,并能设计一些简单的小实验。
不再像刚开始的那样,迷迷糊糊的都不知道学了什么,自己动手操作记忆更加的深刻,也有助于对概念的理解。
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- 计算机 组成 原理 课程设计