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
目录
1实习的目的和任务………………………………………………………………1
1.1实习的目的…………………………………………………………………1
1.2实习的任务…………………………………………………………………1
2实习要求…………………………………………………………………………1
3实习地点…………………………………………………………………………1
4主要仪器设备……………………………………………………………………1
5实习内容…………………………………………………………………………1
5.1计算机整机…………………………………………………………………1
5.1.1原理……………………………………………………………………2
5.1.2计算机软件系统………………………………………………………2
5.2计算机外设原理……………………………………………………………2
5.2.1CPU与I/O接口……………………………………………………2
5.2.2I/O接口与系统的连接……………………………………………3
5.3流水型微程序控制器的设计与调试………………………………………5
5.3.1实验步骤………………………………………………………………5
6问题讨论与分析…………………………………………………………………9
6.1计算机系统分析……………………………………………………………9
6.2计算机外设问题分析………………………………………………………9
7结束语……………………………………………………………………………10
参考文献……………………………………………………………………………11
计算机组成原理课程实习
1.实习的目的和任务
1.1实习的目的
进一步融会贯通教材内容,掌握计算机各功能模块的工作原理、相互联系和来龙去脉,完整地建立计算机整机概念;激发学生的学习热情和主动性,培养学生的独立工作能力,在实践活动中,将所知识综合运用,增长才干,并积累经验;培养严谨的科研作风,使学生利用先修课和计算机组成原理课程的理论知识和实验技能,在该课程所涉及的工程技术范围内,创造性地完成部件及系统的分析、设计、组装和调试,进一步加强实验技能的训练。
1.2实习的任务
分析计算机整机系统
分析计算机外设与主机的关系
设计一台微程序控制的指令级标题流水模型计算机
2.实习要求
按照实习要求完成相应的实习任务;
实现实习目的;
完成实习报告。
3.实习地点
计算机与信息学院硬件工程实验室田家炳404
4.主要仪器设备(实验用的软硬件环境)
1、ZY15CompSys12BB计算机组成原理及系统结构教学实验系统一台
2、TEC—4计算机组成原理实验仪一台
3、双踪示波器一台(并非必备)
4、直流万用表一只
5、逻辑测试笔一支
6、集成电路若干片
7、排线若干
8、PC机一台
5.实习内容
5.1计算机整机
5.1.1原理
一个完整的计算机系统应包括硬件系统和软件系统两大部分。
计算机硬件是指组成一台计算机的各种物理装置。
各种物理器件,是计算机进行工作的物质基础。
计算机软件是指在硬件设备上运行的各种程序以及有关的资料。
所谓程序是用于指挥计算机执行各种操作以便完成指定任务的指令集合。
计算机程序通常都是由计算机语言来编制,编制程序的工作称为程序设计。
5.1.2.计算机硬件系统
不管计算机为何种机型,也不论它的外形、配置有多大的差别,计算机的硬件系统都是由五大部分组成的:
运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
计算机系统的组成
5.1.2计算机软件系统
计算机的软件系统可以分为系统软件和应用软件两大类。
(1)系统软件
系统软件是指管理和维护计算机资源(包括硬件和软件)的软件。
系统软件是计算机系统的必备软件。
(2)应用软件
应用软件专门用于解决某个应用领域中的具体问题,因此,它具有很强的专用性。
由于计算机应用的日益普及,各行各业、各个领域的应用软件越来越多。
如:
各种信息管理软件;办公自动化软件;文字处理软件;辅助设计软件以及辅助教学软件等。
5.2计算机外设原理
5.2.1CPU与I/O接口
接口电路按功能可分为两类:
①使微处理器正常工作所需要的辅助电路:
时钟信号或中断请求等;
②输入/输出接口电路:
CPU与外部设备信息的传送(接收、发送)。
最常用的外部设备:
如键盘、显示装置、打印机、磁盘机等都是通过输入/输出接口和总线相连的,完成检测和控制的仪表装置也属于外部设备之列,也是通过接口电路和主机相连。
接口的功能(8种):
⑴寻址能力:
对送来的片选信号进行识别;
⑵输入/输出功能:
根据读/写信号决定当前进行的是输入操作还是输出操作;
⑶数据转换功能:
并行数据向串行数据的转换或串行数据向并行数据的转换;
⑷联络功能:
就绪信号,忙信号等;
⑸中断管理:
发出中斯请求信号、接收中断响应信号、发送中断类型码的功能,并具有优先级管理功能;
⑹复位:
接收复位信号,从而使接口本身以及所连的外设进行重新启动;
⑺可编程:
用软件来决定其工作方式,用软件来设置有关的控制信号;
⑻错误检测:
一类是传输错误。
另—类是覆盖错误;
注:
一些接口还可根据具体情况设置其它的检测信息。
5.2.2I/O接口与系统的连接
1.CPU与I/O设备之间的信号(三类)
(1)数据信息包括三种形式:
数字量、模拟量、开关量
•状态信息是外设通过接口往CPU传送的
如:
“准备好”(READY)信号、“忙”(BUSY)信号
•控制信息是CPU通过接口传送给外设的
如:
外设的启动信号、停止信号就是常见的控制信息
2.接口部件的I/O端口:
⑴数据端口、⑵控制端口、⑶状态端口
CPU和外设进行数据传输时,各类信息在接口中进入不同的寄存器,一般称这些寄存器为I/O端口,每个端口有一个端口地址。
用于对来自CPU和内存的数据或者送往CPU和内存的数据起缓冲作用的,这些端口叫数据端口。
用来存放外部设备或者接口部件本身的状态,称为状态端口。
用来存放CPU发出的命令,以便控制接口和设备的动作,这类端口叫控制端口。
如下图
图5.2.1外设与主机的关系
注:
⑴输入还是输出,所用到的地址总是对端口而言的,不是对接口部件而言的。
⑵为了节省地址空间,将数据输入端口和数据输出端口对应同一个端口地址。
同样,状态端口和控制端口也常用同一个端口地址。
⑶CPU对外设的输入/输出操作就归结为对接口芯片各端口的读/写操作。
联络信号:
读/写信号,以便决定数据传输方向。
地址译码器,片选信号:
地址译码器除了接收地址信号外,还用来区分I/0地址空间和内存地址空间的信号(M/
)用于译码过程。
注:
⑴一个接口通常有若干个寄存器可读/写,
⑵一般用1-2位低位地址结合读/写信号来实现对接口内部寄存器的寻址。
3.输入输出的寻址方式
CPU对外设的寻址方式通常有两种:
(1)存储器对应输入输出方式
每一个外设端口占有存储器的一个地址。
优点:
CPU对外设的操作可使用全部的存储器操作指令,寻址方式多,使用方便灵活,且可寻址的外设数量多。
缺点:
由于外设占用了存储单元的地址,使内存的容量减小,同时,程序的可读性下降。
(2)端口寻址的输入输出方式
CPU有专门的输入输出指令(IN,OUT),通过这些指令中的地址来区分不同的外设。
优点:
容易掌握,编出的程序可读性好。
缺点:
可寻址的范围较小,还必须有相应的控制线(M/
)来区分是寻址内存还是外设。
5.3流水型微程序控制器的设计与调试
5.3.1实验步骤
接线
1.将跳线开关J1用短路子短接。
时序发生器的输入TJI接控制存储器的输出TJ。
控制器的输入C接运算器ALU的C。
控制器的输入IR7、IR6、IR5、IR4依次指令寄存器IR的输出IR7、IR6、IR5、IR4。
共6条线。
2.控制器的输出LDIR(CER)、LDPC(LDR4)、PC_ADD、PC_INC、M4、LDIAR、LDAR1(LDAR2)、AR1_INC、M3、LDER、IAR_BUS#、SW_BUS#、RS_BUS#、ALU_BUS、CEL#、LRW、WRD、LDDR1(LDDR2)、M1(M2)、S2、S1、S0依次与数据通路的对应信号连接。
共27条线。
3.指令寄存器IR的输出IR0接双端口寄存器堆的RD0、WR0,IR1接RD1、WR1,IR2接RS0,IR3接RS1。
共6条线。
合上电源。
按CLR#按钮,使实验系统处于初始状态。
(1)指令通路:
图5.3.1-1数据通路总体图
图5.3.1-1微程序控制器的组成
(2)实验主程序:
地址
指令
机器代码
00H
LDAR0,[R2]
01011000
01H
LDAR0,[R3]
01011101
02H
ADDR0,R1
00000100
03H
JC+5
10010101
04H
ANDR2,R3
00111110
05H
SUBR3,R2
00011011
06H
STAR3,[R2]
01001011
07H
MULR0,R01
00100100
08H
STP
0110****
09H
JMP[R1]
100001**
微指令
KT
KRD
KWE
KLD
PR
QE
KT1
KRR
STP
当前微地址
00
17
3F
3E
27
3D
3C
37
33
32
31
30
07
05
40
47
46
45
44
16
26
下一微地址
07
3F
3E
3F
3D
3C
3D
33
32
31
30
33
05
10
47
46
45
44
46
10
10
P0
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P1
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P2
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P3
1
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*INTS
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*INTC
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LDIR(CER)
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LDPC(LDR4)
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PC-ADD
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PC-INC
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M4
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*LDIAR
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LDAR1(LDAR2)
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AR1-INC
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M3
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0
0
LDER
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*IAR-BUS#
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1
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1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
SW-BUS#
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0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
RS-BUS#
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
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ALU-BUS
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CEL#
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0
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0
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1
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1
0
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1
1
1
LRW
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0
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0
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0
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WRD
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LDDR1(LDDR2)
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M1(M2)
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S0
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S1
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S2
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TJ
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1
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.1
1
1
微程序流水控制器使用的控制信号表:
微指令ADDSUBMULANDLDASTAJMPJC
当前微地址10203B11213A122239132338152536142435182819290F1F
下以微地址3B3B203A3A2039392038382036362035351005050F0F1005
P0000000000000000000000000
P2001001001001001001110011
P3000000000000000000000000
*INTS000000000000000000000000
*INTC000000000000000000000000
LD_IR001001001001001001000010
LD_PC000000000000000000110001
PC_ADD000000000000000000000001
PC_INC001001001001001001000010
M4000000000000000000110000
*LD_IAR000000000000000000000000
LD_AR1001001001001111111000010
AR1_INC000000000000000000000000
M3000000000000000000000000
LD_ER001001001001001000000000
*IAR_BUS#111111111111111111111111
SW_BUS#111111111111111111111111
RS_BUS#111111111111001001001111
ALU_BUS#001001001001000001000000
CEL#111111111111110110111111
LRW000000000000001000000000
WRD010010010010010010010100
LD_DR1110110110110000011000000
M1000000000000000000000000
S0000001000000000001000000
S1001001000000000000000000
S2000000001000000000000000
TJ000000000000000000000000
(3)存程序机器代码,设置通用寄存器R1、R2及内存相关单元的数据。
地址CM4CM3CM2CM1CM0地址CM4CM3CM2CM1CM0
000005C00207280014C12105
01290015C0000F
022A
032B
042C
050005C491102D
062E
0700054120052F
08300415C00033
09310005600030
0A320405C01031
0B330001400032
0C34
0D350083C49110
0E360009E49120
0F0015C49110370405540033
100025C0003B380007E49120
110025C0003A390207E49120
120025C000393A0187E49120
130025C000383B0107E49120
140024C000353C0405C8003D
150004C400363D000140003C
160405C491103E0005C8003F
17000544003F3F0409C0003E
180004C12105400005C00247
190005C0000F41
1A42
1B43
1C440404C00046
1D450005C01044
1E460001400045
1F0005C06105470405540046
200035C0003B
210035C0003A
220035C00039
230035C00038
240034C40035
250014C40036
260415C49110
27040544003D
6.问题讨论与分析
6.1计算机系统分析
控制器和运算器通常集中在一块芯片上,构成中央处理器(CenterProcessingUnit),简称为CPU。
中央处理器是计算机的核心部件,是计算机的心脏。
微型计算机的中央处理器又称为微处理器。
存储器是计算机存储程序和数据的部件。
有了存储器,计算机才有记忆功能。
根据存储器的组成介质、存取速度的不同又可分为内存储器(简称内存或主存,就是通常说的内存条)和外存储器(简称外存或辅存,就是通常所说的磁盘)两种。
把内存和中央处理器统称为主机。
内存的特点是存储容量较小,存取速度快,价格较高。
外存位于主机的外部,它的特点是存储容量大,价格低,存取速度相对较慢。
外存可以帮助计算机存储更多的信息,通常是成批地与内存交换信息。
存储器(内存和外存)中含有大量的存储单元,每个存储单元可以存放八位的二进制信息,这样的存储单元称为一个字节(Byte),即存储器的容量是以字节为基本单位的。
内存可分为RAM(RandomAccessMemory,随机存取存储器)和ROM(ReadOnlyMemory,只读存储器)。
ROM的特点是其中存入的内容只能读出不能写入,但断电后,ROM中的内容依然存在。
RAM是仅次于CPU的宝贵系统部件。
RAM的特点是其中存放的内容可随时读写,但断电后,RAM中存放的内容会全部丢失。
用户输入的数据和程序都存放在内存RAM中。
6.2计算机外设问题分析
1.为什么要用接口电路
需要分析一下外部设备的输入/输出操作和存储器读/写操作的不同之处:
存储器都是用来保存信息的,功能单一,传送方式单一(一次必定是传送1个字节或者1个字),品种很有限(只有只读类型和可读/可写类型),存取速度基本上和CPU的工作速度匹配.。
外部设备的功
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- 关 键 词:
- 计算机 组成 原理 课程设计