复杂模型机的设计与实现
一．课程设计题目：
复杂模型机的设计与实现
二．设计目的
综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。
三．实验环境
1．硬件环境：
A.Dais-CMB+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。
B.PC 机
2．软件环境
A.操作系统。
B.Dais-CMB+应用软件。
四．设计要求
1．熟悉Dais-CMB+应用软件的工作环境，掌握各种功能的使用。
2．拟定数据格式及指令系统:
A.数据格式
拟采用定点补码表示数据，且字长为8位，其格式如下：
其中第7-1≤X<1。
B.指令格式
模型机设计四大类指令格式共16条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访问及转移指令和停机指令。
算术逻辑指令:设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：
器，并规定：
其中
9 条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表 1。
访问指令及转移指令:模型机设计 2 条访问;指令，即存数（STA ）、取数 （LDA ）,2 条转移指令,即无条件转移(JMP)结果为零或有进位转移指令(BZC),
其中
)。D 为位
I/O 指
其中，addr =10 时，选中“INPUT DEVICE ”中的开关作为输入设备，addr
=11 时，选中“OUTPUT DEVICE”中的 LED 作为输出设备。
停机指令: 指令格式如下：
HALT
C.指令系统
本模型机共有 16 条指令，其中算术逻辑指令 7 条，访问内存指令和程序控 制指令 4 条，输入输出指令 2 条，其他指令 1 条。表 6-1 列出了各条指令的格 式、汇编符号、指令功能。
计算机组成原理课程设计实验报告
2
10 R2
表1
3.总体设计:
模型机的数据通路框图参照图1，要求如下：
(1)选用适当软件画出数据通路框图；
(2)写出图中选用芯片的逻辑功能，并标出外引脚；
(3)说明图中各芯片的作用；
(4)列出图中所有微操作信号，说明其功能。
计算机组成原理课程设计实验报告3
B．写出上图中选用芯片的逻辑功能，并标出外引脚；
74LS161N芯片介绍：
1. 芯片图：
2. 逻辑功能：
计算机组成原理课程设计实验报告4
74LS161为异步清零计数器
74LS161功能表
RD LD ET EP CP D3 D2 D1 D0Q3 Q2 Q1 Q0
0 ×
1 0
1 1
1 1
1 1
×××
××↑
0 ××
×0 ×
1 1 ↑
××××
D C B A
××××
××××
××××
0 0 0
D C B A
保持
保持
计数
74LS181芯片介绍：
1.芯片图：
2.逻辑功能：
74LS181为算术逻辑单元/函数产生器。181能执行16种算术运算和16种逻辑运算，当工作方式控制端（M）为低点平时执行算术运算，当工作方式控制端（M）为高电平时执行逻辑运算。运算功能由选择端（S0-S3）决定。
其功能表如下：
计算机组成原理课程设计实验报告5
74LS273芯片介绍：
1.芯片图：
2.逻辑功能：
SN74LS273是一个8位的高速寄存器，这种触发器由8种D触发器组成，具有共同的时钟和异步活动的低电平控制端。
74LS299芯片介绍:
1.芯片图：
计算机组成原理课程设计实验报告6
2.逻辑功能：
74LS373芯片介绍：
1.芯片图：
2.逻辑功能:
74LS273为8D触发器，CLR为低电平有效的清除端，当CLR=0时，输出全为0且与其他输入端无关；CP端是时钟信号，当CP由低电平向高电平跳变时刻，D端输入数据传送到Q输出端。
74LS373是带三态缓冲输出的8D锁存器，由于单片机的三总线结构中，数据线与地址线的低8位共用P0口，因此必须用地址锁存器将地址信号和数据信号区分开。74LS373的锁存控制端G直接与单片机的锁存控制信号ALE相连，
计算机组成原理课程设计实验报告7
在ALE的下降沿锁存低8位地址。
6116芯片介绍：
1.芯片图
2.逻辑功能
6116有11条地址线A0～A10；8条双向数据线I/O0～I/O7；CE 为片选线，低电平有效；WE 写允许线，低电平有效；OE读允许线，低电平有效。6116的操作方式如下表所示。
表： 6116功能表：
CE OE WE方式I/O0～I/O7
H××未选中高阻
L L H读O0～O7
L H L写I0 ～ I7
L L L写I0 — I7
4.设计微程序流程:
根据机器指令系统要求，设计微程序流程图并确定微地址。（参考图2）要求：
●
●
拟出各指令的读取与执行流程，及其操作时间表。
按照系统建议的微指令格式，参照微指令流程图，将每条指令代码化，译成二进制代码表，并将二进制代码表转移为联机操作时的十六进制格式文件
32 31 302928262524232221201918171615
A AR备用A9A8CE LOAD CN M S0S1S2S3
B LDAR
计算机组成原理课程设计实验报告8 14131
2
3
4
12111098765
A
B 字段
说明：DDR1 表示 LDDR1；DDR2 表示 LDDR2
计算机组成原理课程设计实验报告
9
LDPC LDIR SW B UA5 UA4 DDR2 DDR1 LDRi WE UA0 UA1 UA2 UA3
5．编写程序:
(1)利用PC机编写程序，并记录单步，宏单运行时的微指令显示，微地址显示，数码管显示结果；
(2)分析单步运行时数据通路和各部件的运行情况。
编写的程序如下：
P00 84 ； IN R0
P01 85 ； IN R1
P02 21 ； ADD 30H ，R1
P03 30
P04 11 ； MOV R1，R2
P05 F2 ； RLC R2
P06 E0 ； RL R0
P07 22 ； ADD R2 ，R0
P08 C0 ； RRC R0
P09 60 ； STA 0BH ，R0
P0A 0B
P0B 80 ； OUT BUS ，0AH
P0C 0A
计算机组成原理课程设计实验报告
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P0D A0 ； JMP 00H
P0E 00
P0F C0 ； HAIT
五. 处理程序：
1．机器程序和与其对应的微控制程序的写入：
在联机状态下，首先应打开cmb1.abs（模型机〈一〉机器指令及对应微指令编辑文本），然后点击“！”图标进入连接装载，一旦屏幕自动弹出动态调试窗口表示代码及微代码下载已成功，进入Windows95在线集试调试环境。
2．运行程序：
●单步运行微程序
键入数字键00（PC地址从00H开始），然后每按动一次“单步”命令键，运行一条微指令。对照微程序流程图，观察微地址显示灯是否和流程一致。
●单步运行机器程序
键入数字键00H（PC地址），然后每按动一次“宏步”命令键，运行一条机器指令。对照机器指令程序，观察微地址显示灯是否和流程一致。
●程序设连续运行与暂停程序
键入数字键00H（PC地址），按动“运行”命令键使模型机进入实时运行状态。在实时运行状态按“宏单”键执行的暂停命令，使模型机进入停机状态，参照机器指令及微程序流程图，将实验现象与理论分析比较。
3．程序装载
在联机状态下，首先应打开（模型机〈三〉机器指令及对应微程序编辑文本），然后单击“！”图标进入连接装载，一旦屏幕自动弹出动态调试框表示代码代码及微代码已下载成功，已进入在线集试调试环境：使用者若打开示图窗后再点击与运行相关的图标，PC以追踪方式动态显示模型机运行轨迹。
六．程序运行结果记录及分析：
计算机组成原理课程设计实验报告
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七．实习总结：通过对〈〈计算机组成原理〉〉的学习，深刻体会到了计算机的
硬件和软件是不可分割的整体，它们统一完成一项重要的任务，同时懂得硬件与
软件之间的可以相互替代，但是硬件完成的效率要快一些，而软件完成要比较慢些。这次的微程序的设计运行及调试给了我们很深的影响，表现在我们的动手能
力比较差。但是这次的任务比较重，主要是对硬件知识了解的不够透彻不够熟悉，才导致了我们不能很快的完成任务。我们通过上网查资料，找书看各种渠道的方
法找关于实验的方面的资料，好比，各种芯片及其个引角的功能，仔细的研究各
芯片之间的联系，把所要设计的电路图设计完整。
通过这次的实验我们懂得了不少的东西以及心得体会，主要有完成一件任
务
是要独立的完成，养成一个良好的习惯，学会利用各种的资源来查找资料，（学
会学习），还有是在设计当中知道了很多芯片的功能，完成某项功能，如何进行
巧妙的设计电路，懂得的算术器，控制器，存储器的结构和运行过程，这对我们
来说是一次很大的收获。
还有就是在实验当中懂得怎么样把汇编语言换成机器所能执行的机器代码，
而不能直接执行人门所能理解的语言，那是不行的，计算机只懂得它所固定格式
的代码命令，所以计算机执行的都是固定格式的机器代码，人们看到和编写的只
是人们所理解的字符，执行人们所能理解的字符时，还得将其转化成相应的机器
代码才能执行。通过的所学知识的设计电路是维持计算机工作的核心部件，没有
它将不能做任何事情。
通过记录微程序在微单步的执行下的步骤，可以清楚的看到一切的执行步
骤和流程，懂得控制平台的控制控制程序及其工作步骤，在此一切的数据流下及
其取指令的流程都一清二楚。观测记录所得执行一条汇编指令，机器就可能执行
机器代码好几行的命令。各模块之间的相互传输及调用，看到流程的一切
计算机组成原理课程设计实验报告
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动向，最终学会设计一个简单的数据流程图。
计算机组成原理课程设计实验报告13
计算机组成原理复杂模型机设计实验遇到的问题及解决方法 在计算机组成原理复杂模型机设计实验中，可能会遇到以下问题及对应的解决方法： 问题1：设计中的模型出现逻辑错误或功能缺陷。 解决方法：检查设计模型的逻辑，确保各个部分的连接、信号传递等没有错误。借助模拟器或仿真软件进行功能测试和调试，找出错误并进行修复。可以参考相关教材、资料或请教老师和同学。 问题2：设计模型的性能不达标或满足不了要求。 解决方法：评估性能不足的原因，可能是模型中的某些组件或算法存在瓶颈。可以尝试优化设计，如采用更高效的算法、增加硬件资源或调整设计参数。借助性能分析工具进行性能测量和分析，找到瓶颈所在并进行改进。 问题3：操作系统和硬件之间的兼容性问题。 解决方法：在设计过程中要考虑操作系统和硬件的兼容性，选择合适的硬件平台和操作系统版本。可以参考相关文档和标准，确保操作系统和硬件之间的接口兼容性。如果出现兼容性问题，可能需要调整硬件设计或修改操作系统驱动程序。 问题4：实验环境搭建和调试困难。 解决方法：在实验环境搭建前，要详细了解实验需求和条件，准备必要的软硬件设备。在实验过程中，遇到问题要耐心调试，可以借助调试工具和仪器进行故障排查。同时，及时记录实验过程和结果，便于问题分析和解决。 问题5：设计模型的测试和验证难度大。 解决方法：为了保证设计模型的正确性和稳定性，需要进行全面的测试和验证。可以设计并执行针对不同功能模块和整体系统的测试用例，包括功能测试、性能测试、稳定性测试等。同时，可以采用仿真和验证工具，如模型检查、形式化验证等方法进行模型的验证。 以上只是一些可能遇到的问题和解决方法，根据具体情况可能还会面临其他问题。在实验过程中要注重细致的工作，与同学和老师多沟通交流，积极寻求帮助和建议，以便顺利解决问题。
课程设计任务书 课程名称：计算机组成原理 设计题目：（共3个课题，最多3人一组，每组任选一题） 1.基本模型机设计与实现； 2.带移位运算的模型机的设计与实现； 3.复杂模型机的设计与实现。 已知技术参数和设计要求： 容和技术参数： 利用所学过的理论知识，特别是微程序设计的思想，写出要设计的指令系统的微程序。设计环境为TDN－CM＋计算机组成原理教学实验系统，微机，虚拟软件。将所设计的微程序在此环境中进行调试，并给出测试思路和具体程序段。最后撰写出符合要求的课程设计说明书、完成答辩。 1.基本模型机设计与实现 指令系统至少要包括六条不同类型指令：如一条输入指令，一条减法指令,一条加法指令，一条存数指令，一条输出指令和一条无条件转移指令。 2. 带移位运算的模型机的设计与实现 在基本模型机的基础上增加左、右循环和左、右带进位循环四条指令
3. 设计不少于10条指令的指令系统。其中，包含算术逻辑指令，访问存指令，程序控制指令，输入输出指令，停机指令。重点是要包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。 以上数据字长为8位，采用定点补码表示。指令字长为8的整数倍。微指令字长为24位。 具体要求： 1、确定设计目标 确定所设计计算机的功能和用途。 2、确定指令系统 确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式。确定相对应指令所包含的微操作。 3、总体结构与数据通路 总体结构设计包括确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构。在此基础上，就可以拟出各种信息传输路径，以及实现这些传输所需要的微命令。 综合考虑计算机的速率、性能价格比、可靠性等要求，设计合理的数据通路结构，确定采用何种方案的总线及外总线。数据通路不同，执行指令所需要的操作就不同，计算机的结构也就不一样。 4、设计指令执行流程 数据通路确定后，就可以设计指令系统中每条指令所需要的机器周期数。对于微程序控制的计算机，根据总线结构，需考虑哪些微操作可以安排在同一条微指令中，哪些微操作不能安排在同一条微指令中。
复杂模型机实验报告 篇一：复杂模型机实验报告 信息学院篇二：复杂模型机的组成与运行实验报 告内蒙古师范大学计算机与信息工程学院 《计算机组成原理》课程设计报告题目十五: 复杂模型机的组成与运行目录 1[ 任务述] (2) 1.1 .........题目称................................... 2 1.2 求. 2 1. 3 实验目的........................... (2) 2［设计设备] .................... 2 3［设计原理和方
法] .................... (2) 3.1设计原理........................... 3 .............................................. 3 ................................................... 3 ................................................... 3 ................................................... ................................ 4 3.2 设计依据................................... 5 3.2.1 详细设计 5 ...................................................
(8) 4 [ 代码单] (9) 4.1 微程序图........................... 9 4.2 机器指令代
评语: 课中检查完成的题号及题数： 成绩: 自评分: 实验报告 实验名称：基于复杂模型机两个8位二进制数乘法的实现日期： 本人信息 班级：学号：姓名： 一、实验目的： 1、综合运用所学计算机组成原理知识，设计并实现较为完整的计算机； 2、理解计算机运行的原理以及微指令架构； 3、掌握原码一位乘实现的控制流程和硬件配置。 二、实验内容： 1、根据实验指导书提供的复杂模型机电路图连接电路，并校验电路 2、装载示例程序并运行，分析理解所增加的微指令 3、根据复杂模型机现有条件设计两个8位二进制相乘的程序 三、项目要求及分析： 要求：利用上述模型机通过编写程序实现两个8位二进制数的乘法运算。 分析： 要求利用复杂模型机现有的指令系统以及硬件电路设计一段实现八位二进制数相乘的程序。因为乘法在计算机中有多种算法实现，包括整数乘、小数乘、原码乘、补码乘等等，因为此次实验并不要求给出一个完整的实用乘法程序段，故实验程序只实现两
个八位二进制整数无符号相乘运算。 采用算法如下： 采用算法如下： 乘数 A A7A6A5A4A3A2A1A0 被乘数B 乘积 C = B·A0 +2（B·A1+2（B·A2+ ……2·B·A7））））））其中Ai为0或者1，在机器中使用原码表示2*X是使X左移1位。若不采用循环模式而是直接使用指令将该算法的乘积等式直接表示出来，需要A,B,RL（结果低位）,RH （结果高位）四个通用寄存器；而若使用循环模式，则需要除A、B、RL、RH外的CX（控制循环次数以及高低位相与寄存器）和AD（取中间结果高低位）的辅助。 此次实验为了充分的接触指令系统，采用循环模式。由于复杂模型机中只有R0、R1、R2、R3四个通用寄存器，故一些原来计划使用的寄存器改为使用主存。 另外，因为低位结果相加可能进位，所以修改原微指令ADD为带进位加法。 四、具体实现： 1. 画出算法流程图
硬件课程设计 ——复杂模型机设计
一． 实验目的： 经过一系列硬件课程的学习及相关实验后，做一个综合的系统性的设计，这在硬件方面是一个提高，进一步培养实践能力。 二． 实验内容： 搭建一台8位模型机，指令系统要求有10条 以上，其中包括运算类指令、传送类指令、 控制转移类指令、输入输出指令、停机指令等。 三． 实验思路： 1、确定设计目标：确定所设计计算机的功能和用途。 2、确定指令系统：确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式。 3、确定总体结构与数据通路：总体结构设计包含确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构，列出各种信息传送路径以及实现这些传送所需要的微命令。 4、设计指令执行流程：数据通路确定后，就可以设计指令系统中每条指令的执行流程。根据指令的复杂程度。每条指令所需要的机器周期数。对于微程序控制的计算机，根据总线结构，需要考虑哪些微操作可以安排在同一个微指令中。 5、确定微程序地址：根据后续微地址的形成方法，确定每条微程序地址及分支转移地址。 6、根据微指令格式，将微程序流程中的所有微操作进行二进制代码化，写入到控制存储器中的相应单元中。 7、组装、调试：在总装调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有功能模块工作正常后，才能保证整机的运行正确。 四． 实验原理： 4.1指令系统及指令格式： 指令系统包括：算术逻辑运算指令、访存指令、控制转移指令、I/O 指令、停机指令。 一般指令格式： 指令系统如: ADD RS,RD MOV DATA,RD MOV RS,[ADDR] JZ ADDR IN RD HALT 其中RS 、RD 为R0、R1、R2中之一 ，DA TA 为立即数，ADDR 为内存地址。 DATA/ADDR OP-CODE RS RD DATA/ADDR 00 M OPCODE RD
一、课程设计目的： 本课程设计是《计算机组成原理》课程之后开设的实践环节课程。通过本课程设计，使学生进一步加深对计算机原理系列课程相关内容的理解，掌握CPU设计的基本方法和计算机系统的组成原理，进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；锻炼计算机硬件的设计能力、调试能力；培养严谨的科学实验作风、良好的工程素质及团队协作精神，为今后的工作打下基础。 基于计算机组成原理教学实验系统设计并实现一个具有16条机器指令、采用微程序控制器的8位计算机。 二、课程设计要求： 根据设计课题要求，给出模型机的设计方案（包括指令系统和硬件结构）。画出所设计计算机的硬件连接图，针对所设计的指令系统编写出相应的微程序。对所设计的计算机进行安装与调试。编写测试程序，对系统进行验证。编写课程设计报告。 （1）BZC—>NBZC （2）INC Rd—>INC Rs,Rd （3）RRC Rd—>RR Rs,Rd （4）RLC Rd—>RLC Rs,Rd 指令格式和指令系统 数据格式 模型机规定采用定点补码表示数据，且字长为8位，其格式如下： 其中第7位为符号位，数值表示范围是：-1≤X＜1。 指令格式 模型机设计四大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访问及转移指令和停机指令。 ⑴算术逻辑指令 设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下： 其中，OP-CODE为操作码，Rs为源寄存器，Rd 为目的寄存器，并规定：
9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表7-12-1。 ⑵ 访问指令及转移指令 模型机设计2条访问指令，即存数（STA ）、取数（LDA ），2条转移指令，即无条件转移（JMP ）、结果为零或有进 位转移指令（BZC ），指令格式为： 其中“0 0 M ”为源码段，2OP-CODE 为目的码段（LDA 、STA 指令使用）。D 为十六位地址段（低八在前，高八随后），M 为源寻址模式，其定义如下： ⑶ I/O 指令 输入（IN ）和输出（OUT ）指令采用单字节指令，其格式如下： ⑷ 停机指令 指令格式如下： HALT 指令，用于实现停机操作。 指令系统 本模型机共有16条基本指令，其中算术逻辑指令7条，访问内存指令和程序控制指令4条，输入输出指令2条，其它指令1条。下表列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。
哈尔滨工程大学 实验报告 实验名称：复杂模型机设计与实现 班级： 学号： 姓名： 实验时间： 成绩: 指导教师: 程旭辉附小晶 实验室名称：计算机专业实验中心
一、实验名称：复杂模型机的设计与实现 二、实验目的： 1．综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。 2．设计指令系统. 3．编写简单程序，在所设计的复杂模型计算机上调试运行。 三、实验设备： GW—48CPP系列计算机组成原理实验系统. 四、实验原理： 1．数据格式 模型机采用定点补码表示法表示数据，字长为8位，其格式如下： 其中第7位为符号位，数值表示范围是：—1≤1。 2．指令格式 所设计的指令分为四大类共十六条,其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访问、转移指令和停机指令. （1)算术逻辑指令 设计9 其中，OP-CODE为操作码，rs为源寄存器，rd为目的寄存器，并规定： (2）访问指令及转移指令 访问指令有2条，即存数（STA）、取数(LDA）;2条转移指令，即无条件转移（JMP)、结果为零或有进位转移指令(BZC），指令格式为: 其中，OP—CODE为操作码，rd为目的寄存器地址（用于LDA、STA指令）.D为位移量(正负均可），M为寻址模式，其定义如下： 在本模型机中规定变址寄存器RI为寄存器R2. （3）I/O指令
输入（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令,其格式如下: 其中,addr=01时选中“INPUT DEVICE”中的键盘输入设备，addr=10时，选中“OUTPUT DEVICE”中的LCD点阵液晶屏作为输出设备. (4）停机指令 指令格式如下： 3．指令系统 共有16条基本指令，其中算术逻辑指令7条，访问内存指令和程序控制指令4条，输入/输出指令2条,其他指令1条.各条指令的格式、汇编符号、功能如表7—1所示。
基本模型机的设计与实现实验报告 本文将围绕“基本模型机的设计与实现实验报告”进行分析和阐述。基本模型机的设计与实现是计算机系统课程中的重点内容，是学 生理解计算机系统的核心；设计和实现基本模型机需要学生掌握计算 机组成原理的基本知识，能够编写汇编语言程序和理解存储器层次结 构等相关概念。 一、实验目的 本次计算机系统实验的目的是掌握CPU的设计与实现，以及理解 汇编语言的底层执行过程。通过本次实验，学生可以深入了解计算机 系统的基本组成部分，从而提高对计算机实现原理的认识和理解。 二、实验中设计与实现模型机的步骤 1、确定模型机性能要求 根据实验要求，我们需要设计出一个能够运行汇编语言程序的模型机。此时，我们需要确定模型机的性能需求，如运行速度、存储容量和输 入输出设备等方面。 2、设计和实现CPU 在模型机中，CPU是核心部件，所以首先需要设计和实现CPU。CPU需 要包括寄存器、算术逻辑单元、控制器和取指令等组成部分。由于我 们使用的是逻辑电路实现，所以需要进行逻辑门设计，采用Verilog 语言来实现。 3、设计和实现存储器 存储器是CPU所需的重要组成部分之一，我们需要为CPU设计实现一 套存储器，包括RAM和ROM两部分，其中RAM用于存储数据，ROM用于存储指令。 4、设计和实现输入输出设备 在模型机中，输入输出设备也是必不可少的部分。我们需要设计并实 现一套输入输出设备，用于用户输入指令和数据，以及模型机输出结果。
5、编写汇编程序 在完成模型机的设计和实现后，我们需要编写汇编程序来测试模型机的功能是否正常。我们可以编写一些简单的汇编程序来测试模型机的运行速度和结果准确性。 三、实验结果与分析 经过实验，我们成功地设计并实现了一套基本模型机，并编写了一些简单的汇编程序进行测试。模型机具有较高的运行速度和存储容量，并且可以实现输入输出设备的基本功能。同时，我们也发现了一些问题，如指令与数据存储的冲突等，需要进一步改进。在完成实验过程中，我们深刻理解了计算机系统的结构和运作原理，提高了对计算机系统的认识和理解能力。 总之，通过本次实验，我们深入了解了计算机系统的基本组成部分和运作原理，了解了汇编语言的底层执行过程和指令的执行流程。同时，我们也提高了CPU、存储器和输入输出设备的设计和实现能力，以及Verilog语言的使用能力。这对我们将来从事计算机系统工作的过程中有相当明显的帮助。
课程设计报告 课程名称：计算机组成原理 题目名称：复杂模型机的设计与实现 专业名称：计算机科学与技术 班级： 学号： 学生姓名：雷彬 同组人：曹子恺 指导老师：单博炜 完成时间：2014年12月29日至2014年1月4日第一章课程设计概 述 (1) 课程设计的教学目的 (1) 课程设计任务和基本要求 (1) 第二章规定项目的实验验证 (2) 实验线路图 (2) 测 试 (2) 写程 序 (2)
联机读写程序 (3) 运行程 序 (6) 第三章指定应用项目的设计实现 (6) 设计任务 (6) 任务分析及解决方案 (6) 设计原理 (7) 程序运行分析及讨论 (12) 第四章收获和体 会 (13)
第一章、课程设计概述 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,深入掌握数据信息流和控制信息流的方法,进一步加深对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;在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; 此次课题的目的是完整设计一台模型计算机,进一步建立整机的概念;借助于TDN-CM++的内部可编程资源,运算器单元,控制存储器,微命令寄存器,地址转移逻辑,微地址寄存器,控制时序信号单元,寄存器组,总线,输入\输出单元等,用微程序的方式设计一台的模型计算机;设计包括模型计算机组成的设计,指令系统的设计,并用汇编语言完成设计并调试成功因此我们先通过一个复杂模型机的设计实验来进行实际的计算机设计和实现,然后安排了用CPLD 来实现一个CPU 中的大部分功能的设计实验,接着讨论了输入输出系统的概念、分类、接口、寻址、基本控制方式等,根据后续微地址的形成方法,确定每条微程序地址及分支转移地址;根据微指令格式,将微程序流程中的所有微指令代码化,转化成相应的二进制代码,写入到控制存储器中的相应单元中;在总调试前,先按功能模块进行组装和分调,因为只有各功能模块工作正常后,才能保证整机的运行正确;当所有功能模块都调试正常后,进入总调试;连接所有模块,用单步微指令方式执行机器指令的微程序流程图,当全部微程序流程图检查完后,若运行结果正确,则在内存中装入一段机器指令,进行其他的运行方式等功能调试及执行指令的正确性验证;在验证正确后再自己修改几条微程序,再调试验证是否达到自己的目的; 课程设计的任务和基本要求 1、设计任务 综合运用所学计算机组成原理知识,设计并实现较为完整的计算机; 2、基本要求 利用所学过的理论知识,特别是微程序设计的思想,设计基于微程序控制器的模型计算机,包括设计相应的硬件平台、机器指令系统和微指令等;设计环境为TD－CMA计算机组成原理教学实验箱、微机,联机软件等;同时设计好基于模型机
实验六复杂模型机的设计与实现 本实验旨在介绍复杂模型机的设计与实现，包括硬件设计、软件开发以及测试等环节。 一、实验目的 1、了解复杂模型机的原理和结构。 4、学会使用测试工具对复杂模型机进行测试和验证。 二、实验原理 复杂模型机是一种灵活多变的系统，其结构和输入规则可以进行修改和扩充。其原理 是通过对输入的逐步处理和变换，获取到相应的输出结果。 复杂模型机的硬件设计包括电路结构和部件选择等方面，需要根据具体的应用场景进 行选择和设计。而软件开发则包括编程语言、算法设计以及接口设计等方面。最终，测试 是对复杂模型机进行验证的过程，通过测试可以发现系统中存在的问题，进行修改和优化。 三、实验内容 1、硬件设计 硬件设计是复杂模型机设计中一个非常重要的环节。根据具体的应用场景，需要选择 合适的器件和电路结构。 例如，在一些需要大量数据传输的应用场景中，需要选择高速缓存、高速总线等器件，以提升系统处理速度。此外，还需要注意信号处理、干扰防护、热稳定性等问题。 2、软件开发 软件开发包括编程语言的选择、算法设计、接口设计等方面。在编程语言的选择方面，C、C++、Python等语言都有优缺点，需要根据实际情况进行选择。 算法的设计则是根据具体的应用场景来的。例如，在图像处理领域中，常用的算法有 人脸识别、图像增强等。 接口设计包括输入输出接口的设计，需要实现对多种交互方式的支持，如图形界面、 脚本等。 3、测试和验证 测试和验证是对复杂模型机进行验证的过程，通过测试可以发现系统中存在的问题， 进行修改和优化。常用的测试工具包括单元测试、集成测试、性能测试等。 四、实验步骤
根据实际需求进行硬件设计，选择器件和电路结构。最终进行硬件搭建和测试。 根据实际需求进行软件开发和实现，包括编程语言的选择、算法设计、接口设计等方面。最终进行软件测试和验证。 五、实验注意事项 1、在进行实验前，需要对硬件和软件进行备份，以免因实验操作失误造成数据丢失或损坏。 2、在进行大规模测试前，需要对系统进行充分的测试和验证，以确保系统的稳定性和性能。 3、实验过程中需要注意保护个人隐私和知识产权，不得泄露私密信息或抄袭他人作品。 六、实验结果分析 经过硬件设计、软件开发和测试实验，可以获得一个功能齐全、性能稳定的复杂模型机。在实际应用中，可以发挥其灵活多变的特点，在不同的场景下实现多种处理需求。同时，可以通过测试和优化，进一步提升系统的性能和稳定性。
《计算机组成原理》课程设计说明书-模型机指令系统的设 计与实现 题目:模型机指令系统的设计与实现 院系: 专业班级: 学号: 学生姓名: 指导教师: 2010年12月10日 安徽理工大学课程设计(论文)任务书 学生姓学号专业(班级) 名 设计题模型机指令系统的设计与实现目 (1)用微程序控制器实现设计任务; 设 (2)要满足指令系统的性能要求; 计 (3)设计说明书能很好地反映设计内容技 术 参 数 参考实验指导书第四章模型机综合实验(微程序控制器)设计的过程， 设运用其微指令格式，独立设计指令系统。并用该指令系统中的指令编计一完成简单运算的程序，并进行调试运行。要 求 工
作要求设计说明书的字数在3000字以上。 量 2010.11.22-11.24 根据设计要求，查找相关资料，完成需求分析; 工 2010.11.25-11.28 进行系统的概要设计; 作 2010.11.29-12. 01 进行系统的详细设计和微程序的书写; 计 2010.12.02-12.05 对系统进行调试分析，写出课程设计报告。划 [1] 白中英.计算机组成原理(第四版).科学出版社.2008 参 [2] DJ-CPTH超强型计算机组成原理与系统结构实验指导书.启东市东考疆计算机有限公司.2008 资料 指导教师签字教研室主任签字 2010年6月20日 指导教师评语: 成绩: 指导教师: 年月日 目录 1 问题描 述 ..................................................................... .. (5) 1.1 设计目 的 ..................................................................... .. (5) 1.2 设计要 求 .....................................................................
计算机组成原理实验 复杂模型机实验的目标是设计和实现一个完整的指令系统和计算机硬件，使之能够执行一定的程序。这个实验要求实现一个有固定指令格式的机器，并在此基础上扩展指令集，实现更高级的功能。 在进行复杂模型机实验前，需要先了解计算机组成原理的相关知识，包括指令系统的设计原理、数据通路的设计原理和控制原理。然后，根据所学知识，设计出一个适合实验的复杂模型机的指令系统。 在指令系统的设计中，需要考虑指令的格式、操作数的寻址方式、指令的执行时间等因素。通过确定指令的格式和操作数的寻址方式，可以确定指令的长度和指令的寻址方式，从而决定了数据通路和控制的设计。 在数据通路的设计中，需要确定寄存器的数量和组织方式，确定数据通路中的各个功能模块以及它们之间的连接方式。数据通路负责存储数据并执行运算操作，它由寄存器、ALU、存储器和输入输出设备等组成。 在控制的设计中，需要确定指令的执行过程和控制信号的产生方式。控制负责根据指令的要求产生相应的控制信号，控制数据通路的工作。它通过解码指令和产生相应的控制信号来实现指令的执行。 在实验中，需要将设计好的指令系统通过硬件电路实现出来，并将其连接到一台计算机上。然后，通过编写程序将指令加载到计算机中，并观察计算机的运行结果。 通过进行复杂模型机实验，可以深入理解计算机的指令系统、数据通路和控制原理。同时，实验还可以培养学生的动手能力和解决实际问题的能力。
总结起来，复杂模型机实验是计算机组成原理实验中的一部分，通过 设计和实现一个完整的指令系统和计算机硬件，来研究计算机的指令系统、数据通路和控制原理。通过这个实验，可以深入理解计算机的工作原理， 并培养学生的动手能力和解决实际问题的能力。
复杂模型机的设计与实现 一、课程设计目的 1、设计主要完成的任务 （1）设计目标是使设计好的系统能在微程序控制下自动产生各部件单元的控制信号，实现特定指令的功能。计算机数据通路的控制要用微程序控制器完成，处理器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，在系统中按“单步”键可以实现相应的目标。 （2）本课程设计的内容是利用实验室的TDN-CM++教学实验箱，组建一较为复杂的模型计算机。并验证其能够正常运行；实现一个复杂模型机的七种操作功能，其中两步为数据开关置数功能，依次向寄存器R1、R2，锁存器LED中置数；两步为算术运算功能，分别对两个逻辑数进行加和减两种基本逻辑算术运算功能；两步是输出功能，可实现对多功能算术/逻辑运算的数据输出并显示的功能；一步是数据传送清零功能，传送全0字到目标；一步是增量功能，实现对操作数加1；最后一步是停机功能。 (3)用单步微指令方式执行机器指令的微程序流程图，当全部微程序流程图检查完后，若运行结果正确，则在内存中装入一段机器指令，进行其他的运行方式等功能调试及执行指令的正确性验证。 2、解决的主要问题 （1）分析给定的指令系统中的每一条指令所要完成的功能，写出执行过程中每步需要的微命令 （2）设计每条机器指令的执行流程。再组合成一个完整的系统微程序流程 （3）根据设计好的微程序流程图写出每一步对应的微指令。然后把微程序输入控制存储器。在此系统上进行编程，检验所设计的系统是否正确和完善。 二、设计的基本概念和原理 1、设计的基本概念 综合运用所学计算机组成原理知识，实现较为完整的计算机，并设计机器指令系统，运用其微指令格式，独立设计指令系统。并用该指令系统中的指令编一完成简单运算的程序（有数据输入和输出的）。并在所设计的复杂模型计算机上调试运行。从而让我们能够系统而完整地理解计算机硬件系统
LU AD 实验八、复杂模型机组成原理实验 、模型结构: 图中运算器ALU 由U7--U10四片74LS181构成，暂存器1 由U3U4 两片74LS273构成，暂存器2由U5 U6两片74LS273 构成。微控器部分控存由 U13--U15三片2816构成。除此之 外，CPU 的其他部分都由EP1K10集成。 存储器部分由两片 6116构成16位存储器，地址总线只 有低八位有效，因而其存储空间为 OOH--FFH 。 ffrXi IJ3 赫位夸=►佃4肝更住 ALU< ； TW LCM 订 >r-r ； ..■Ji ： •— CE 幷时币I i-^aa | ■ >-■■■- ~r 匸 曲馬总说m ^
输出设备由底板上的四个LED数码管及其译码、驱动构 成，当D-G和W/R均为低电平时将数据总线的数据送入数码管显示。在开关方式下，输入设备由16位电平开关及两个 三态缓冲芯片74LS244构成，当DIJ-G为低电平时将16位开关状态送上数据总线。在键盘方式或联机方式下，数据可由键盘或上位机输入，然后由监控程序直接送上数据总线，因而外加的数据输入电路可以不用。 本系统的数据总线为16位，指令、地址和程序计数器均为8位。当数据总线上的数据打入指令寄存器、地址寄存器和程序计数器时，只有低八位有效。 二、工作原理： 1、数据格式： 本实验计算机采用定点补码表示法表示数据，字长为16位，格式如下：
其中，第16位为符号位，数值表示范围是：-32768 --32767。 2、指令格式： (1)算术逻辑指令 设计9条单字长算术逻辑指令，寻址方式采用寄存器直接寻址。其格式如下：
课程设计报告 课程名称：计算机硬件系统设计课程设计实验地点：4702 专业班级：计Z1002班学号：2010001419 学生姓名：张龙 指导教师：王峥 成绩： 2013 年6 月24日至2013年7 月5日
目录 计算机组成原理部分 (1) 复杂模型机的设计与实现 (1) 一、设计目的 (1) 二、实验设备 (1) 三、设计要求 (1) 四、设计内容 (6) 五、程序代码 (13) 计算机接口部分 (14) 汽车信号灯控制系统 (14) 一、设计目的 (14) 二、实验环境 (14) 三、设计要求 (14) 四、设计内容 (15) 五、程序代码 (19) 总结与心得 (25)
计算机组成原理部分 复杂模型机的设计与实现 一、设计目的 综合应用所学计算机组成原理和汇编语言知识，设计并实现较为完整的模型计算机，培养学生独立分析和设计计算机硬件系统的能力。 二、实验设备 1. 硬件环境： Dais-CMB+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干，PC机。 2. 软件环境： 操作系统，Dais-CMB+应用软件。 三、设计要求 3.1、设计任务 1. 熟悉实验环境，即实验中涉及的硬件和软件，掌握这些环境工具的功能和使用方法。本实验中主要是Dais-CMB+软件及其工作环境。 Dais-CMB+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。 连接方法是：用二芯排线把位于实验装置左上方运算器的左下侧CYCZ接口与位于实验装置红色拨码开关右下方的FCFZ接口相连接。在联机状态下，首先应打开mXj.abs，然后点击“!”图标进入链接装载，一旦屏幕自动弹出动态调试窗口表示代码及微代码下载已成功，已进入windows在线集成调试环境。 2. 综合应用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的模型计算机。 3. 使用模型计算机指令编制程序完成下列功能之一： （1）乘法运算。（2）除法运算。（3）连加和连减运算。 4. 将程序译成二进制代码，并将二进制代码写入主存。