第一篇：計算機組成原理課程設計

《計算機組成原理》課程設計

任務書

中原工學院計算機學院 2007年6月

前言

“計算機組成原理”是大學本科計算機相關專業的一門核心專業基礎課程，必修，在先導課和后繼課之間起著承上啟下的作用。主要講授單處理機系統的組成和工作原理，包括運算器、存儲器、控制器和輸入輸出系統，其中控制器的設計是課程的重點和難點。為了讓學生能融會貫通各知識點，增強對計算機系統各模塊協同工作的認識，充分理解數據通路，掌握控制器的設計技術，課程設計一般也側重于控制器的設計。考慮到學生的基礎和現有實驗環境，本次課程設計的題目是“微程序控制器的設計與實現”。通過該課程設計，希望學生在理論與實踐相結合的基礎上，加深對計算機整機概念，進一步理解計算機的內部結構和時空關系，進一步理解和掌握微程序控制器的設計思想和具體方法、步驟，從而提高自行設計、調試和分析問題的能力。課程設計題目

微程序控制器的設計與實現

目的

? 鞏固和深刻理解“計算機組成原理”課程所講解的原理，加深對計算機各模塊協同工作的認識

? 掌握微程序設計的思想和具體流程、操作方法。? 培養學生獨立工作和創新思維的能力，取得設計與調試的實踐經驗。

? 嘗試利用編程實現微程序指令的識別和解釋的工作流程

內容

按照要求設計一指令系統，該指令系統能夠實現數據傳送，進行加、減運算和無條件轉移，具有累加器尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、存儲器直接尋址、立即數尋址等五種尋址方式。

具體要求

? 仔細復習所學過的理論知識，掌握微程序設計的思想，并根據掌握的理論寫出要設計的指令系統的微程序流程。指令系統至少要包括六條指令，具有上述功能和尋址方式。? 根據微操作流程及給定的微指令格式寫出相應的微程序 ? 將所設計的微程序在虛擬環境中運行調試程序，并給出測試思路和具體程序段

? 嘗試用C或者Java語言實現所設計的指令系統的加載、識別和解釋功能。? 撰寫課程設計報告。

設計環境

? 偉福COP2000型計算機組成原理實驗儀，微機，相關虛擬軟件。

? VC開發環境或者Java開發環境。

課程設計時間

? 1.5周

課程設計報告要求 完成設計任務后,在課程設計的最后階段,需要總結全部設計工作,寫出完整,規范的設計報告,在指定的時間內提交指導教師.課程設計報告要求有完整的格式,包括封面,目錄,正文等,具體如下:

一、封面

包括:課程設計題目,姓名,學號,班級,指導教師,完成日期.二、目錄

正文前必須要有目錄.三、正文 正文包括的內容有: ⑴ 設計任務與要求;⑵ 設計方案(包括設計思路,采用的微指令格式，每條指令的指令流程及其微程序清單)(3)調試過程(包括實驗步驟,出現的問題,解決的方法(4)小結(在整個課程設計過程中的總結和體會)(5)參考資料

成績評定

課程設計的考核結果按優秀,良好,中等,及格和不及格來評價.對設計任務理解透徹,能夠全面,正確,獨立地完成設計內容所規定的任務,得出設計結果,并按時提交準確,完整,規范的設計報告,可評為優秀;按照設計任務要求能夠順利地完成任務,得出結果,按時提交較完整的,符合要求的設計報告,可評定為良好;按照設計要求完成了軟件的編程與調試,基本完成了任務要求,提交符合要求的設計報告,可評為中等;基本完成設計目標,但不夠完善,可能有若干小的缺陷,在幫助下能夠完成任務要求,提交設計報告,可評為及格;不能完成指定的要求和任務,未提交設計報告的,評為不及格.參考資料 1.“計算機組成原理課程設計任務書” 2.“計算機組成原理” 課堂教材

第二篇：計算機組成原理課程設計范文

計算機組成原理課程設計指導材料

一． 課程設計目的

課程設計教學目的：通過本課程設計，學生可熟悉典型計算機的基本結構、基本組成和基本功能，掌握計算機主要組成部件工作原理的基本分析與設計方法，加深對理論課知識內容的理解。

二． 設計題目

題目1.內存擴充與連接 1.設計目的：

2.主要任務：

3.設計要求：

4.圖表

畫圖時請按以下給出的原件圖畫 圖1-1 8086芯片引腳圖 圖1-2內存芯片邏輯圖

圖1-3 譯碼器與門電路邏輯圖 題目2.模型機組成設計

1.目的：通過對一個簡單模型機的設計與實現,對計算機的基本組成、部件的設計、部件間的連接以及微指令執行的過程。

2.基本要求：畫出模型機的設計圖并舉例描述利用該模型機進行加法運算時，各個功能部件的工作情況。

題目3.算數邏輯運算 1.目的：

（1）.了解運算器 的組成結構。（2）.掌握運算器的工作原理。（3）.學習運算器的設計方法。

（4）.掌握簡單運算器的數據傳 送通路。

（5）.驗證運算功能發生器74LS181 的組 合功能。

2.設計原理：

設計中所用的運算器數據通路圖如下圖。圖中所示的是由兩片74LS181 芯片以并/串 形式構成的8 位字長的運算器。右方為低4 位運算芯片，左方為高4 位運算芯片。低位芯片 的進位輸出端Cn+4 與高位芯片的進位輸入端Cn 相連，使低4 位運算產生的進位送進高4 位運算中。低位芯片的進位輸入端Cn 可與外來進位相連，高位芯片的進位輸出引至外部。兩個芯片的控制端S0～S3 和M 各自相連，其控制電平按表。為進行雙操作數運算，運算器的兩個數據輸入端分別由兩個數據暫存器DR1、DR2（用鎖存器74LS273 實現）來鎖存數據。要將內總線上的數據鎖存到DR1 或DR2 中，則鎖存器74LS273 的控制端LDDR1 或LDDR2 須為高電平。當T4 脈沖來到的時候，總線上的數據就被鎖存進DR1 或DR2 中了。為控制運算器向內總線上輸出運算結果，在其輸出端連接了一個三態門（用74LS245 實現）。若要將運算結果輸出到總線上，則要將三態門74LS245 的控制端ALU-B 置低電平。否則輸出高阻態。

3.根據設計原理描述進行原碼加減運算及邏輯運算的程序流程 4.填寫下表

三． 課程設計報告格式

1.報告組成及裝訂順序：封面、目錄、引言、正文、結論、參考文獻、心得體會。2.書寫格式要求：見學院課程設計報告要求

四． 其它要求

1.報告提交時間：截止12月31日

2.報告提交形式：以班級為單位提交電子版和打印版

第三篇：計算機組成原理課程設計任務書

《計算機組成原理》

課程設計任務書

一、設計任務：

1、基本模型機設計與實現；

2、在基本模型機設計的基礎上設計一臺復雜模型機。

二、功能指標和設計要求：

利用所學過的理論知識，特別是微程序設計的思想，設計基于微程序控制器的模型計算機，包括設計相應的硬件平臺、機器指令系統和微指令等。設計環境為TD－CMA計算機組成原理教學實驗箱、微機，聯機軟件等。同時設計好基于模型機的測試驗證程序，并在設計好的硬件平臺上調試通過，以驗證所設計的模型機功能的可行性與可靠性。在設計完成的前提下，撰寫出符合要求的課程設計說明書并通過設計答辯。

1.基本模型機設計與實現

設計一臺簡單模型機，在具備基本必要的硬件平臺的基礎上，進一步要求其機器指令系統至少要包括五條不同類型指令：如一條輸入指令（假設助記符為IN），一條加法指令（假設助記符為ADD），一條輸出指令（假設助記符為OUT）、一條無條件轉移指令（假設助記符為JMP）和一條停機指令（假設助記符為HLT）；在設計好的模型機基礎上，設計一個進行兩個數求和運算的測試驗證程序，用以驗證模型機功能的可行性與可靠性。

2.在任務1的基礎上，增加機器指令系統的功能，設計具有不少于10條機器指令的復雜指令系統模型機，包含算術邏輯指令、訪問內存指令、控制轉移指令、輸入輸出指令、停機指令等。數據的尋址方式要包括直接、間接、變址和相對尋址等多種尋址方式。利用設計的復雜模型機實現兩個數的減法運算并判斷差得正負，差為正數則輸出A，差為負數則輸出B，差為零則輸出C。在設計好的模型機基礎上，進一步設計一個測試驗證程序，驗證模型機功能的可行性與可靠性。

3、基本模型機和復雜模型機的CPU數據字長為8位，采用定點補碼表示。指令字長為8的整數倍。微指令字長為24位。

三、設計步驟：

1、確定設計目標 進行全面深入的模型機設計需求分析，確定所設計計算機的功能和用途。

2、總體結構、數據通路設計及硬件實現

總體結構設計包括確定模型機應具有的基本功能部件（如運算器、控制器以及基本的寄存器等等）以及它們之間的數據通路。

硬件實現基于現有的基本實驗箱平臺，根據所設計模型機選擇必要的元器件，并通過接插件（各種連線等）進行器件連接，組成所設計的模型機硬件系統（物理機）。綜合考慮計算機的速率、性能價格比、可靠性等要求，設計合理的數據通路結構，數據通路不同，執行指令所需要的邏輯操作就不同，計算機的結構也就不一樣。在此基礎上，在后面的微指令設計階段，就可以依據數據通路關系確定模型機工作過程中的所有微操作，并進一步確定微指令格式中的相應微命令。

3、確定指令系統（機器指令系統）

確定數據的表示格式、位數、指令的編碼、類型、需要設計哪些指令及使用的尋址方式。確定相對應指令所包含的微操作。

4、機器指令轉化為微程序執行的相關設計

過程2、3完成后，就可以根據機器指令系統進行指令周期分析，確定出每條機器指令的CPU周期數。對于微程序控制的計算機，進一步確定出每個CPU周期內的微操作（明確哪些微操作可以安排在同一CPU周期中，哪些微操作則不能）。設計出每條機器指令的方框圖形式的指令周期流程圖。

5、微指令代碼化

依據指令周期流程圖以及指定的微指令格式，將設計出程序格式中的各字段（操作控制字段、P測試字段、直接微地址字段）相應的二進制代碼（即對應的微命令編碼）。

6、設計微指令的相關微地址

根據后續微地址的形成方法（直接微地址或P測試轉移后重新形成），確定每條微指令的相關后續微地址。確定好微命令在控存中的存放地址，并將所有微命令寫入到控存的相應存儲單元中。

7、組裝、調試

7.1、在總調試前，先按功能模塊進行組裝和分調，因為只有各功能模塊工作正常后，才能保證整機的正常運行。首先調試每條微指令功能，再調試每條機器指令功能。

連接所有模塊，用單步微指令方式執行機器指令的微程序流程圖，當全部微程序流程圖檢查完后，若運行結果正確，則在內存中裝入一段機器指令，進行其他的運行方式等功能調試及執行指令的正確性驗證。

7.2、當所有功能模塊都調試正常后，進入總調試。根據設計好的模型機，進一步設計一個功能測試驗證程序，運行程序并驗證所涉及的模型機功能是否可行和可靠。

四、課程設計報告要求：

課程設計報告要求打印,其中的數據通路框圖、微程序流程圖、實驗接線圖用VISIO等繪圖工具軟件繪制或用鉛筆工工整整繪制，要求圖文清晰，報告內容包括：

（1）封面

（包括：題目、所在系、班級、學號、指導教師及時間等項）（2）任務書（3）目錄

（目錄要層次清晰，要給出標題及頁次，目錄的最后一項是無序號的“參考文獻”）。（4）正文

正文應按目錄中編排的章節依次撰寫，要求論述清楚，文字簡練通順，插圖清晰，書寫整潔。“設計”不同于實驗，要充分體現出“設計”的思想，不能寫成實驗報告的形式。文中圖、表及公式應規范地繪制和書寫。正文是實踐設計報告的主體，具體由以下幾部分組成：

1）課程設計題目；

2）課程設計使用的相關軟硬件資源；

3）設計的具體方法和步驟（包括確定所設計計算機的功能和用途、總體結構與數據通路與硬件設計、指令系統、設計指令執行流程、確定微程序地址、微指令代碼化、組裝、調試、測試驗證程序與功能驗證情況。）

4）課程設計總結（包括自己的收獲與體會；遇到的問題和解決的方法等）；（5）附錄

附錄1：數據通路圖 附錄2：微程序流程圖

附錄3：實驗接線圖

附錄4：實驗程序及微程序 附錄5：參考文獻（資料）

五、設計工作量：

(1)作品：設計的最終作品包括硬件和軟件兩個部分，要求硬件實現正確，能夠演示并達到設計指標的要求。每個學生（或小組）在作品完成后，要經指導教師檢查，同意拆除后方可拆卸。(2)論文：嚴格按上述課程設計說明書的要求撰寫和裝訂。每個學生一份。

六、成績評定標準：

課程設計的成績分為：優秀、良好、中等、及格、不及格五個等級。

優秀：完成復雜模型機的設計與實現，指令系統完備有更新擴充。調試成功。文檔規范齊全。

良好：完成模型機的設計與實現，指令系統指令種類豐富有一定的更新。調試成功。文檔規范齊全。

中等：完成基本模型機的設計與實現，在老師指導下對指令系統有更新。調試成功。文檔規范齊全。

及格：完成基本模型機的設計與實現。調試成功。文檔規范齊全。不及格：沒有課程設計報告，無故缺勤，不能完成調試者不及格。

七、工作計劃：

時間：18周周1~周5 講授：2課時

設計及調試：26課時 設計報告編8課時 答辯：4課時

八、參考資料：

1、《計算機組成原理》教材，陳智勇主編；

2、《CMA組成原理與系統結實驗指導書》

第四篇：計算機組成原理課程設計指導書

長 沙 學

院

課程設計指導書

系（部）

計算機科學與技術

專

業

計算機科學與技術

2010年12 月 10 日

課程名稱：計算機組成原理 課程編號：7020130610 主 筆 人：鐘旭 主 審 人：

一、課程設計的目的

通過該課程設計的學習，總結計算機組成原理課程的學習內容，利用TDN-CM+教學實驗系統提供的軟硬件操作平臺掌握層次化設計方法、運用計算機原理知識，設計并實現一臺完整的計算機，從而鞏固課堂知識、深化學習內容、完成教學大綱要求，學好計算機科學與技術專業的專業基礎課。

二、課程設計的題目 1.基本模型機設計與實現；

2.帶移位運算的模型機的設計與實現； 3.復雜模型機的設計與實現。

三、設計內容（主要技術關鍵的分析、解決思路和方案比較等）

利用所學過的理論知識，特別是微程序設計的思想，寫出要設計的指令系統的微程序。設計環境為TDN－CM＋計算機組成原理教學實驗系統，微機，虛擬軟件。將所設計的微程序在此環境中進行調試，并給出測試思路和具體程序段。最后撰寫出符合要求的課程設計說明書、完成答辯。1.基本模型機設計與實現

指令系統至少要包括六條不同類型指令：如一條輸入指令，一條減法指令，一條加法指令，一條存數指令，一條輸出指令和一條無條件轉移指令。2.帶移位運算的模型機的設計與實現

在基本模型機的基礎上增加左、右循環和左、右帶進位循環四條指令

3.設計不少于10條指令的指令系統。其中，包含算術邏輯指令，訪問內存指令，程序控制指令，輸入輸出指令，停機指令。重點是要包括直接、間接、變址和相對尋址等多種尋址方式。

以上數據字長為8位，采用定點補碼表示。指令字長為8的整數倍。微指令字長為24位。

四、設計步驟

1、確定設計目標

確定所設計計算機的功能和用途。

2、確定指令系統

確定數據的表示格式、位數、指令的編碼、類型、需要設計哪些指令及使用的尋址方式。

3、總體結構與數據通路

總體結構設計包括確定各部件設置以及它們之間的數據通路結構。在此基礎上，就可以擬出各種信息傳輸路徑，以及實現這些傳輸所需要的微命令。綜合考慮計算機的速率、性能價格比、可靠性等要求，設計合理的數據通路結構，確定采用何種方案的內總線及外總線。數據通路不同，執行指令所需要的操作就不同，計算機的結構也就不一樣。

4、設計指令執行流程

數據通路確定后，就可以設計指令系統中每條指令所需要的機器周期數。對于微程序控制的計算機，根據總線結構，需考慮哪些微操作可以安排在同一條微指令中，哪些微操作不能安排在同一條微指令中。

5、確定微程序地址

根據后續微地址的形成方法，確定每個微程序地址及分支轉移地址。

6、微指令代碼化

根據微指令格式，將微程序流程中的所有微指令代碼化，轉化成相應的二進制代碼寫入到控制存儲器中的相應單元中。

7、組裝、調試

在總調試前，先按功能模塊進行組裝和分調，因為只有各功能模塊工作正常后，才能保證整機的正常運行。

當所有功能模塊都調試正常后，進入總調試。連接所有模塊，用單步微指令方式執行機器指令的微程序流程圖，當全部微程序流程圖檢查完后，若運行結果正確，則在內存中裝入一段機器指令，進行其他的運行方式等功能調試及執行指令的正確性驗證。

五、設計說明書要求

課程設計說明書按學校統一格式撰寫和裝訂。課程設計報告要求打印,其中的數據通路框圖、微程序流程圖、實驗接線圖用VISIO等工具軟件繪制或用鉛筆工工整整繪制。

（1）封面（包括：題目、所在系、班級、學號、指導教師及時間等項，可到教務處網頁上下載）（2）任務書（3）目錄

目錄要層次清晰，要給出標題及頁次，目錄的最后一項是無序號的“參考文獻”。（4）正文

正文應按目錄中編排的章節依次撰寫，要求計算正確，論述清楚，文字簡練通順，插圖清晰，書寫整潔。文中圖、表及公式應規范地繪制和書寫。

正文是實踐設計報告的主體，具體由以下幾部分組成：

1）課程設計題目；

2）課程設計使用的實驗設備；

3）課程設計步驟（包括確定所設計計算機的功能和用途、指令系統、總體結構與數據通路、設計指令執行流程、確定微程序地址、微指令代碼化、組裝、調試。）

4）課程設計總結（包括自己的收獲與體會；遇到的問題和解決的方法等）；

（5）附錄

附錄1：數據通路圖 附錄2：微程序流程圖 附錄3：實驗接線圖 附錄4：實驗程序及微程序

附錄5：參考文獻（資料）(格式規范參照長沙學院畢業設計(論文)撰寫規范)

六、設計進度安排 時間：

15、16周 講授：2課時 答疑及設計：26課時 上機調試：8課時 答辯：6課時

七、考核標準

課程設計的成績分為：優秀：、良好、中等、及格、不及格五個等級。

優秀：完成復雜模型機的設計與實現，指令系統完備有更新擴充。調試成功。文檔規范齊全。良好：完成模型機的設計與實現，指令系統指令種類豐富有一定的更新。調試成功。文檔規范齊全。中等：完成基本模型機的設計與實現，在老師指導下對指令系統有更新。調試成功。文檔規范齊全。及格：完成基本模型機的設計與實現。調試成功。文檔規范齊全。不及格：沒有課程設計報告，無故缺勤，不能完成調試者不及格。

第五篇：計算機組成原理課程設計2007答案

在驗收的同時，學生必須回答下列問題： 1，指令寄存器在組成中的作用是什么？ 用來保存當前正在執行的一條指令。2，指令的執行過程是怎么進行的？

執行一條指令時，先把它從內存中取到緩沖寄存器，再送到指令寄存器，然后它的操作碼給到指令譯碼器，操作碼經譯碼后就可向操作控制器發出具體操作命令。3，存儲器在計算機中的作用是什么？ 用來存放程序（機器指令）和數據。4，寄存器的多少在執行指令時有什么好處？

5，ALU的算邏功能與指令的功能存在什么關系？

算術.邏輯功能的執行需要不同的指令去實現，指令上操作碼不同，決定了到底是執行算術還是邏輯運算。6，總線在計算機組成中起什么作用？

借助于總線連接，計算機在各系統功能部件之間實現地址，數據和控制信息的交換，并在爭用資源的基礎上進行工作。7，微程序的各位定義與什么有關？

微指令字長為24位，它由操作控制和順序控制兩個部分組成。操作控制部分用來發出管理和指揮全機工作的控制信號：該字段有17位，每一位表示一個微命令，當某一位是1時，表示發出命令，為0時，表示不發出。順序部分用來決定下一條指令的地址。8，時序電路在執行指令時起到什么作用？

幾個微命令信號一齊發出時，既不能來的太早，也不能來得太晚，為此，要求這些微命令信號還要加入時間控制，保證運算器在一定時間內進行運算，完了之后，總線上輸出穩定結果再打入相應寄存器。9，如果擴充指令，有什么辦法？怎樣安排指令代碼及其微程序？

10，在指令讀取和執行期間，每個CPU周期都怎樣安排時鐘脈沖的（T1，T2，T3，T4）？

取指階段：T1：程序計數器PC的內容裝入地址寄存器AR；程序計數器內容加一，為取下一條指

令做好準備；T2：地址寄存器內容送總線；所選存儲器單元的內容經過數據總線，送到數據緩沖寄存器DR；T3：緩沖寄存器內容送指令寄存器IR；T4：指令寄存器中操作碼被譯碼或測試；CPU識別是該指令。（大部分指令此操作相同）

執行階段：T1：操作控制器送一控制信號給算術邏輯運算單元ALU；ALU響應該控制信號，執行相應操作。（針對不同的指令的讀取，時鐘脈沖不太相同，可以在運行時候，觀察。）如果是如ADD指令，執行階段有兩個周期，第一個是把指令寄存器中地址碼裝入地址寄存器。第二個：把地址寄存器中操作數地址送地址總線；由存儲器單元讀出操作數，經過數據總線送緩沖寄存器；執行加操作。

11，指出所設計的計算機的基本結構都有那些部件組成？

控制器：程序計數器，指令寄存器，指令譯碼器，時序產生器，操作控制器； 運算器：算術邏輯單元ALU，累加寄存器，數據緩存寄存器，狀態寄存器。12，各部件之間是怎樣通過數據總線交換信息的？指出信息的流向。13，對存儲器操作有幾種？每種操作是如何實現的？

送和取的操作。在存儲器中取出指令，送出指令和數據內容到數據總線。14，在模型機中的ALU前端有暫存器，暫存器的作用是什么？

暫時存儲從IN讀出的數據，以便下一次操作送到哪個運算單元。15，指出寄存器的基本屬性？

暫時存放相應數據或者地址或者指令。16，如何檢驗指令執行的結果？ 觀察實驗設備上的輸出…… 17，微指令的下一個微地址是如何形成的？通過前一條微指令碼后六位決定。18，指令代碼對微地址有什么對應關系？后六位就是下一條微地址。19，微指令寄存器與微程序存儲器有什么關系？各起什么作用？

微指令寄存器存放單條執行的微指令，而微程序存放在內存單元中，取指周期從內存中取出一條微程序，送到微指令寄存器，執行周期執行相應操作。20，指出程序于微程序之間的關系。