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实践教学
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计算机与通信学院
2011年春季学期
计算机组成原理 课程设计
题 目： 模型机设计-8 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩：
前 言
本次课程设计主要讲授单处理机系统的组成和工作原理，包括运算器、存储器、控制器和输入输出系统，其中控制器的设计是课程的重点和难点。为了能融会贯通各知识点，增强对计算机系统各模块协同工作的认识，充分理解数据通路，掌握控制器的设计技术，课程设计也侧重于控制器的设计。
开设这门课可以为理解、应用和开发程序提供技术和方法支持，为后续课程的学习提供重要思想和方法基础，同时对于自己逻辑思维培养和程序设计思想体系的建立有着重要的影响。学好《计算机组成原理》仅仅通过课堂教学或自学获取理论知识是远远不够的，还必须加强实践，亲自实践。在大学学习时，知识是通过一门门独立的课程传授的，而实际问题之能够顺利地得到解决，不但需要多方面的知识，而且还需要善于对这些知识综合地加以运用。这次课设正是给我们了一次自己动脑动手的机会。
目 录
摘 要 ...................................................................................................................... 1 正 文 ...................................................................................................................... 2 第一章 设计目的及原理 .................................................................................. 2 第二章 模型机的逻辑结构及框图 .................................................................. 2 第三章 详细设计 .............................................................................................. 3 3.1 运算器的物理结构 ................................................................................... 3 3.2 存储器系统的组成与说明 ....................................................................... 5 3.3 指令系统的设计与指令分析 ................................................................... 5 3.4 微程序控制器的逻辑结构与功能 ........................................................... 8 3.5 微程序的设计与实现 ............................................................................... 9 3.6 微程序与监控程序 ................................................................................. 12 第四章 系统调试报告 .................................................................................... 14 设计总结 ................................................................................................................ 16 参考文献 ................................................................................................................ 17 致 谢 .................................................................................................................... 18
摘 要
本次课程设计主要综合所学习的计算机组成原理的知识，设计一套复杂模型计算机。并设计一些简单的程序进行验证。本系统主要由以下模块组成：运算器、存储系统、微程序控制器模块、指令系统模块、微程序控制器模块等组成。应用存储系统说明输入输出时序，使用模型机的器件组成有片间串行进位8位算数逻辑运算的功能。该系统在基本模型机的基础上改进并实现输入﹑二进制加法﹑存数﹑输出以及无条件转移等指令的功能。对于微指令，可将其转化为格式化的“二进制代码表”，然后通过手动输入或是联机存入的方法，将微指令存入机器，实现相应的操作。终通过模型机的设计和调试，连贯运用计算机组成原理课程学到的知识，建立计算机整机概念。
关键词： 模块；微指令；机器指令；基本模型机；建立整机
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正 文
第一章 设计目的及原理
设计目的：根据计算机组成原理课程所学知识，设计、开发一套简单的模型计算机。通过对一个简单计算机的设计，以达到对计算机的基本组成、部件的功能与设计、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解，加深对理论课程的理解。通过模型机的设计和调试，连贯运用计算机组成原理课程学到的知识，建立计算机整机概念，加深计算机时间和空间概念的理解。
设计原理：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74LS181芯片的控制，存储器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。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。
第二章 模型机的逻辑结构及框图
本次课设模型机的运算器模块主要由运算器、暂存器、输出缓冲器以及进位控制和判零标志控制电路等构成。本系统具有本机现场直接编程功能，且由于选用 E2ROM 2816芯片为控制存储器，因此，具有掉电保护功能。
课设的复杂模型机指令译码逻辑图如图2.1，逻辑结构如图2.2。
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