计算机组成原理课程设计任务书（09级）
题目：模型机设计—3
学生姓名：周生强学号：09730231
班级：09计算机科学与技术(2)班指导老师：包仲贤
一、计算机组成原理课程设计题目简介。
该设计要求学生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、伪指令和微程序的编制与调试等过程有更深入的了解，加深对理论课程的理解。通过模型机的设计与调试，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。
二、计算机组成原理课程设计的任务。
1、查阅文献资料，一般在5篇以上；
2、以教学实验用模型机为背景，通过调研、分析现有的模型机，建立带有8位自增、自减指令的整机模型；
3、完成系统编程与测试工作；
4、撰写设计说明书；
5、做好答辩工作。
三、计算机组成原理课程设计的主要内容、功能及技术指标。
1、根据任务要求设计整机系统的方案。
2、存储系统：使用模型机的存储模块，说明存储器的输入输出时序，模块连接方式等。
3、运算器：使用模型机的器件，组成带有片间串行进位16位算数逻辑运算功能的运算器。
4、微程序控制器模块：使用教学机的系统，设计微程序控制器。
5、设计模型机指令系统：（含设计微指令格式、微程序流程图，每条指令所对应的微程序等）。指令系统包括下列指令：
in、out、clr、sta、lda、jmp、add、sub、adc、daad、dsub、hlt
6、了解并说明教学模型机的输入输出模块。
7、在自己设计的指令系统基础上，编制一个汇编语言小程序实现简单输入、计算、存数并输出的功能，进行调试通过。
8、整机设计分模块进行，说明模块中数据和控制信号的**、去向功能、时序，以及模块间数据和控制信号的**、去向、功能、时序等。
四、完成课程设计报告。
1、设计题目、设计任务、实验设备与器材；
2、整机设计方案，设计原理与内容；
3、画出模型机数据通路图；
4、画出设计的模型机微程序流程图和微程序；
5、说明指令系统的格式；
6、说明模块中数据和控制信号的**、去向、功能、时序、以及模块间数据和控制信号的**、去向、功能、时序等。
7、调试情况，调试过程中遇到的主要问题，是如何解决的；对设计和编码的回顾讨论和分析；改进设想；经验和体会等；
五、计算机组成原理课程设计提交的成果。
1、设计说明书一份，内容包括：
1）中文摘要；关键词3—5个；
2）前言；3）设计的目的及课设原理；
4）模型机的逻辑结构及框图；
5）运算器的物理结构；
6）存储器系统的组成与说明；
7）指令系统的设计与指令格式分析；
8）微程序控制器的逻辑结构及功能；
9）微程序的设计与实现（含微指令格式、后续地产生方法以及微程序入口地址的形成）；
10）系统调试报告；
11）设计总结。
2、刻制光盘一张。
六、设计（**）的主要参考文献。
1 ] 白中英。 计算机组成原理科学术出版社2006.8
2 ] 白中英。 计算机组成原理题解、题库、实验。科学术出版社。2006.8
3 ] 王爱英。 计算机组成与结构，清华大学出版社，1999
4 ] 王诚。 计算机组成与结构，清华大学出版社，1999清华大学出版社，1999
5 ] 唐朔飞。 计算机组成原理，高等教育出版社，高等教育出版，1993
七、各阶段时间安排（共2周）：
2024年6月18日。
通过对计算机的组织与结构的分析，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，即模型机。它可以完成一般计算机的最基础功能，具备12条基本指令，以及4种寻址方式等。并且，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个微程序。
设计过程包括四个部分(1)模型机硬件组成分析；(2)指令系统设计；(4)微程序设计；(4)上机实现，示范程序。
关键词：计算机原理，模型机，微指令，汇编语言。
计算机组成原理课程是计算机系很重要的一门专业基础课，从这门课的内容特点看，它属于工程性、技术性和实践性都很强的一门课，因此，在进行课堂教学的同时，必须对实验教学环节给予足够的重视，要有良好的实验环境，能进行反应主要教学内容的、水平确实比较高的实验项目，在深化计算机各功能部件实验的同时，加强对计算机整机硬件系统组成与运行原理有关内容的实验；在教学实验的整个过程中，坚持以硬件知识为主的同时，加深对计算机整机系统中软硬件的联系与配合的认识。目前，有些单位和院校都研制出一些用于计算机组成原理课程教学实验的系统或装置，也各具特色但基本上都是相对孤立的功能部件的实验，整机硬件方面的实验很难胜任，更不能对计算机系统中硬软件的联系和配合的学习提供足够的帮助。而 dvcc 系列实验计算机系统就是专为计算机组成原理课的授课和教学实验而研制的。
dvcc 系列计算机组成原理实验系统作为较高层次、专用于计算机原理课程教学实验的实验计算机系统具有良好的实验性能和系统的完整性以及可扩展性。
良好的实验性体现在 dvcc系列机能很好地完成计算机硬件系统各功能部件的教学实验，它包括运算器部件、控制器部件、主存储器部件、总线和几种最重要的外设接口实验，包括中断、定时计数器、输入/输出接口等；计算机的 cpu 自行设计与实现，配有小的监控程序，有自己的汇编语言的支持。在相应软件的配合下，将各功能部件有机的结合起来，完成计算机整机的实验。
系统的完整性体现在 dvcc系列机与学生常见到的简单计算机大体相同，其主要组成与运行方式和pc机差不多，该系列机是一台硬软件相对完整、配置巧妙合理的完整的计算机系统，通过它能体现出重要教学内容、能完成主要教学实验项目。
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。
以教学实验用模型机为背景，通过调研、分析现有的模型机，建立带有带8位自增、自减指令的整机模型。
本系统使用两种外部设备，一种是二进制**开关(data unit)，它作为输入设备；另一种是发光二极管(bus unit上的一组发光二极管)，它作为输出设备。例如：输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不变。
输出时，将输出数据送到数据总线bus上，驱动发光二极管显示。
其中in为单字长（8位），其余为双字长指令，xxxxxxxx为addr对应的二进制地址码。
微控器读取一条机器指令后，将通过如下的逻辑电路，对se1～se5中的某一位或者几位激活，从而实现机器指令与微程序的对应。当然，该逻辑电路还能接收外部控制输入swa、swb，内部状态输出fc、fz等信号，并对这些信号给出相应的输出。
为了向ram中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，还必须设计三个控制台操作程序。
存储器读操作（krd）：拨动总清开关clr后，控制台开关swb、swa为“0 0”时，按start微动开关，可对ram连续手动读操作。
存储器写操作（kwe）：拨动总清开关clr后，控制台开关swb、swa为“0 1”时，按start微动开关，可对ram连续手动写入。
启动程序：拨动总清开关clr后，控制台开关swb、swa为“1 1”时，按start微动开关，即可转入到第01号“取指”微指令，启动程序运行。
上述三条控制台指令用两个开关swb、swa的状态来设置，得swb、swa定义表，如表2所示。
表1.1 swb、swa定义表。
图1.1 模型机结构框图。
图1中运算器alu由u7—u10四片74ls181构成，暂存器1由u3、u4两片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的其它部分都由ep1k10集成（其原理见系统介绍部分）。
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