学校代码：学号：课程设计说明书（计算机组成与结构课程设计）题目：模型计算机系统的设计与实现学生姓名：学院：班级：指导教师：2010年1 月8 日内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：计算机组成与结构课程设计学院：信息工程学院班级：计07-_3班__ 学生姓名：武宝全 _ 学号： 200710210023 指导教师：董志学王晓荣邢红梅摘要本次课程设计要求设计实现一个简单8位模型计算机系统，包括用可编程器件实现的运算器，微程序控制器，存储器,简单输入／输出接口和设备,时序和启停控制等电路。

通过自己定义的一套指令系统，主要实现算术A加B,A+/B运算,逻辑A·B,置B运算，输入指令，输出指令和存储器存数指令。

由微程序控制器按照微指令格式给出下地址，并将结果存入存储器。

用Protel电路设计软件画出所设计的模型机系统的电路原理图，包括运算器，微程序控制器，存储器、简单输入／输出设备、时序和启停等电路。

用可编程器件EPM7123实现运算器，并借助MAXPLUSII软件实现其功能。

在QDKJ－CMH－CPLD试验平台上调试并进行验证。

关键字：微程序、控制器、存储器、引言通过俩周的组成与结构设计，设计一个8位模型计算机系统，包括用可编程器件实现的运算器，微程序控制器，存储器,简单输入／输出接口和设备,时序和启停控制等电路。

设计工作是在之前的验证实验基础之上完成的，通过自己的思维，实现微程序机的一些基本的逻辑运算。

根据现有的二进制指令系统，条件为模型计算机系统为8位模型机，运算器为8位运算器，数据总线和地址总线都为8位，输入设备为8位开关，输出设备为8位发光二级管指示灯。

在现有的芯片内烧制自行设计的微指令，达到在输入一个数据后自加，减一，实现自行跳转。

在设计完成后，再输入数据04后得出07的结果，并实现跳转。

目录一、设计目的和任务 (6)1、设计目的： (6)2、设计任务： (6)二、设计方案和模型机结构 (7)1、运算功能： (7)2、指令系统： (7)3、设计总图 (7)3.1模型机的硬件系统简介： (8)3.2、微指令格式表 (9)3．3、控制信号引脚定义及说明 (9)四．设计过程 (11)4.1用微命令输入的机器指令执行： (11)4.2机器指令测试程序编写 (11)4.3用微命令表示的机器指令执行流程图 (12)五、实验结果记录与分析 (13)5.1实验数据输入及微指令集： (13)六、实验中遇到的问题及解决方法 (15)6.1.遇到问题 (15)2.解决方法 (15)七、总结和体会 (15)附录A、指令对照表 (17)附录B、电路图 (18)计算机组成综合设计一、设计目的和任务1、设计目的：计算机组成综合设计是计算机科学与技术专业本科生的一门重要的设计性课程。

通过设计一台模型计算机，使学生更好地理解计算机组成与系统结构课程的基本内容，掌握计算机设计与实现的基本方法，培养学生实验动手能力和创新意识，为将来进行计算机应用系统的设计与开发奠定基础。

2、设计任务：设计一个8位模型计算机系统，包括用可编程器件实现的运算器，微程序控制器，存储器,简单输入／输出接口和设备,时序和启停控制等电路。

要求学生自己定义运算器的功能，自己定义一套简单的指令系统，制定系统的设计方案和实现方法，画出所设计的模型机系统的电路原理图。

在计算机组成原理与系统结构实验系统上搭建模型计算机系统，完成运算器和微程序控制器的实验调试过程，并用所设计的指令系统编写一个实现简单功能的程序，在搭建的模型机系统上输入、调试和运行程序。

最后总结实验结果，完善所设计的模型机系统方案和电路图，写出完整的设计报告。

二、设计方案和模型机结构1、运算功能：算术运算： R0+R0、R0-12、指令系统：本次设计采用五条机器指令；IN（输入）、ADD（二进制加法）、OUT（输出）、JMP （无条件转移），SUB〔二进制减法〕，得指令格式表（前4位为操作码）指令格式：助记符机器指令码说明输入： IN 0010 0000 R0自加： ADD 0110 0000 [addr]---R0减1： SUB 1000 0000 [addr]---R0 – 1输出： OUT 0100 0000 [addr]---BUS无条件跳转：JMP 1010 0000 [addr]---pc模型计算机设计方案的制定：IN R0 DATA ；将数据从输入开关送到寄存器指令码：20HADD R0, (ADD)；实现R0的自加运算，结果送R0 指令码：40HSUB R0（ADD）；进行R0减1运算，结果送RAM 指令码：60HOUT BUS，（ADD）；将存储器单元地址的数送总线指令码：80HJMP ADD ；无条件地转移到ADD所指定的内存单元地址指令码：E0H3、设计总图3.1模型机的硬件系统简介：此模型机是由运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备五大部分组成。

1．运算器又是有299，74LS181完成控制信号功能的算逻部件，暂存器DR1，DR2，及三个通用寄存器R0，R1，R2等组成。

2．控制器由程序计数器PC、指令寄存器IR、地址寄存器AR、时序电路、控制存储器及相应的译码电路组成。

3．存储器RAM是通过CE和W/R两个微命令来完成数据和程序的的存放功能的。

4．输入设备是由置数开关SW控制完成的。

5．输出设备有两位LED数码管和W/R控制完成的。

3.2、微指令格式表微指令格式表3．3、控制信号引脚定义及说明1．UA4－UA0 微程序控制器的微地址输出信号，UA4为高位，UA0为低位。

此信号已接有指示灯，可监视地址变化。

2．IR7－IR5 指示寄存器的IR7，IR6，IR5输出信号，输入至微程序控制器修改地址信号。

3．F0－F3 时钟源输出信号端，F0输出频率为250KHZ，F1输出频率为500KHZ，F2输出频率为1MHZ，F3输出频率为2MHZ。

4．T1－T4 时序信号发生器提供的4个标准时序输出信号，可以采用单拍或连续两种方式输出。

5．S2，S1，S0 有微程序控制器输出的ALU操作选择信号，以控制执行16种算术操作或16种逻辑操作中的一种操作。

6．SWE 微程序控制器的微地址修改信号。

SWE已接逻辑开关，先按下CLR清零键，使微地址为全0时，将逻辑开关从“1”－“0”－“1”（相当于负脉冲），微地址修改为10000 使机器处于写RAM的微程序。

7．SRD 微程序控制器的微地址修改信号。

SRD已接逻辑开关，先按下CLR清零键，使微地址为全0时，将逻辑开关从“1”－“0”－“1”（相当于负脉冲），微地址修改为01000 使机器处于读RAM的微程序。

8．CLR 清零信号输入端，已连接单次脉冲P2按键中任一个。

9．LDAR 微程序控制器的输入信号，将程序计数器的内容打入到地址寄存器AR 中，产生RAM的地址。

10．CE 微地址控制器输出的RAM片选信号，CE＝0时RAM6116被选中。

11．WE 微程序控制器输出的RAM读写控制信号。

当CE＝0时，如果WE＝0为存储器读；如果WE＝1为存储器写。

12．LDPC 微程序控制器输出的PC加1信号。

13．LOAD 微程序控制器的输出信号。

LOAD＝0时，PC程序计数器处于并行置数状态；LOAD＝1时，PC处于计数状态。

14．ALU－BUS 微程序控制器的输出信号，控制运算器的运算结果是否送到总线BUS，低电平有效。

15．PC－BUS 微程序控制器的输出信号，控制程序计数器的内容是否送到总线BUS，低电平有效。

16．R0－BUS 微程序控制器的输出信号，控制寄存器R0的内容是否送到总线BUS，低电平有效。

17．SW－BUS 微程序控制器的输出信号，控制8位数据开关SW7－SW0的开关量是否送到总线，低电平有效。

18．LDR0 微程序控制器的输出信号，控制把总线上的数据打入寄存器R0。

19．LDDR1 微程序控制器的输出信号，控制把总线上的数据打入运算暂存器DR1。

四．设计过程4.1用微命令输入的机器指令执行：4.2机器指令测试程序编写地址指令说明00H:00000000 20H IN01H:00000001 40H R0+R0----R0 02H:00000010 60H R0-103H:00000011 add-08H04H:00000100 80H add05H:00000101 add-08H06H:00000110 A0H JMP07H:00000111 00H4.3用微命令表示的机器指令执行流程图RD五、实验结果记录与分析5.1实验数据输入及微指令集：六、实验中遇到的问题及解决方法6.1.遇到问题设计过程中存在许多问题：运算器设计过于复杂无法实现，指令流程图设计。

编写微程序过程中无法实现，编写的指令不合理，微程序在写入过程中无法实现，后期的执行过程中不是预期的结果。

在制作电路图时遇到困难。

6.2.解决方法主动寻求老师的帮助，修改指令，重新试验七、总结和体会总结我们在做任何一件事的时候，首先应该要理清思路，弄懂我们到底要做什么和我们应该怎么做，其中所要采取的方法和步骤是什么，以及在对一些可能出现的微程序异常或是常见问题的检测和修正方案的处理方法是什么。

对于模型计算机系统的设计与实现，应该按照计算机组成与结构课程设计中的模型计算机系统的设计与实现相关方法流程等规定进行。

写微程序并不是最首要的，应根据所要求的、详细的进行分析，确定功能，然后确定其电路模型，选定开发方案，做到每一步思路清晰，这样就能够很好的设计出所要求的模型计算机。

其次，要谈谈我们这次设计的不足之处，本次课程设计是以小组为单位进行的，我们各自分配了任务，因此我们有些方面得到了强化，有些方面却缺少了锻炼，虽然说人多力量大，但却多了些依赖思想，加之贪玩、不够细心、等因素，使得我们之前的进度一直比较缓慢，直到下半段时间我们才每天全力投入设计之中去。

说到设计，我们如今已经可以避免发生一些原则性的错误，但是有一些细节我们还是做得不够，比如老师就给我们提出了图的一些画法问题，这些都是我们以后的设计中应该提起重视和改进的。

最后，还要感谢我们指导老师的细心指导、认真监督，以及给我们组的设计提出的许多中肯意见。

路漫漫其修远兮，如今我们已完成了大学里的一些内容，但仍觉得自己还有很多东西要学，希望自己在以后的学习生活中还得不断的学习与进步体会两周时间的课程设计已经完成了，通过这次课程设计，不仅让我了解了模型机的结构和怎么去设计微程序，更重要的还让我学会了、或者说是验证了“做事一定要有次序和对事物的总体把握”这句话的深刻内涵。

开始，我没有按照要求的步骤进行，而是一下子就开始去设计微程序，这使我对整个课程设计没有什么总体把握，也不知道接下来要干什么。