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1、计算机组成与结构课程设计说明书题 目 ： 模型计算机的设计与实现学 生 姓 名 ： 学 号 ：学 院 ： 信 息 工 程 学 院班 级 ： 计 算 机 科 学 与 技 术 10-1 班组 别 ： 指 导 教 师 ： 2012 年 7 月 13 日 计算机组成原理课程设计计算机组成与结构课程设计任务书一、设计题目基 于 TDCMA 实 验 教 学 系 统 的 模 型 计 算 机 的 设 计 与 实 现二、设计目的计 算 机 组 成 与 结 构 课 程 设 计 是 “计 算 机 组 成 与 结 构 ”课 程 的 后 续 设 计 性 课 程 ，通 过 设 计 一 台 模 型 计 算 机 ， 使 学
2、生 更 好 地 理 解 计 算 机 组 成 与 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 以 后 进 行 计算 机 应 用 系 统 的 设 计 与 开 发 奠 定 基 础 。三、设计任务在 西 安 唐 都 科 教 仪 器 公 司 研 发 、 生 产 的 TDCMA 实 验 教 学 系 统 平 台 基 础 上 ，设 计 一 个 8 位 模 型 计 算 机 系 统 ， 包 括 运 算 器 ， 微 程 序 控 制 器 ， 存 储 器 ,简 单 输 入 输 出 接 口 和 设
3、 备 。 要 求 学 生 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 。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 、 微程 序 控 制 器 的 设 计 调 试 任 务 ， 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
4、路 图 ， 写 出 完 整 的 设 计 报 告 。四、实验设备和环境实 验 设 备 ：1 计 算 机 组 成 原 理 与 系 统 结 构 实 验 箱 1 台2 PC 机 1 台软 件 环 境 ：1 操 作 系 统 ： Windows XP2 CMA（ 实 验 箱 配 套 软 件 ）3 QuartusII4.2五、设计内容和要求根 据 设 计 任 务 的 要 求 ， 结 合 时 间 进 度 安 排 和 考 核 方 面 的 因 素 ， 将 本 次 设 计 内 容 分为 五 个 部 分 ， 各 部 分 的 具 体 设 计 内 容 和 要 求 如 下 ：第 一 部 分 模 型 计 算 机 设 计 方
5、案 的 制 定设 计 内 容 ：1 设 计 一 个 8 位 模 型 计 算 机 系 统 ， 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 ；2 画 出 系 统 组 成 框 图 ， 指 出 各 个 部 分 的 功 能 和 实 现 途 径 ；3 针 对 所 设 计 的 模 型 机 系 统 ， 每 组 学 生 自 己 定 义 一 套 简 单 的 指 令 系 统 ， 给 出 助记 符 指 令 格 式 ， 分 配 指 令 的 机 器 代 码 ， 指 出 指 令 的 功 能 ；4 写 出 设 计 方 案 。计算机组成原
6、理课程设计设 计 要 求 ：1 所 设 计 的 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 ；2 每 组 定 义 的 指 令 系 统 为 6 至 10 条 指 令 ， 必 须 包 含 本 组 运 算 器 特 有 运 算 功 能的 指 令 ， 每 组 必 须 有 两 条 以 上 指 令 与 其 他 组 不 同 ；3 每 组 提 交 设 计 方 案 ， 包 括 简 单 模 型 机 的 结 构 框
7、图 、 指 令 系 统 、第 二 部 分 运 算 器 的 设 计 与 调 试设 计 内 容 ：1.自 定 义 运 算 器 的 功 能 ；2.使 用 TDCMA 实 验 教 学 系 统 提 供 的 大 规 模 可 编 程 逻 辑 器 件 CPLD（ EMP1270） ，根 据 指 令 功 能 选 择 （ 确 定 ） 相 应 的 算 逻 运 算 ， 用 原 理 图 输 入 或 VHDL 硬 件 描 述 语 言方 法 进 行 设 计 ， 在 QuartusII 软 件 中 建 立 工 程 文 件 ， 实 现 相 应 功 能 ；3.在 “计 算 机 组 成 原 理 与 结 构 实 验 系 统 ”上 调
8、 试 和 完 成 运 算 器 的 设 计 工 作 ； 设 计 要 求 ：1 认 真 阅 读 实 验 教 材 ， 了 解 实 验 所 用 仪 器 和 设 备 的 使 用 方 法 及 注 意 事 项 ； 2 了 解 VHDL、 HDL 语 言 ；3. 了 解 QuartusII 软 件 环 境 ；4. 实 现 自 定 义 运 算 器 ；5. 提 交 在 QuartusII 软 件 中 建 立 的 工 程 文 件 ；第 三 部 分 微 程 序 控 制 器 的 设 计 与 调 试设 计 内 容 ：1 编 写 出 实 现 自 定 义 指 令 系 统 的 微 程 序 ；2 将 所 编 写 的 微 程 序
9、存 储 到 控 制 存 储 器 中 ；3 在 TDCMA 实 验 教 学 系 统 平 台 上 调 试 和 完 成 微 程 序 控 制 器 的 设 计 工 作 ；设 计 要 求 ：1 认 真 阅 读 实 验 教 材 ， 了 解 实 验 所 用 仪 器 和 设 备 的 使 用 方 法 及 注 意 事 项 ； 2 将 所 编 写 的 微 程 序 存 储 到 控 制 存 储 器 中 ；3 用 单 步 执 行 微 指 令 方 式 执 行 微 程 序 并 观 测 所 发 出 的 控 制 信 号 ；4 每 组 编 写 的 程 序 必 须 有 助 记 符 表 示 的 汇 编 语 言 源 程 序 ， 并 把 源
10、 程 序 翻 译 成 机器 指 令 代 码 ， 并 记 录 相 关 实 验 结 果 ；5. 提 交 微 程 序 流 程 图 、 对 应 的 二 进 制 微 代 码 表 。第 四 部 分 整 机 调 试设 计 内 容 ：1 全 面 深 刻 地 分 析 西 安 唐 都 科 教 仪 器 公 司 的 TDCMA 实 验 教 学 系 统 的 组 成 与结 构 ， 为 设 计 模 型 计 算 机 系 统 作 准 备 ；2 在 TDCMA 实 验 教 学 系 统 平 台 下 完 成 程 序 的 写 入 、 运 行 、 调 试 。计算机组成原理课程设计3. 连 线 搭 建 实 现 一 个 简 单 的 模 型
11、计 算 机 ， 包 括 CPU， 存 储 器 ， 输 入 设 备 和 输 出设 备 。 其 中 CPU 由 运 算 器 （ 使 用 大 规 模 可 编 程 逻 辑 器 件 CPLD 设 计 实 现 ） 、 微 程 序控 制 器 （ MC） 、 通 用 寄 存 器 ， 指 令 寄 存 器 （ IR） 、 程 序 计 数 器 （ PC） 和 地 址 寄 存 器（ AR） 组 成 。5.调 试 并 实 现 简 单 模 型 计 算 机 的 功 能 。设 计 要 求 ：1 提 交 简 单 模 型 机 的 接 线 图 。第 五 部 分 设 计 报 告 的 撰 写 和 答 辩 验 收设 计 内 容 ：1 在
12、 完 成 以 上 模 型 计 算 机 系 统 的 实 验 测 试 内 容 后 ， 修 改 和 完 善 设 计 方 案 和 所 画的 电 路 原 理 图 ；2 准 备 好 自 己 搭 建 的 模 型 机 系 统 平 台 和 相 关 的 实 验 测 试 数 据 ， 接 受 指 导 教 师 的答 辩 验 收 工 作 ；3 每 个 学 生 写 出 一 份 完 整 的 设 计 报 告 。设 计 要 求 ：1 对 所 设 计 的 模 型 机 系 统 进 行 全 面 总 结 ， 完 善 设 计 内 容 ；2 在 接 受 指 导 教 师 的 答 辩 验 收 前 ， 做 好 充 分 准 备 工 作 ， 包 括
13、平 台 准 备 ， 程 序 的输 入 ， 相 关 的 测 试 数 据 整 理 等 ；3 每 个 学 生 自 己 独 立 写 出 一 份 设 计 报 告 ， 设 计 报 告 必 须 计 算 机 打 印 ， 要 求 设 计方 案 和 指 导 思 想 正 确 ， 格 式 规 范 ， 内 容 全 面 ， 叙 述 清 楚 ， 分 析 和 总 结 合 理 。六、时间安排：设计内容 时间第一部分 模型计算机设计方案的制定 1 天第二部分 运算器的设计与调试 3 天第三部分 微程序控制器的设计与调试 3 天第四部分 整机调试 1 天第五部分 设计报告的撰写和答辩验收 2 天七、考核方式考 查 ， 最 终 成
14、绩 包 括 设 计 报 告 (30%)、 平 时 成 绩 (30%)、 答 辩 验 收 (40%)， 课 程最 终 成 绩 按 照 优 、 良 、 中 、 及 格 和 不 及 格 五 分 制 评 分 。八、参考资料1 王 爱 英 主 编 . 计 算 机 组 成 与 结 构 （ 第 四 版 ） . 北 京 ： 清 华 大 学 出 版 社 ，20072 CMA 用 户 手 册 ；3 CMA 组 成 原 理 与 系 统 结 构计算机组成原理课程设计摘要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
15、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。本次课程设计一个 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。自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。 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。关键字：指令系统、运算器、控制器AbstractComputer integrated design is comput
16、er science and technology undergraduate is an important design course. Through the design of a table model computer, enable students to better understand the computer components and system structure of the basic content of courses, master of computer design and implementation of the basic method, training students experiment ability and sense of innovation, for the future of
