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1、计算机组成原理课程设计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
2、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2PC机 1台软件环境：1 操作系统： Windows XP2 CMA
3、（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。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
4、，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”上调试和完成运算器的设计工作； 设计要求：1认真
5、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
6、源程序，并把源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。3. 连线搭建实现一个简单的模型计算机，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
7、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
8、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，掌握计算机设计与实现的
9、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 computer science
10、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 stud
11、ents experiment ability and sense of innovation, for the future of computer application system design and development foundation. This course is designed to a8 model computer systems, including the use of programmable devices for computing device, a micro program controller, memory, input / output i
12、nterface and simple equipment, timing and start-stop control circuit. The custom of a simple command system, making system design and implementation method. In principles of computer organization and system structure of experiment system built on the model of the computer system, complete the micro
13、program controller experimental processes, and the use of design instruction system for the preparation of a simple function of the program, in building a model system input, commissioning and operation procedures.Keywords: instruction system, operator, controller 目录第一章 设计任务与要求11、1设计题目11、2 设计目的11、3设
14、计任务11、4实验设备和环境11、5设计内容和要求2第二章 设计方案22、1设计功能32、11模型机系统组成框图及说明32、2设计思路42、3指令系统42、3使用到哪些芯片及各个芯片的作用42.31使用74273芯片（如图所示）42.32 74244芯片5第三章 硬件设计53、1芯片的总线连接线路图和说明63.2运算器的设计原理图73、21加法运算器73、22乘运算83、23乘加运算8与乘法与加法相同。83、22减运算9第四章 软件设计94、1模块流程图104、2源程序清单与注释10第五章 调试过程125、1硬件连线135、2实验步骤135、21制定模型机设计方案135、22模型机系统总体框图145、3出现的问题165、4解决的方法175、5使用的实验数据17第六章 总结176、1课程设计过程中的总结176、3体会与收获18参考文献19 第一章 设计任务与要求1、1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1、2 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。1、3设计任务在西安唐都科教仪器公司研发、生产的 TDCMA 实验教
