学生课程设计报告

课程设计名称：计算机组成原理

设计项目名称：基本模型机设计与实现

专业名称：

班       级：

学       号：

学生姓名：

指导教师：

                    2014 年 12 月 22 日

目  录

课程设计任务书... 3

1    课程设计目的... 4

2    课程设计设备... 4

3    课程设计内容... 4

3.1.. 课程设计原理... 4

3.2.. 实验步骤... 5

4    课程设计结果... 9

5    课程设计总结... 12

5.1.. 课程设计的心得、经验教训及注意事项... 12

5.1.1心得体会... 12

5.1.2经验教训... 13

5.1.3注意事项... 13

参考文献... 13

 

课程设计任务书

学生姓名：                   专业班级：       

指导教师：                工作单位：        

题目：基本模型机的设计与实现

初始条件

1．完成《计算机组成原理》课程教学与实验

2．Proteus仿真系统

要求完成的主要任务（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1．掌握简单指令系统计算机的微控制器功能与结构特点

2．熟悉Proteus仿真系统

3．在Proteus仿真系统中确认运行结果

4．形成简单指令系统计算机的整机概念

时间安排

1．第17周周二（12月23日）：全体集中讲解课程设计原理与方法

2．第17周周一至周五（12月22日～26日）：分班实验：

      第18周周一至周五（12月229日～1月2日）：分班实验：

1    课程设计目的

设计并实现基本模型机：

（1）理解计算机工作原理

（2）设计并验证一个定点计算机模型

（3）增加一个浮点运算单元

2    课程设计设备

PC机＋Win 2003＋proteus仿真器

3    课程设计内容

3.1   课程设计原理

部件实验过程中，各部件单元的控制信号是以人为模拟产生为主，而本次实验将能在微程序控制下手动产生各部件单元的控制信号，实现特定指令的功能。如运算器实验中对74LS－181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出设备的控制通过LED灯来显示结果。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个微程序。
本实验采用五条机器指令：IN（输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件转移）。

基本模型机数据通路框图：

基本模型机微程序流程图：

3.2   实验步骤

1、该基本模型机主要有运算器和存储器两大功能器件构成，首先设计运算器并对其进行功能验证。

（1）    实验原理图：

（2）    实验电路图：

（3）    功能验证：

如图：

通过下方的单刀双掷开关控制数据的输入，两个74LS273进行数据的锁存，通过181进行运算，将实验结果通过74LS245经总线输出，最后结果由LED显示。

对其进行正逻辑的算数运算，及令M=0，进行验证。

初始状态：74LS245置于高电平，74LS273置于低电平，S3、S2、S1、S0置0；

通过开关输入数据，分别将S3、S2、S1、S0置于高低电平，验证下表。

验证结果：运算器连接正确。

2、设计存储器并于运算器相连。

（1）    实验原理图：

（2）    实验电路图：

通过74LS373将数据写入6116存储器，然后将74LS245的导通开关关掉，读取6116里面的数据，并将数据以LED灯的形式得以验证。

（3）    读写操作：

初始状态：74LS273置于低电平，6116关闭。

写操作：通过开关，手动输入8位2进制数作为地址存储，SW19置于高电平，完成写操作后关闭。

读操作：通过6116进行读操作，完成地址的存储。

4    课程设计结果

1、实验电路图

2、实验结果

地址的写入：

操作数的写入

关闭存储开关，打开运算器，273高电平有效，245低电平有效

5    课程设计总结

5.1   课程设计的心得、经验教训及注意事项

5.1.1心得体会

通过本次实验理解了计算机的工作原理，设计并验证了一个定点计算机模型，实现了浮点运算的功能。在之前的单个运算器与存储器实验中能够在老师的指导下完成基本任务，在基本模型机的实验中遇到了一些问题，但通过与同学的讨论最终完成了实验。

思考内容：

片内总线与系统总线的功能不同，片内总线是芯片内部的总线，是CPU芯片内部寄存器与寄存器之间、寄存器与ALU之间的公共连接线。系统总线是系统内各功能部件之间相互连接的总线。

5.1.2经验教训

在做单个的运算器、存储器的实验时，通过老师的指导可以完成基本功能，但是对知识点掌握不是很熟悉，有些细节问题没有注意到，导致在本次的课程设计中，出现了不少问题。但通过与同学的讨论，最终得出正确设计方案。

在以后的学习生活中，我一定会力求把握每个知识点，注重理论与实际的结合。

5.1.3注意事项

1、在进行读写操作时，必须先将第一地址写入，再写入操作数，不能连续写入；

2、连接电路时一定要注意条理清晰、布局合理，方便以后的错误查询及修改；

3、区分不同芯片，注意74LS273为高电平有效，74LS245低电平有效，区分6112的不同接口。

参考文献

［1］蒋本珊.计算机组成原理.北京:清华大学出版社,2004

 

第二篇：组成原理实验(3)

实验一 运算器实验

1、  实验内容

利用两片74LS181以并、串形式构成8位字长的ALU。运算器的输出经过一个三态门和数据总线相连，运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器锁存，锁存器的输入连至数据总线。数据开关用来给出参与运算的数据，运算结果经过数据线，通过显示灯显示。

内容：1）掌握简单运算器的数据传输方式

2）验证运算功能发生器及进位控制的组合功能

2、实验目的及要求

掌握运算器的数据传送通路；验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能。

要求：完成不带进位及带进位算术运算实验、逻辑运算实验，了解算术逻辑运算单元的运用。

3、实验重点

运算器的数据传送通路；运算功能发生器（74LS181）的组合功能。

4、实验难点

运算器的数据传送通路；运算功能发生器（74LS181）的组合功能。

5、实验时间分配及进度安排

3学时

6、主要实验环节的组织

教师提示实验原理，学生自己设计实验。

实验二 存储器实验

1、  实验内容

向静态随机存储器RAM（一片6116）写入数据，并读出数据显示。

内容：1）向静态随机存储器写入数据

2）读出数据显示

2、实验目的及要求

掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法。

3、实验重点

静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法。

4、实验难点

静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法。

5、实验时间分配及进度安排

3学时

6、主要实验环节的组织

教师提示实验原理，学生自己设计实验。

实验2.存储器实验

实验3.数据通路组成实验

内容：连接运算器实验模块和存储器实验模块

要求：将运算器实验模块和存储器实验模块两部分电路连接在一起，掌握数据通路组成。

实验4.微程序控制器实验

内容：1）时序信号产生器、微程序控制电路

2）微指令设计格式、微程序编制

要求：掌握时序产生器的组成原理、掌握微程序控制器的组成原理、掌握微程序的编制、观察微程序的运行。

实验5.模型机CPU组成与指令周期实验

内容：1）连接微程序控制器模拟、运算器模块、存储器模块

         2）指令周期实验

要求：将微程序控制器模拟，运算器模块，存储器模块组合在一起，联成一台简单的计算机，并进行指令周期实验。

实验6.基本模型机设计与实现

内容：1）定义机器指令

2）编写相应微程序，上机调试

要求：在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统地构造一台基本模型计算机，编写相应的微程序，上机调试掌握整机概念。

二、          

实验三 微程序控制器实验

1、  实验内容

时序信号产生器；微程序控制电路；微指令格式设计；微程序编制。

2、实验目的及要求

掌握时序产生器的组成原理、掌握微程序控制器的组成原理、掌握微程序的编制、观察微程序的运行。

3、实验重点

时序产生器的组成原理、微程序控制器的组成原理、微程序的编制、微程序的运行。

4、实验难点

时序产生器的组成原理、微程序控制器的组成原理、微程序的编制、微程序的运行。

5、实验时间分配及进度安排

3学时

6、主要实验环节的组织

教师提示实验原理，学生自己设计实验。

实验四 基本模型机设计与实现

1、  实验内容

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，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。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。

2、实验目的及要求

本实验目的及要求是掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统，构造一台基本模型计算机。

3、实验重点

实验重点是构造一台基本模型计算机。

4、实验难点

构造一台基本模型计算机。

5、实验时间分配及进度安排

3学时

6、主要实验环节的组织

教师提示实验原理，学生自己设计实验。

实验五 扩展8255并接口实验

1、  实验内容

本实验外扩一片8255A接口芯片，完成基本并行口实验。

2、实验目的及要求

本章实验目的及要求是在构成一台完整的模型机的基础上，控制真实的外围接口芯片，进行基本的接口实验。

3、实验重点

实验重点是控制真实的外围接口芯片，进行基本的接口实验。

4、实验难点

控制真实的外围接口芯片，进行基本的接口实验。

5、实验时间分配及进度安排

3学时

6、主要实验环节的组织

教师提示实验原理，学生自己设计实验。