计算机组成原理课程设计范文

第一篇：计算机组成原理课程设计范文

计算机组成原理课程设计指导材料

一． 课程设计目的

课程设计教学目的：通过本课程设计，学生可熟悉典型计算机的基本结构、基本组成和基本功能，掌握计算机主要组成部件工作原理的基本分析与设计方法，加深对理论课知识内容的理解。

二． 设计题目

题目1.内存扩充与连接 1.设计目的：

2.主要任务：

3.设计要求：

4.图表

画图时请按以下给出的原件图画 图1-1 8086芯片引脚图 图1-2内存芯片逻辑图

图1-3 译码器与门电路逻辑图 题目2.模型机组成设计

1.目的：通过对一个简单模型机的设计与实现,对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接以及微指令执行的过程。

2.基本要求：画出模型机的设计图并举例描述利用该模型机进行加法运算时，各个功能部件的工作情况。

题目3.算数逻辑运算 1.目的：

（1）.了解运算器 的组成结构。（2）.掌握运算器的工作原理。（3）.学习运算器的设计方法。

（4）.掌握简单运算器的数据传 送通路。

（5）.验证运算功能发生器74LS181 的组 合功能。

2.设计原理：

设计中所用的运算器数据通路图如下图。图中所示的是由两片74LS181 芯片以并/串 形式构成的8 位字长的运算器。右方为低4 位运算芯片，左方为高4 位运算芯片。低位芯片 的进位输出端Cn+4 与高位芯片的进位输入端Cn 相连，使低4 位运算产生的进位送进高4 位运算中。低位芯片的进位输入端Cn 可与外来进位相连，高位芯片的进位输出引至外部。两个芯片的控制端S0～S3 和M 各自相连，其控制电平按表。为进行双操作数运算，运算器的两个数据输入端分别由两个数据暂存器DR1、DR2（用锁存器74LS273 实现）来锁存数据。要将内总线上的数据锁存到DR1 或DR2 中，则锁存器74LS273 的控制端LDDR1 或LDDR2 须为高电平。当T4 脉冲来到的时候，总线上的数据就被锁存进DR1 或DR2 中了。为控制运算器向内总线上输出运算结果，在其输出端连接了一个三态门（用74LS245 实现）。若要将运算结果输出到总线上，则要将三态门74LS245 的控制端ALU-B 置低电平。否则输出高阻态。

3.根据设计原理描述进行原码加减运算及逻辑运算的程序流程 4.填写下表

三． 课程设计报告格式

1.报告组成及装订顺序：封面、目录、引言、正文、结论、参考文献、心得体会。2.书写格式要求：见学院课程设计报告要求

四． 其它要求

1.报告提交时间：截止12月31日

2.报告提交形式：以班级为单位提交电子版和打印版

第二篇：计算机组成原理课程设计

《计算机组成原理》课程设计

任务书

中原工学院计算机学院 2007年6月

前言

“计算机组成原理”是大学本科计算机相关专业的一门核心专业基础课程，必修，在先导课和后继课之间起着承上启下的作用。主要讲授单处理机系统的组成和工作原理，包括运算器、存储器、控制器和输入输出系统，其中控制器的设计是课程的重点和难点。为了让学生能融会贯通各知识点，增强对计算机系统各模块协同工作的认识，充分理解数据通路，掌握控制器的设计技术，课程设计一般也侧重于控制器的设计。考虑到学生的基础和现有实验环境，本次课程设计的题目是“微程序控制器的设计与实现”。通过该课程设计，希望学生在理论与实践相结合的基础上，加深对计算机整机概念，进一步理解计算机的内部结构和时空关系，进一步理解和掌握微程序控制器的设计思想和具体方法、步骤，从而提高自行设计、调试和分析问题的能力。课程设计题目

微程序控制器的设计与实现

目的

 巩固和深刻理解“计算机组成原理”课程所讲解的原理，加深对计算机各模块协同工作的认识

 掌握微程序设计的思想和具体流程、操作方法。 培养学生独立工作和创新思维的能力，取得设计与调试的实践经验。

 尝试利用编程实现微程序指令的识别和解释的工作流程

内容

按照要求设计一指令系统，该指令系统能够实现数据传送，进行加、减运算和无条件转移，具有累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存储器直接寻址、立即数寻址等五种寻址方式。

具体要求

 仔细复习所学过的理论知识，掌握微程序设计的思想，并根据掌握的理论写出要设计的指令系统的微程序流程。指令系统至少要包括六条指令，具有上述功能和寻址方式。 根据微操作流程及给定的微指令格式写出相应的微程序  将所设计的微程序在虚拟环境中运行调试程序，并给出测试思路和具体程序段

 尝试用C或者Java语言实现所设计的指令系统的加载、识别和解释功能。 撰写课程设计报告。

设计环境

 伟福COP2000型计算机组成原理实验仪，微机，相关虚拟软件。

 VC开发环境或者Java开发环境。

课程设计时间

 1.5周

课程设计报告要求 完成设计任务后,在课程设计的最后阶段,需要总结全部设计工作,写出完整,规范的设计报告,在指定的时间内提交指导教师.课程设计报告要求有完整的格式,包括封面,目录,正文等,具体如下:

一、封面

包括:课程设计题目,姓名,学号,班级,指导教师,完成日期.二、目录

正文前必须要有目录.三、正文 正文包括的内容有: ⑴ 设计任务与要求;⑵ 设计方案(包括设计思路,采用的微指令格式，每条指令的指令流程及其微程序清单)(3)调试过程(包括实验步骤,出现的问题,解决的方法(4)小结(在整个课程设计过程中的总结和体会)(5)参考资料

成绩评定

课程设计的考核结果按优秀,良好,中等,及格和不及格来评价.对设计任务理解透彻,能够全面,正确,独立地完成设计内容所规定的任务,得出设计结果,并按时提交准确,完整,规范的设计报告,可评为优秀;按照设计任务要求能够顺利地完成任务,得出结果,按时提交较完整的,符合要求的设计报告,可评定为良好;按照设计要求完成了软件的编程与调试,基本完成了任务要求,提交符合要求的设计报告,可评为中等;基本完成设计目标,但不够完善,可能有若干小的缺陷,在帮助下能够完成任务要求,提交设计报告,可评为及格;不能完成指定的要求和任务,未提交设计报告的,评为不及格.参考资料 1.“计算机组成原理课程设计任务书” 2.“计算机组成原理” 课堂教材

第三篇：计算机组成原理课程设计任务书

《计算机组成原理》

课程设计任务书

一、设计任务：

1、基本模型机设计与实现；

2、在基本模型机设计的基础上设计一台复杂模型机。

二、功能指标和设计要求：

利用所学过的理论知识，特别是微程序设计的思想，设计基于微程序控制器的模型计算机，包括设计相应的硬件平台、机器指令系统和微指令等。设计环境为TD－CMA计算机组成原理教学实验箱、微机，联机软件等。同时设计好基于模型机的测试验证程序，并在设计好的硬件平台上调试通过，以验证所设计的模型机功能的可行性与可靠性。在设计完成的前提下，撰写出符合要求的课程设计说明书并通过设计答辩。

1.基本模型机设计与实现

设计一台简单模型机，在具备基本必要的硬件平台的基础上，进一步要求其机器指令系统至少要包括五条不同类型指令：如一条输入指令（假设助记符为IN），一条加法指令（假设助记符为ADD），一条输出指令（假设助记符为OUT）、一条无条件转移指令（假设助记符为JMP）和一条停机指令（假设助记符为HLT）；在设计好的模型机基础上，设计一个进行两个数求和运算的测试验证程序，用以验证模型机功能的可行性与可靠性。

2.在任务1的基础上，增加机器指令系统的功能，设计具有不少于10条机器指令的复杂指令系统模型机，包含算术逻辑指令、访问内存指令、控制转移指令、输入输出指令、停机指令等。数据的寻址方式要包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。利用设计的复杂模型机实现两个数的减法运算并判断差得正负，差为正数则输出A，差为负数则输出B，差为零则输出C。在设计好的模型机基础上，进一步设计一个测试验证程序，验证模型机功能的可行性与可靠性。

3、基本模型机和复杂模型机的CPU数据字长为8位，采用定点补码表示。指令字长为8的整数倍。微指令字长为24位。

三、设计步骤：

1、确定设计目标 进行全面深入的模型机设计需求分析，确定所设计计算机的功能和用途。

2、总体结构、数据通路设计及硬件实现

总体结构设计包括确定模型机应具有的基本功能部件（如运算器、控制器以及基本的寄存器等等）以及它们之间的数据通路。

硬件实现基于现有的基本实验箱平台，根据所设计模型机选择必要的元器件，并通过接插件（各种连线等）进行器件连接，组成所设计的模型机硬件系统（物理机）。综合考虑计算机的速率、性能价格比、可靠性等要求，设计合理的数据通路结构，数据通路不同，执行指令所需要的逻辑操作就不同，计算机的结构也就不一样。在此基础上，在后面的微指令设计阶段，就可以依据数据通路关系确定模型机工作过程中的所有微操作，并进一步确定微指令格式中的相应微命令。

3、确定指令系统（机器指令系统）

确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式。确定相对应指令所包含的微操作。

4、机器指令转化为微程序执行的相关设计

过程2、3完成后，就可以根据机器指令系统进行指令周期分析，确定出每条机器指令的CPU周期数。对于微程序控制的计算机，进一步确定出每个CPU周期内的微操作（明确哪些微操作可以安排在同一CPU周期中，哪些微操作则不能）。设计出每条机器指令的方框图形式的指令周期流程图。

5、微指令代码化

依据指令周期流程图以及指定的微指令格式，将设计出程序格式中的各字段（操作控制字段、P测试字段、直接微地址字段）相应的二进制代码（即对应的微命令编码）。

6、设计微指令的相关微地址

根据后续微地址的形成方法（直接微地址或P测试转移后重新形成），确定每条微指令的相关后续微地址。确定好微命令在控存中的存放地址，并将所有微命令写入到控存的相应存储单元中。

7、组装、调试

7.1、在总调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有各功能模块工作正常后，才能保证整机的正常运行。首先调试每条微指令功能，再调试每条机器指令功能。

连接所有模块，用单步微指令方式执行机器指令的微程序流程图，当全部微程序流程图检查完后，若运行结果正确，则在内存中装入一段机器指令，进行其他的运行方式等功能调试及执行指令的正确性验证。

7.2、当所有功能模块都调试正常后，进入总调试。根据设计好的模型机，进一步设计一个功能测试验证程序，运行程序并验证所涉及的模型机功能是否可行和可靠。

四、课程设计报告要求：

课程设计报告要求打印,其中的数据通路框图、微程序流程图、实验接线图用VISIO等绘图工具软件绘制或用铅笔工工整整绘制，要求图文清晰，报告内容包括：

（1）封面

（包括：题目、所在系、班级、学号、指导教师及时间等项）（2）任务书（3）目录

（目录要层次清晰，要给出标题及页次，目录的最后一项是无序号的“参考文献”）。（4）正文

正文应按目录中编排的章节依次撰写，要求论述清楚，文字简练通顺，插图清晰，书写整洁。“设计”不同于实验，要充分体现出“设计”的思想，不能写成实验报告的形式。文中图、表及公式应规范地绘制和书写。正文是实践设计报告的主体，具体由以下几部分组成：

1）课程设计题目；

2）课程设计使用的相关软硬件资源；

3）设计的具体方法和步骤（包括确定所设计计算机的功能和用途、总体结构与数据通路与硬件设计、指令系统、设计指令执行流程、确定微程序地址、微指令代码化、组装、调试、测试验证程序与功能验证情况。）

4）课程设计总结（包括自己的收获与体会；遇到的问题和解决的方法等）；（5）附录

附录1：数据通路图 附录2：微程序流程图

附录3：实验接线图

附录4：实验程序及微程序 附录5：参考文献（资料）

五、设计工作量：

(1)作品：设计的最终作品包括硬件和软件两个部分，要求硬件实现正确，能够演示并达到设计指标的要求。每个学生（或小组）在作品完成后，要经指导教师检查，同意拆除后方可拆卸。(2)论文：严格按上述课程设计说明书的要求撰写和装订。每个学生一份。

六、成绩评定标准：

课程设计的成绩分为：优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级。

优秀：完成复杂模型机的设计与实现，指令系统完备有更新扩充。调试成功。文档规范齐全。

良好：完成模型机的设计与实现，指令系统指令种类丰富有一定的更新。调试成功。文档规范齐全。

中等：完成基本模型机的设计与实现，在老师指导下对指令系统有更新。调试成功。文档规范齐全。

及格：完成基本模型机的设计与实现。调试成功。文档规范齐全。不及格：没有课程设计报告，无故缺勤，不能完成调试者不及格。

七、工作计划：

时间：18周周1~周5 讲授：2课时

设计及调试：26课时 设计报告编8课时 答辩：4课时

八、参考资料：

1、《计算机组成原理》教材，陈智勇主编；

2、《CMA组成原理与系统结实验指导书》

第四篇：计算机组成原理课程设计指导书

长 沙 学

院

课程设计指导书

系（部）

计算机科学与技术

专

业

计算机科学与技术

2010年12 月 10 日

课程名称：计算机组成原理 课程编号：7020130610 主 笔 人：钟旭 主 审 人：

一、课程设计的目的

通过该课程设计的学习，总结计算机组成原理课程的学习内容，利用TDN-CM+教学实验系统提供的软硬件操作平台掌握层次化设计方法、运用计算机原理知识，设计并实现一台完整的计算机，从而巩固课堂知识、深化学习内容、完成教学大纲要求，学好计算机科学与技术专业的专业基础课。

二、课程设计的题目 1.基本模型机设计与实现；

2.带移位运算的模型机的设计与实现； 3.复杂模型机的设计与实现。

三、设计内容（主要技术关键的分析、解决思路和方案比较等）

利用所学过的理论知识，特别是微程序设计的思想，写出要设计的指令系统的微程序。设计环境为TDN－CM＋计算机组成原理教学实验系统，微机，虚拟软件。将所设计的微程序在此环境中进行调试，并给出测试思路和具体程序段。最后撰写出符合要求的课程设计说明书、完成答辩。1.基本模型机设计与实现

指令系统至少要包括六条不同类型指令：如一条输入指令，一条减法指令，一条加法指令，一条存数指令，一条输出指令和一条无条件转移指令。2.带移位运算的模型机的设计与实现

在基本模型机的基础上增加左、右循环和左、右带进位循环四条指令

3.设计不少于10条指令的指令系统。其中，包含算术逻辑指令，访问内存指令，程序控制指令，输入输出指令，停机指令。重点是要包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。

以上数据字长为8位，采用定点补码表示。指令字长为8的整数倍。微指令字长为24位。

四、设计步骤

1、确定设计目标

确定所设计计算机的功能和用途。

2、确定指令系统

确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式。

3、总体结构与数据通路

总体结构设计包括确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构。在此基础上，就可以拟出各种信息传输路径，以及实现这些传输所需要的微命令。综合考虑计算机的速率、性能价格比、可靠性等要求，设计合理的数据通路结构，确定采用何种方案的内总线及外总线。数据通路不同，执行指令所需要的操作就不同，计算机的结构也就不一样。

4、设计指令执行流程

数据通路确定后，就可以设计指令系统中每条指令所需要的机器周期数。对于微程序控制的计算机，根据总线结构，需考虑哪些微操作可以安排在同一条微指令中，哪些微操作不能安排在同一条微指令中。

5、确定微程序地址

根据后续微地址的形成方法，确定每个微程序地址及分支转移地址。

6、微指令代码化

根据微指令格式，将微程序流程中的所有微指令代码化，转化成相应的二进制代码写入到控制存储器中的相应单元中。

7、组装、调试

在总调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有各功能模块工作正常后，才能保证整机的正常运行。

当所有功能模块都调试正常后，进入总调试。连接所有模块，用单步微指令方式执行机器指令的微程序流程图，当全部微程序流程图检查完后，若运行结果正确，则在内存中装入一段机器指令，进行其他的运行方式等功能调试及执行指令的正确性验证。

五、设计说明书要求

课程设计说明书按学校统一格式撰写和装订。课程设计报告要求打印,其中的数据通路框图、微程序流程图、实验接线图用VISIO等工具软件绘制或用铅笔工工整整绘制。

（1）封面（包括：题目、所在系、班级、学号、指导教师及时间等项，可到教务处网页上下载）（2）任务书（3）目录

目录要层次清晰，要给出标题及页次，目录的最后一项是无序号的“参考文献”。（4）正文

正文应按目录中编排的章节依次撰写，要求计算正确，论述清楚，文字简练通顺，插图清晰，书写整洁。文中图、表及公式应规范地绘制和书写。

正文是实践设计报告的主体，具体由以下几部分组成：

1）课程设计题目；

2）课程设计使用的实验设备；

3）课程设计步骤（包括确定所设计计算机的功能和用途、指令系统、总体结构与数据通路、设计指令执行流程、确定微程序地址、微指令代码化、组装、调试。）

4）课程设计总结（包括自己的收获与体会；遇到的问题和解决的方法等）；

（5）附录

附录1：数据通路图 附录2：微程序流程图 附录3：实验接线图 附录4：实验程序及微程序

附录5：参考文献（资料）(格式规范参照长沙学院毕业设计(论文)撰写规范)

六、设计进度安排 时间：

15、16周 讲授：2课时 答疑及设计：26课时 上机调试：8课时 答辩：6课时

七、考核标准

课程设计的成绩分为：优秀：、良好、中等、及格、不及格五个等级。

优秀：完成复杂模型机的设计与实现，指令系统完备有更新扩充。调试成功。文档规范齐全。良好：完成模型机的设计与实现，指令系统指令种类丰富有一定的更新。调试成功。文档规范齐全。中等：完成基本模型机的设计与实现，在老师指导下对指令系统有更新。调试成功。文档规范齐全。及格：完成基本模型机的设计与实现。调试成功。文档规范齐全。不及格：没有课程设计报告，无故缺勤，不能完成调试者不及格。

第五篇：计算机组成原理课程设计2007答案

在验收的同时，学生必须回答下列问题： 1，指令寄存器在组成中的作用是什么？ 用来保存当前正在执行的一条指令。2，指令的执行过程是怎么进行的？

执行一条指令时，先把它从内存中取到缓冲寄存器，再送到指令寄存器，然后它的操作码给到指令译码器，操作码经译码后就可向操作控制器发出具体操作命令。3，存储器在计算机中的作用是什么？ 用来存放程序（机器指令）和数据。4，寄存器的多少在执行指令时有什么好处？

5，ALU的算逻功能与指令的功能存在什么关系？

算术.逻辑功能的执行需要不同的指令去实现，指令上操作码不同，决定了到底是执行算术还是逻辑运算。6，总线在计算机组成中起什么作用？

借助于总线连接，计算机在各系统功能部件之间实现地址，数据和控制信息的交换，并在争用资源的基础上进行工作。7，微程序的各位定义与什么有关？

微指令字长为24位，它由操作控制和顺序控制两个部分组成。操作控制部分用来发出管理和指挥全机工作的控制信号：该字段有17位，每一位表示一个微命令，当某一位是1时，表示发出命令，为0时，表示不发出。顺序部分用来决定下一条指令的地址。8，时序电路在执行指令时起到什么作用？

几个微命令信号一齐发出时，既不能来的太早，也不能来得太晚，为此，要求这些微命令信号还要加入时间控制，保证运算器在一定时间内进行运算，完了之后，总线上输出稳定结果再打入相应寄存器。9，如果扩充指令，有什么办法？怎样安排指令代码及其微程序？

10，在指令读取和执行期间，每个CPU周期都怎样安排时钟脉冲的（T1，T2，T3，T4）？

取指阶段：T1：程序计数器PC的内容装入地址寄存器AR；程序计数器内容加一，为取下一条指

令做好准备；T2：地址寄存器内容送总线；所选存储器单元的内容经过数据总线，送到数据缓冲寄存器DR；T3：缓冲寄存器内容送指令寄存器IR；T4：指令寄存器中操作码被译码或测试；CPU识别是该指令。（大部分指令此操作相同）

执行阶段：T1：操作控制器送一控制信号给算术逻辑运算单元ALU；ALU响应该控制信号，执行相应操作。（针对不同的指令的读取，时钟脉冲不太相同，可以在运行时候，观察。）如果是如ADD指令，执行阶段有两个周期，第一个是把指令寄存器中地址码装入地址寄存器。第二个：把地址寄存器中操作数地址送地址总线；由存储器单元读出操作数，经过数据总线送缓冲寄存器；执行加操作。

11，指出所设计的计算机的基本结构都有那些部件组成？

控制器：程序计数器，指令寄存器，指令译码器，时序产生器，操作控制器； 运算器：算术逻辑单元ALU，累加寄存器，数据缓存寄存器，状态寄存器。12，各部件之间是怎样通过数据总线交换信息的？指出信息的流向。13，对存储器操作有几种？每种操作是如何实现的？

送和取的操作。在存储器中取出指令，送出指令和数据内容到数据总线。14，在模型机中的ALU前端有暂存器，暂存器的作用是什么？

暂时存储从IN读出的数据，以便下一次操作送到哪个运算单元。15，指出寄存器的基本属性？

暂时存放相应数据或者地址或者指令。16，如何检验指令执行的结果？ 观察实验设备上的输出…… 17，微指令的下一个微地址是如何形成的？通过前一条微指令码后六位决定。18，指令代码对微地址有什么对应关系？后六位就是下一条微地址。19，微指令寄存器与微程序存储器有什么关系？各起什么作用？

微指令寄存器存放单条执行的微指令，而微程序存放在内存单元中，取指周期从内存中取出一条微程序，送到微指令寄存器，执行周期执行相应操作。20，指出程序于微程序之间的关系。