计算机组成原理课程设计论文

第一篇：计算机组成原理课程设计论文

摘 要

摘要

显示器作为计算机重要的输出部件和人机交流的窗户，是一台电脑必不可少的部分，其重要性是不言而喻的。我们打开电脑，从开机的字符提示到开机后的图形化界面以及浏览图片观赏电影都是根据显示器的输出获得信息。

显示器随着电子技术的发展有着惊天的变化，特别是最近10余年的科技进步产生了大量各式各样的显示设备。目前常见显示器有阴极射线管CRT(Cathode Ray Tube)，发光二极管LED（Lighting Emitting Diode）和等离子显示器PDP（Plasma Display Panel）液晶显示器LCD（Liquid Crystal Display）,电化学反应显示等。它们有各自的特点，应用在各种不同的场合。

显示器显示方式和显示模式：就屏幕显示画面的点组织方式而言，显示方式有两种，即字符数字方式（Alphabet/Number，A/N）和全点寻址图形方式（All Point Addressable，APA）。显示模式主要是指一屏能显示的点数和颜色数（包括一屏能显示的字符数）。常用的显示模式有CGA、EGA、VGA和SVGA（即TVGA）等等。典型的 IBM指标是：CGA为320×200和8色，EGA为640×350和16色，VGA为640×480，SVGA为800×600、1024×768、1280×1024和1600×1200等。目前的显示都采用VGA以上的显示模式，它们的同屏彩色数可在16、256、16K、32K、64K、16M（所谓真彩色）直到4G中选择。很多人对于显示器的直观认识一般会产生对显示原理的疑惑。就如将在后面详细展示一样，其实质是在显存中存放一帧待显示字符的ASCII码，显示时通过查询相应字符在字符库中的点阵信息来确定屏幕上点的亮暗来得到显示结果。这实质是A/N显示方式的原理。为了适应技术的发展，加深对相关技术的理解本文就显示器的一些相关知识作详细的论述。

本文从结构上分成两大部分：

Ⅰ

摘 要

第一部分： 显示设备及其原理作详细的介绍。了解各种显示设

备以及显示技术的相关术语，介绍了字符和图形两种显示方式，并在这两种显示方式的对比中让大家对显示器有更深的理解和认识。在屏幕的组织形式的基础上，细致的说明了屏幕显示和显示缓存之间的对应关系，并结合两种显示方式进行了较为。最后结合屏幕的显示，展示了显示器内部各级计数器之间的对应关系。第二部分： 为了加深直观认识，本文特地使用FLASH实现A/N显示方式的演示动画，以期对读者深刻的展示理论的实现。本章主要讨论了A/N显示方式演示动画的FLASH实现。其中涉及到的要点有组件的动画效果实现，字符矩阵动画的实现思路，并梳理了A/N显示方式的逻辑流程。为了完善动画演示过程，我们还在FLASH中加入了对播放的控制，以及一些简单的脚本编写。相信对读者理解显示原理有一些直观的帮助。希望本文对广大读者有所帮助。如有不当之处希望读者指出以便更正。

关键字：显示器 显示方式 字符 ASCII码 点阵

Ⅱ

Abstract

Abstract The monitor is a computer display output window and man-machine communication.Is an essential part of a computer and Its importance is self-evident.We turn on the computer,the character tips when booting,graphical interface, and viewing pictures, watching the film are based on access to the information display output.The development of electronic technology has shaking changes, particularly in the last 10 years produced a large number of scientific and technological progress in a variety of display devices.Currently there are common cathode ray tube monitors CRT(Cathode Ray Tube), light emitting diode LED(Lighting Emitting Diode)and plasma display PDP(Plasma Display Panel)liquid crystal display LCD(Liquid Crystal Display), the electrochemical reaction display.They have their own characteristics, used in a variety of occasions

Display mode Point on the screen display in terms of organization, There are two display modes :Alphabet/Number，A/N, All Point Addressable，APA.Display mode mainly refers to the nunber of points a screen can display

and number of colors（Including a screen showing the number of characters）Common display mode: CGA、EGA、VGA

and SVGA（namely TVGA）The IBM targets are CGA 320×200 ,8 colors，EGA 640×350,16 colors，VGA 640×480，SVGA 800×600、1024×768、1280×1024 and 1600×1200.The current display modes are generally beyond VGA.Their number of colors in one screen can be 16、256、16K、32K、64K、16M upto 4G if the vram is large enough(The so-called true color)Many people have an intuitive understanding of the theory on display the general principle.As will be detailed later in the same show, and its essence is stored in a memory to be displayed in the ASCII character code, displayed by querying the corresponding character in the character library of information to determine the lattice points on the screen to be bright and dark displayed.This is essentially A / N

Ⅲ

Abstract display principle.In this paper, we pay attention to Alphabet/Number，A/N.In this paper, we pay attention to Alphabet/Number，A/N.The characters will be introduced and the principle will be demonstrated.As will be later detailed representation ,the essence is in video memory storing an ASCII code of the characters to be displayed, is displayed by querying the corresponding characters in dot matrix characters in the information library to determine the points of the screen to be bright or dark displayed.In order to adapt to technological development, deepen the understanding of related technologies on display some of this knowledge for detail.Part I: Principles of display devices and a detailed description.Understanding of various display devices and display technologies related terms, describes the character and graphic display, and in contrast to the two displayed in so that we can display a deeper understanding and awareness.The organizational form of the screen based on the detailed description of the screen and display the correspondence between the cache and display were combined with two more.Finally, the screen display, internal display shows the correspondence between the counter at all levels.Part II: In order to enhance intuitive understanding, this article specifically to achieve using FLASH A / N display demo, to show the reader a profound realization of the theory.This chapter discusses the A / N display FLASH Animation of realization.Which involves the main points of the components to achieve animation, character animation realization matrix idea, and sort out the A / N display logic process.In order to improve the animation process, we also added a FLASH on the play control, and some simple scripting.I believe the reader understand the principles shown to help some intuitive Hope this article helps you much.Please point out irregularities in order to correct.Keywords: Monitor Display mode Character ASCII code Dot matrix

Ⅳ

目 录

目 录

目 录...............................................................................................................................5 第一章 题目来源............................................................................................................6 1.1 题目背景.................................................................................................................6 1.2 实现方式及可行性...................................................................................................7 1.3 课程设计效果..........................................................................................................7 第二章 开发环境.............................................................................................................8 2.1 Adobe Flash CS4 Professional程序.....................................................................8 2.2 Adobe Flash CS4 Professional与之前版本对比及其新功能..................................8 第三章 显示器设备........................................................................................................11 3.1 概述......................................................................................................................11 3.2 显示技术中的相关术语..........................................................................................12 3.3 显示方式和显示规格.............................................................................................14 3.4 光栅扫描成像原理.................................................................................................15 3.5 屏幕显示与显示缓存间的对应关系........................................................................20 3.6 本章小结.................................................................................................................24 第四章 开发流程...........................................................................................................25 4.1 图形组件绘制........................................................................................................25 4.2 箭头的绘制及动态效果实现...................................................................................26 4.3 字符矩阵的绘制及扫描动画实现方法.....................................................................27 4.4 A/N显示方式流程及其动态描述............................................................................28 4.5 时序控制与优化....................................................................................................28 4.6 播放控制...............................................................................................................29 4.7 美化及校验...........................................................................................................30 4.8 本章小结...............................................................................................................31 第五章 总结与改进........................................................................................................32 5.1 总结......................................................................................................................32

Ⅴ

题目来源

第一章 题目来源

1.1 题目背景

输入输出设备是计算机系统与人或其他设备、系统之间进行信息交互的装置。人们常用数字、字符、文字、图形、声音等形式来表示各种信息，而在计算机内部所能处理的则是以电信号形式表示的数字代码（一系列0/1表示的二进制代码）。在输出设备中，显示设备是计算机系统重要的输出设备之一。对于软件的设计和执行效果往往以字符或图形的形式在屏幕上显示出来，以便操作者观察结果。

在CRT显示器中，画面产生的字符或图形都是用若干点组成的，每个字符横向、纵向均占有一定的点数，称之为字符的点阵结构。而用来产生字符点阵图形的器件称之为字符发生器。它有专用的芯片，如APPLE-I所用的2513，采用5*8点阵，能产生64种字符的点阵信息。也可以用通用ROM作为字符发生器，如PC机，用8KB ROM空间存放256种字符的点阵代码，有三套字体，即每个字符可以用7*9,7*7,5*7点阵。

64个字符各自编码的6位作为字符发生器的高位地址。当需要在屏幕上显示某字符时，按该字符的6位编址访问ROM，选中这个字符的点阵。该字符的点阵信息是按行输出的，并且要与电子束的扫描保持同步。因此，可以用CRT控制器提供的扫描时序作为字符发生器的低三位地址，经译码后依次取出字符点阵的8行代码。

为了提供显示内容，需要设置一个显示缓冲存储器，或称为视频随机存取存储器VRAM（video RAM）。其中存放一帧画面的相关信息。显示器一方面对屏幕进行光栅扫描，一方面同步地从VRAM中读取显示内容，送往显示器件。在字符方式显示时，在缓存RAM中存放的是一帧待显示字符的ＡＳＣＩＩ码或其他形式的编码，字符的点阵信息则存放在字符发生器（字库）中。一个字符编码占缓存的一个字节，因此缓存的最小容量是由屏幕上字符显示的行列规格决定的。字符显示时，屏幕上每个字符位置对应缓存中的一个字符编码字节，缓存各字节单元的地址随着屏幕由左到右，自上而下的显示顺序从低到高安排。也即，缓存０号单元所放的字符数据经字符发生器转换为字形后，显示在屏幕第一排字符左边第一个位置上，１号单元所放的字符数据转换后显示在屏幕第一行左边第二个位置上，以此类推，缓存最后一个单元放的字符数据转换后显示在屏幕最后一排右边

题目来源

最末一个位置上。

为了便于清晰、明了、直观的再现字符在屏幕上输出显示的整个过程与原理，便于学生直观透彻的了解其全过程，方便学生学习和教学演示，利用FLASH动画制作软件，模拟出整个字符显示的过程，特别是字符编码、地址组织、调用显示等过程。

1.2 实现方式及可行性

FLASH是一款强大的基于帧动画的动画制作软件，其具有简明但不失专业的动画制作能力，利用帧的编辑及连接，使用ActionScript语言执行相应动作，可以方便制作出各种动画效果，能够直观清晰的演示各种效果及步骤。此次利用FLASH10进行动画演示制作，能够充分展现出各步骤效果，让演示过程流畅明了,便于理解字符显示的整个过程。

1.3 课程设计效果

字符显示FLASH演示动画：

完整再现字符的编码显示过程，从VRAM中的字符编码到ROM中的储存点阵，从点阵调用再到点频控制下的移位寄存器的移位，最后串行输出依次显示在屏幕上。动态直观展现各流程的流向和字符的产生中间过程。

通过此动画演示，清楚展现了字符显示的内部原理以及调用产生关系，掌握字符显示全过程，让人对整个流程留下清晰、直观的印象。

开发环境

第二章 开发环境

2.1 Adobe Flash CS4 Professional程序

本设计以Adobe Flash CS4 Professional程序为开发工具。Adobe Flash CS4 Professional 软件是业界领先的创作环境, 用于创建引人入胜的交互式体验。面向使用不同平台和设备的用户。Flash 中的动画制作更简单，借助基于对象的动画快速创建动画、轻松修改运动路径并全面控制个别动画属性。使用一系列链接对象创建类似于链的动画效果, 或使用全新的骨骼工具扭曲单个形状。

选择Adobe Flash CS4 Professional作为开发工具因为其功能更为强大，应用更为广泛。

1.Adobe Flash CS4 Professional的工具箱可伸缩成单双列的，面板调板可以缩为精美的图标，半透明标题栏，可随意伸缩。

2.Adobe Flash CS4 Professional的界面会很方便在“设计布局”和“编程布局”间切换。

3.改良的钢笔工具，类似illustrator的相应工具。

4.属性面板可以监测出您画的原始形状是圆、椭圆还是方，而不像以前统一显示出为形状。

5.可以直接绘制出圈环。圆角矩形的四个拐角都可以单独调整，有点像Fireworks的自动形状属性。

6.可直接导入分层的Photoshop PSD文件，并且可能决定哪些层需被导入。还可以保留图层的上组、样式、蒙版和智能滤镜、路径的可编辑性。导入选项包括是否保留原图层内容的位置和尺寸、是否保持PSD的分层状态、是否把图层转换为影片剪辑，是否为其起实例名，以及选择参考点的位置、单独对每层进行JPG优化等等。对于是否能够保持文字图层的可编辑状态，现在还不能完全确定。

7.可更完美的导入illustrator AI矢量文件，应该可以保留所有特性，包括精确的颜色、形状、路径和样式。

2.2 Adobe Flash CS4 Professional与之前版本对比及其新功能

开发环境

通过对比可看到Adobe Flash CS4 Professional比Adobe Flash CS3 Professional具有更多新功能： 1.基于对象的动画

使用基于对象的动画对个别动画属性实现全面控制, 它将补间直接应用于对象而不是关键帧，可直接将补间动画套用至物件而非关键影格。使用贝赛尔手柄轻松更改运动路径。2.3D 转换

借助令人兴奋的全新 3D平移和旋转工具, 通过 3D 空间为 2D 对象创作动画, 您可以沿 x、y、z 轴创作动画。将本地或全局转换应用于任何对象。但非真正意义上的3D，层的位置关系其显示问题。（处于顶层的图形不会因为3D旋转而到达底部）3.反向运动与骨骼工具

使用一系列链接对象创建类似于链的动画效果, 或使用全新的骨骼工具扭曲单个形状。

开发环境

图7-1，Adobe Flash CS4 Professional与Adobe Flash CS3 Professional功能对比

4.使用 Deco 工具和喷涂刷实现程序建模

将任何元件转变为即时设计工具。以各种方式应用元件: 使用 Deco 工具快速创建类似于万花筒的效果并应用填充, 或使用喷涂刷在定义区域随机喷涂元件。5.动画编辑器

使用全新的动画编辑器体验对关键帧参数的细致控制, 这些参数包括旋转、大小、缩放、位置和滤镜等。使用图形显示以全面控制轻松实现调整。6.元数据(XMP)支持

使用全新的 XMP 面板加入中继资料至 SWF 档。快速指派标籤以增强协同作业并提供更佳的行动使用体验。7.动画预设

借助可应用于任何对象的预建动画启动项目。从大量预设中进行选择, 或创建并保存自己的动画。与他人共享预设以节省动画创作时间。

8.针对 Adobe AIR™ 进行创作

运用全新的整合功能提供桌面互动使用体验,借助发布到 Adobe AIR 运行时的全新集成功能, 实现交互式桌面体验。面向跨更多设备-Web、移动和桌面的更多用户。9.H.264 支持

借助 Adobe Media Encoder 编码为 Adobe Flash Player 运行时可以识别的任何格式, 其它 Adobe 视频产品也提供这个工具, 现在新增了 H.264 支持。10.全新 Adobe Creative Suite® 界面

借助直观的面板停靠和弹出式行为提高工作效率, 它们简化了您在所有 Adobe Creative Suite 版本中与工具的交互。

显示器设备

第三章 显示器设备

3.1 概述

以可见光的形式传递和处理信息的设备，即显示设备。如下图所示。

图 3-1

CRT和LCD显示器

显示设备是计算机系统的重要输出设备之一。软件设计及执行结果的效果往往以字符或者图形的形式在屏幕上显示出来，以供使用者观察。如果需要对程序做些修改，操作人员就可以根据显示情况，通过键盘、鼠标等输入设备，将有关的数据和命令送入计算机，以便对程序的运行随时进行人工干预和控制。因此，显示设备是较为理想的人-机通信设备。

对于一般的用户来说，要求显示器在屏幕指定的位置显示需要的字符、数字和图形。对于高级用户，涉及计算机辅助设计和辅助制造中，要求设备显示绘制三维图形等。总之，显示设备和其他I/O设备相比，不仅工作速度快、无机械噪声，且还具有更强的编辑功能和通信功能，广泛用于CAD、CAM、计算机模拟、计算机网和通信网中。

显示设备子系统的硬件组成一般包括显示器件、控制器和接口。在微型系统中，控制器和接口往往合并为一个整体，称为显示适配卡。其软件组成有包含在操作系统内部的驱动程序，可有操作系统调用；提供专门图形功能的各种图形软件等。

显示器的分类

按发光原理不同，可将显示器划分为一下两类： 1.发光器件

外加电信号，发光器件将产生光辐射，从而发光，如：阴极射线管CRT(Cathode

显示器设备

Ray Tube)，发光二极管LED（Lighting Emitting Diode）和等离子显示器PDP（Plasma Display Panel）等。

2.光调节器件

这类器件本身并不发光，工作时需要另设光源。在外加电信号作用下，器件的局部区域的光特性发生变化，引起透射光和反射光。显示屏幕上收到器件形成的调制光，即随电信号而变化的光。如：液晶显示器LCD（Liquid Crystal Display）,电化学反应显示等。

按所显示的信息内容不同，可将显示器划分为：字符显示器、图形显示器、图像显示器三大类。

就一般情况而言，CRT显示设备的清晰度和分辨率较高，大多数显示终端仍以CRT显示器为主，亦是本课程设计主要讨论的对象。在CRT显示设备中，以扫描方式不同，分成光栅扫描和随机扫描两种显示器，以分辨率不同，分成高分辨显示器和低分辨显示器；以显示的颜色分类，有单色（黑白）显示器和彩色显示器，以CRT荧光屏对角线的长度分类，有12英寸、14英寸、16英寸、19英寸等多种显示器。

3.2 显示技术中的相关术语

1.分辨率和灰度级

分辨率是指显示器所能表示的像素个数。象素越高，分辨率越高，图象越清晰，分辨率取决于显像管荧光粉的粒数、荧光屏的尺寸和CRT电子束的聚焦能力。同时刷新存储器要有与显示像素数相对应的存储空间，用来储存每个像素的信息。

灰度级是指黑白显示器中所显示的像素点的亮暗差别，在彩色显示器中则表现为颜色的不用。灰度级越多，图象层次越清楚逼真，灰度级取决于每个像素对应刷新存储器单位的个数和CRT本身的性能。如果用4位表示一个象素，则只有16级灰度或颜色。如果用8位表示一个像素，则有256级灰度或颜色。2.刷新和刷新存储器

显示器设备

CRT发光是由电子束打在荧光粉上引起的，电子束扫过之后其发光亮度只能

显示器设备

维持几十毫秒便消失。为了使人眼能看到稳定的图像显示，必须使电子束不断重复扫描整个屏幕，这个过程叫做刷新。按人的视觉生理，刷新频率大于25次/秒是才不会感到闪烁。显示设备中通常选用电视中的标准，每秒70帧图象。

为了不断提供刷新图像的信号，必须把每一帧图像信息存储在刷新存储器，也叫视频存储器。其存储容量由图象分辨率和灰度级决定。3.随机扫描和光栅扫描

电子束在荧光屏上按某种轨迹运动称为扫描。控制电子束扫描轨迹的电路叫做扫描偏转电路。主要的扫描方式有随机扫描和光栅扫描两种。

随机扫描时控制电子束在CRT屏幕上随机地运动，从而产生图像和字符。电子束只用在需要做图的地方扫描，而不必扫描全屏幕，因此这种扫描方式画图速度快、图像清晰。

光栅扫描是电视中采用的扫描方法。在电视中图象充满整个画面，因此要求电子束扫过整个屏幕。光栅扫描时从上至下顺序扫描，采用逐行扫描和隔行扫描两种方式。如下图所示。

图 3-2

光栅扫描

3.3 显示方式和显示规格

1．显示器的显示方式

（1）字符/数字方式（A/N方式）

在这种显示方式下，以字符为显示内容的基本单元，又称为文本显示方式。实际上，字符是由点阵组成的，在显示过程中需将字符ASCII码转换为相应的字符点阵代码。

显示器设备

（2）图形方式（APA方式）

这种显示方式下，以点(象素)为显示的基本单位。

图形不如字符那样整齐，图形的信息更具随机性。不论字符还是图形，实际上都有许多亮度不同的、或色彩不同的像点所组成。

可用分辨率这一指标衡量显示规格。对字符方式，分辨率指一帧画面最多可显示的字符行数和列数，一般列数大于行数。进一步描述指标是每个字符点阵的组成，即横向点数与纵向点数。对于图形方式，分辨率指一帧画面最多可显示的像点数，即可显示的水平线数与每线的点数。显然，分辨率越高，画面越清晰，显示容量越大。

显示器分为单色显示器（单显）与彩色显示器（彩显）两类。对于单色显示器，可用不同灰度提供画面的多层次。对于彩色显示器，则可以不同的颜色提供更好的显示效果。相应的，可提供的灰度级别或色数也是显示规格中的重要指标。2.显示器的显示规格

显示规格取决于显示控制器（适配卡）提供的显示规格和显示头所能满足的分辨率。

随着技术的发展，显示设备的不断更新换代，各设备厂商先后推出了各种显示器适配卡，如VGA卡，A/N方式下：规格有25×40、25×80，2色、4色等。APA方式下：规格有320×200、800×600，2色、256色等。

3.4 光栅扫描成像原理

前面我们大致了解了光栅扫描方法，使大家对光栅扫描有了一定的认识，本小节中我们将更加细致的介绍光栅的扫描成像原理。

CRT显示其所用的显示器件是阴极射线管，其结构原理如图3-3所示。CRT主要由电子枪、视频放大、扫描偏转电路、荧光等几部分组成。人们之所以能在CRT荧光屏行看见所显示的图形或字符，是因为阴极射线管的电子枪所发射的电子流经过聚焦后形成电子束，轰击荧光屏，使屏幕上所涂荧光粉发出可见光。

显示器设备

要在屏幕上指定的位置进行显示，需要通过扫描偏转电路产生两个互相垂直的电磁场，控制电子束在X方向和Y方向偏转，从而将电子束引向屏幕的相应位置。

CRT显示器可以采用多种扫描方式进行工作，用得最多的是光栅扫描和随机扫描的两种方式。在随机扫描方式中，电子束没有固定的扫描路径，旨在需要的显示字符或者图形的地方扫描。因此，扫描控制信号随显示内容的不同为有所变化，这就使扫描电路比较复杂。光栅扫描则有固定格式，不管在屏幕上需要显示或者不需要显示的地方，都按统一路径全屏扫描。因此，扫描控制信号不随显示画面变化，使得扫描电路比较简单。目前，随机扫描方式只用于图形显示，而光栅扫描因控制简单，被广泛用于字符显示和图形显示器中。

图 3-3 显示头的结构原理

1.光栅的形成

在光栅扫描方式中，电子束从荧光的左上角开始，沿着稍稍倾斜的水平方向均匀地向右扫描，到达屏幕右端后迅速水平会扫到左端下一行位置，有从左向右均匀的扫描。这样一行一行的打扫描，直到屏幕最后一行的右端。然后又垂直回扫，返回屏幕左上角，重复当前的扫描过程。经过电子束如此反复的从左至右、自上而下的扫描全屏，便在荧光屏上形成一条一条的垂直分布于整个屏幕的水平扫描线，如下图示。这些扫描线称为光栅，代表电子束在屏幕上的运动轨迹。水平回扫和垂直回扫时，荧光屏上下出现亮线，CRT处于“消隐”状态，如图3-4中白线所示。

显示器设备

图 3-4

光栅-电子束的运动轨迹

为了实现这种有规律的光栅扫描，应该通过电磁场的变化，控制电子束既作水平方向的运动，又做垂直方向的运动。因此，需要在CRT的水平偏转线圈和垂直偏转线圈中，分别记接通不同频率做线性变化的锯齿波电流或锯齿波电压，如图示。水平方向的锯齿波扫描电流引起的电磁场变化控制电子束的运动，形成水平扫描线（行扫描）；垂直方向的锯齿波扫描电流引起的电磁场变化则造成扫描线的垂直移动（场扫描）。这些锯齿波电流是由CRT控制器送来的水平同步和垂直同步信号触发器的扫描电路中的锯齿波发生器产生的。

(a)行扫描电流

(b)场扫描电流

图3-5

锯齿扫描电流

2.象点存在的因素

由前面的内容可知，一帧画面是由一定数量的的平行的水平扫描线组成的，这些扫描线在一个垂直的场扫描控制下均匀的、自上而下分布于整个画面。

每条扫描线由若干像点组成。每个像点的位置和亮度取决于下面的基本因素。电子束X向和Y向的偏转决定像点的位置，电子束的通、断、强、弱决定像点的亮度。由水平同步和垂直同步信号经扫描电路产生的行。场扫描电流能够通过电磁场的变化控制电子束的X偏转和Y的偏转，那么电子束的强弱有什么信号来控

显示器设备

制呢？前面讲过，电子束由CRT管电子枪中的阴极发射的电子流经过聚焦而成。在电子枪中还没有一个控制栅，用控制栅和阴极之间的电位差来控制电子束电流的大小。因此，可将控制像点的视频信号铜鼓视频发达电路加在控制删上，这样便可以用外部信号来调整控制栅极点位的高低，以控制电子枪所发射的电子束的强弱，从而使像点的亮度发生变化。例如，当控制栅所加的信号为“1”时，电子枪发射的具有一定能量的电子束，使屏幕上相应的点发亮；当信号为“0”时，电子枪不发射电子束，使像点成为暗点。若改变所加信号的电平大小，则可控制像点具有不同的亮度（灰度）。

如果画面是彩色的，那么每个像点还要受颜色的控制。彩色CRT根据三基色原理，在显示头中设有3个电子枪，分别发射能产生红、绿、蓝3中基色的电子束。它们受3套视频放大电路的控制，将红、绿、蓝三基色视频信号（R,G,B）分别送到相应的放大电路，用R、G、B与加亮信号I不同组和控制三束电子的强弱。相应的荧屏光屏上的像点由能发出红、绿、蓝的荧光粉小点组成，当一束（或两束、三束）电子轰击对应的荧光粉小点时，屏幕上的像点便出现红、绿、蓝三基色之一或者三基色混合的其他颜色。如下图所示。

图3-6

象点颜色形成

3.字符点阵图形的形成

在CRT显示器中，画面上的字符或图形都是由若干点组成的，每个字符横向、纵向均占一定的点数，成为字符的点阵结构。常用的字符点阵结构有5×7点阵，5×8点阵，7×9点阵，如图3-7所示。所谓5×7点阵，即每个字符由横向5个点，纵向7个点，共35个点组成。其中，需要显示的部分为亮点，不需要显示的部分为暗点。

显示器设备

在CRT显示器中，用来产生字符点阵图形的器件成为字符发生器。它有专用的芯片，如APPLE-1所用的2513，采用5×8点阵，能产生64种字符的点阵信息。

图3-8是2513芯片的逻辑框图，该芯片的核心部分是一个ROM，存储64种字符的点阵码，每个字符排成5列×8行的点阵形式，如图6-13（A）所示。点阵图中字符需要显示的点用代码1表示，不需要显示的点则用代码0表示。每个字符都以这种点阵图形式的代码形式存放在ROM中，一行代码占1个存储单元，因此一个字符的点阵代码占8个存储单元，每个单元5位。

图 3-7

7×9字符点阵代码

图 3-8

2513字符发生器逻辑框图

64个字符以各自的编码的6位作为字符发生器的高位地址。当需要在屏幕上显示某字符时，按该字符的6位编码访问ROM，选中这个字符的点阵。该字符的点阵信息是按行输出的，并且要与电子束的扫描保持同步。因此，可用CRT控制器提供的扫描时序作为字符发生器的低3位地址，经译码后依次取出字符点阵的8行代码。例如，字符H的6位ASCII码是001000，以这6位编码作为高位地址访问的ROM，选中字符H的点阵代码。当扫描线序号为000，即电子束扫描屏幕上该字符未知的第一条光栅时，字符发生器输出该点阵图形的第一行代码；序号为001，扫描第二条光栅，输出第二行代码：......；知道序号为111，即扫描字符位置的最后一条光栅时，字符H的8行代码全部输出完毕。

在屏幕上，每个字符行一般要显示多个字符，而电子束在进行全屏幕扫描时，是沿屏幕从左向右的方向扫描完第一行光栅，再扫描第二行光栅。按照这种扫描方式，在显示字符时，并不是对一排的每个字符单独进行点阵扫描，而是采用对一排的所有字符的点阵进行逐行依次扫描。

显示器设备

为使屏幕上显示的字符不挤在一起，易于辨认，一排的各个字符间要留出若干点的位置，作为字符间的横向间隔，这些点都是消隐的。例如，PC机的显示器一般采用7×9字符点阵，而字符所占区间为9×14点阵。换句话说，字符间的横向间隔是2个消隐点，排间的纵向间隔是5条消隐线。

3.5 屏幕显示与显示缓存间的对应关系

为了提供显示内容，需要设置一个显示缓冲存储器，即前述的刷新存储器，或称为视频随即存取存储器VRAM（VIDEO RAM）。显示缓冲存储器的功能包括数据缓冲和屏幕刷新。其中存放每一帧画面的有关信息。显示器一方面对屏幕进行光栅扫描，一方面同步地从VRAM中读取显示内容，送往显示器件。为了使画面呈现某种动画效果，就需要使VRAM中的内容作相应的变化，或者在读取时进行某种地址转换

从硬件角度讲，显示器控制器的基本任务就是将VRAM内容同步地送往显示器屏幕。为此，需要决定何时发出的水平同步信号？何时发出垂直同步信号？何时访问VRAM？地址码如何产生？从VRAM中读出的代码是否要经过一定的转换以变为控制光点的信号？等等。这些工作以一定频率，同步地、周而复始地进行。采取不同显示规格，上述关系将不同。

VRAM中的内容一般包括显示内容和属性内容两个部分。前者提供显示字符代码，或者图像的像点信息；后者则提出有关显示的属性。本课程设计中主要讨论VRAM的显示内容。

VRAM一般设置在显示器控制器，如CGA卡，EGA卡，VGA卡中。在个人计算机中，VRAM占主存空间，从软件上讲视为主存的一部分。在独立的显示终端中，VRAM作为外围设备存在与主存分离。

我们了解各种显示器的工作原理时，应当理解和掌握屏幕显示与显示缓存VRAM之间的对应关系，即显示缓存中存放的内容、所需容量大小、缓存地址组织、由字符编码到字符点阵之间的转换，以及如何通过一组同步计数器控制屏幕的水平扫描与垂直扫描、何时访问VRAM等。

显示器设备

1.显示内容和容量

显示器主要有字符和图形两种显示方式。这儿以CRT为研究对象来讨论在这两种显示方式下，显示存储器的内容和容量。

在字符显示方式下，显示存储器中存放的是每一帧待显示字符的ASCII码，字符点阵信息则存放在相应的字符发生器中，如前面所举的2513字符发生器。在这种方式下，一个字符编码占缓存的一个字节，因而显示存储器的最小容量由屏幕上字符显示的阵列规格决定。这里我们假设在这种显示方式下字符的显示规格为m行 ×n列，那么显示存储器的最小容量（vol，单位为字节）为：

volmn

例如，一帧字符的显示规格为25行×80列，那么缓存的最小容量是2KB。

在图形显示方式下，显示存储器中存放的是每一帧待显示图形的像点代码，其中0和1分别表示图形中的暗点和亮点。这些图形可以是汉字、字符，还可以是几何图形、图标等。在这种显示方式下，显示存储器的容量取决于屏幕分辨率和现实的颜色种类。这里我们假设在图形显示方式下屏幕的分辨率为想x线×y点，每个点需要b位代码来表示，那么显示存储器的最小容量（vol，单位为字节）为：

xybvol8

例如，屏幕分辨率为200线×640点，在单色显示下，则需要一个16KB的缓存来存放一帧的像点代码。在彩色显示下，假设每个点需要2位代码来表示，则此时需要一个32KB的缓存来存放一帧的像点代码。由此我们可以得出，在分辨率（x×y）不变时，颜色增加（b↑），则显示缓冲存储器的容量也增加（vol↑）；在容量（vol）不变时，颜色增加（b↑），则显示分辨率降低（x×y↓）。2．显存的地址组织

显示缓存中不论存放字符的代码信息还是图像的像点信息，每个数据位置都应该与屏幕的位置一一对应，才能在屏幕的指定位置上获得所要显示的字符或图

显示器设备

形。一般情况下，屏幕显示从左向右，自上而下，显存地址从低到高安排。

字符显示时，屏幕上每个字符位置对应缓存中的一个字符编码字节，缓存各字节单元的地址随着屏幕由左向右，自上而下的显示顺序从低向高安排。也就是说，缓存0号单元所放的字符数据经字符发生器转换为字形后，显示在屏幕第一排字符左边第一个位置上，1号单元放的字符数据转换后显示在屏幕第一行左边第二个位置上„„缓存最后一个单元放的字符数据转换后显示在屏幕最后一排右边最末一个位置上。其缓存地址安排与屏幕位置的对应关系如图3-9所示。

图形显示时，用扫描行*列（像点的位置）对应缓存的一位（黑白显示）或几位（彩色显示)。缓存地址也按屏幕扫描顺序由低向高递增，各地址单元内高位存放的点先扫在屏幕上，低位存放的点后显示。其缓存地址安排与屏幕位置的对应关系如图3-10所示。

图 3-9

A/N方式下的地址组织

图 3-10

图形方式下的地址组织

3.信息转换

缓存中的字符编码或图形像点信息都是一些二进制代码，需要经过转换才能成为图像显示在屏幕上。下面讨论在字符方式和图形方式下，缓存中的信息如何转换为屏幕上的图像。

在字符方式下，首先从缓存取出字符编码，将字符编码和CRT控制器提供的扫描时序分别送入字符发生器地址端高位和低位，取出字符的一行点阵代码。这行代码是并行输出的，需要送入移位寄存器转换为串行的点脉冲信号。将这串点脉冲作为视频信号依次送入CRT视频接收端，控制屏幕上像点的亮度，在相应的扫描线上形成与该行点阵代码相对应的亮点和暗点。重复上述过程，屏幕将出现一帧字符的图像。如图3-11所示。

显示器设备

图像显示时，因为缓存中存放的就是像点信息，所以转换比较简单。由缓存取出一个字节的像点信息直接送入移位寄存器，在点频的控制下进行移位，串行地输出与扫描同步的视频信号，用以控制在屏幕上显示相应的图形像点。如图3-12。

图 3-11 字符方式下的信息转换

图 3-12 图形方式下的信息转换

4.同步控制

不论是字符还是图形显示方式，都要求行、场扫描和视频信号在时间上严格同步，即 电子束扫描到某点位置，相应视频信号应同时送到，控制点亮或不亮。这里就需要解决以下几个问题：何时访问显存，取字符编码或图形点代码？何时发水平同步信号？何时发垂直同步信号？第一个问题是如何控制产生相应的视频信号，后两个问题是如何控制电子束扫描。

为解决上述提出的几个问题，在显示器中设有若干级计数器，对显示器点频进行若干级分频，产生相应控制信号。

对于我们课程设计中重点研究的字符显示方式，其中设置了4级计数器，分别是点计数器、字符计数器、线计数器、行计数器。

假如，PC机的显示规格为：每帧最大显示25行*80列，字符点阵7*9，自付区9*14。那么，各计数器之间的对应关系如下图所示（图中l为水平回扫轨迹折合所占的字符数，m为垂直回扫轨迹折合所占的行数）。

图3-13

字符显示方式下各计数器之间的对应关系

点计数一个循环，访问VRAM一次以读取显示字符的编码，VRAM的地址根据行计数值与字符计数字决定。

每读一次VRAM，就紧跟着读一次字符发生器ROM，由VRAM读出的字符编码产生ROM的高位地址，线计数值决定ROM的低位地址。

显示器设备

每次从ROM中读出显示字符的一线7位，由点脉冲控制逐位显示7点（亮或暗）。

由于每条水平扫描线只能显示一行字符（可多达80个）的一线，所以，上述访问VRAM与ROM的过程需要重复9遍（每遍又要多次访问VRAM和ROM，以读取不同的字符），才能显示完整的一行字符。

字符计数循环一次，发一次水平同步信号。行计数循环一次，发一次垂直同步信号。

为了让大家对字符显示方式的同步控制有更为明晰的认识，这儿将其与图形显示方式的同步控制做比较。

在同步显示方式下，设置了3级计数器，它们分别是点计数器、字节计数器、线计数。设某单色图形显示器的分辨率为800点*200线。那么各级计数器之间的对应关系如下图所示（图中l为水平回扫轨迹折合所占的字节数，m为垂直回扫轨迹折合所占的线数）。

图3-14

图形显示方式下各计数器之间的对应关系

3.6 本章小结

本章中我们了解了各种显示设备以及显示技术的相关术语，进而结合CRT的工作方式介绍了字符和图形两种显示方式，并在这两种显示方式的对比中让大家对显示器有更深的理解和认识。在屏幕的组织形式的基础上，我们进一步了解了屏幕显示和显示缓存之间的对应关系，并结合两种显示方式进行了较为细致的说明。最后我们结合屏幕的显示，展示了显示器内部各级计数器之间的对应关系。在下一章中我们将结合以上原理进入本课程设计的核心---用flash演示字符显示方式下屏幕显示和显示缓存之间的对应关系以及信息的转换路径。

开发流程

第四章 开发流程

本章概要：

使用FLASH实现A/N显示方式的演示动画,首先构建实现的大致思路： 1.各图形组件的绘制

2.箭头的绘制及动态效果实现

3.字符矩阵的绘制及扫描动画实现方法 4.A/N显示方式流程及其动态描述 5.时序控制与优化 6.播放控制 7.美化及校验

4.1 图形组件绘制

首先规划静态组件的大体位置。需要绘制的静态组件如下：VRAM、ROM、地址译码器、移位寄存器、扫描时序、行译码器。

考虑到便于管理，将绘制的图形一律声明为元件。在元件库里统一管理。

开发流程

图4-1 各图形的绘制

为便于管理各图形都以元件的形式由元件库统一管理

4.2 箭头的绘制及动态效果实现

首先按需绘制好长度合适的箭头。

接下来考虑箭头动态效果的实现。在演示动画里希望达到的效果是：箭头所代表的信息传递路线第一次出现时，箭头以擦除效果出现；当该信息传递路线再次被使用的时候，箭头产生闪烁效果以标志此路线被激活。

图4-2 箭头动态效果实现

利用遮罩图层的滑动达到箭头的动画效果

开发流程

箭头动画具体在FLASH中的实现是利用了遮罩图层功能（见图4-2）。为每个箭头建立对应的遮罩图层，遮罩图层的运动会引起箭头的可见性的变化。对遮罩图层内容使用用补间动画可以实现箭头的擦除效果，而闪烁效果则直接对遮罩内容进行几次遮挡和移开就可以实现。

4.3 字符矩阵的绘制及扫描动画实现方法

为了清晰展示出光栅逐行扫描的过程及其内部实现，我采用了数字01和色块结合的方式进行描述。矩阵中1表示改点要显示，同时用红色色块进行标识。（见图4-3）

图4-3 字符矩阵的绘制

用数字01和色块结合的方式进行描述

扫描动画的实现方式和箭头动画类似，都是在加动画的图层上添加一个遮罩图层，利用遮罩图层的逐行运动产生逐行扫描的效果。（见图4-4）

开发流程

图4-4 扫描动画的实现

4.4 A/N显示方式流程及其动态描述

这一步中应按时序将要实现的动画效果准备好。

在演示动画中期望达到的预期效果中有如下部分需要动画： VRAM——>地址译码器（提取字符ASCII码）地址译码器——>ROM（找到对应的字符矩阵）ROM——>移位寄存器（将并行数据转化为串行）移位寄存器——>逐行扫描

CRT控制器——>行译码器（发出扫描信号）行译码器——>ROM（确定要扫描的行号）

4.5 时序控制与优化

在这一步需要统筹考虑动画的时间安排，将第4步中涉及的动画过程分组管

开发流程

理，根据时序在时间轴上安排动画。

（注：分组管理的思想对于FLASH这种多图层编辑软件来说尤为重要，相当于面向对象的程序语言中的“类”，将具有类似行为属性的元素统一封装管理。）

在这一步已经完成了基本动画的演示，根据播放效果进行时间上的优化。

4.6 播放控制

为了达到更好的展示效果，需要对动画提供控制信息，以便控制动画的播放状态。

此处添加了三个按钮，分别实现回放、暂停、和播放。（见图4-5）

图4-5 播放控制

图中按钮自左向右依次是回放、暂停和播放

FLASH CS4中不再提供直接在按钮上添加动作的功能，只能在帧上添加动作，因此需要为每个按钮注册为监听者。以播放按钮为例，最后一行为注册。（见图4-6）

开发流程

图4-6 播放按钮的脚本描述

将所有按钮制作完毕之后，希望影片在按下播放键之后才播放（而不是初始就自动播放），需要在场景的时间轴上添加一个控制图层，第一帧中加入stop();命令。

4.7 美化及校验

最后，为使演示动画更完美，为演示动画做美化和收尾工作。最终大功告成：

开发流程

图4-7 最后的美化工作

4.8 本章小结

本章主要讨论了A/N显示方式演示动画的FLASH实现。其中涉及到的要点有组件的动画效果实现，字符矩阵动画的实现思路，并梳理了A/N显示方式的逻辑流程。为了完善动画演示过程，我们还在FLASH中加入了对播放的控制，以及一些简单的脚本编写。

总结与改进

第五章 总结与改进

5.1 总结

显示设备是几乎每个人在日常生活中都接到的器件，包括电视机屏幕，电脑显示屏，手机显示屏等等，而显示设备本身也是千变万化。随着踏入21世纪的大门，科学技术驶入了快车道，而这也带来了显示设备的不断升级换代，从CRT到LCD，再到LED，其中又伴随着设备体积的减小，分辨率的逐渐提高，在带来极好的便携性的同时，也给我们的视觉也带来一次次的冲击。新一代的显示技术正在日新月异，高清的，可折叠式的塑料显示器，利用空气反射等构成的显示设备、显示原理和显示方式正在一步步向前推进。

本次课程设计在显示器的不断更新换代的背景下，向您介绍了基本的显示设备，而后以CRT显示设别为例，介绍了主要的两种显示方式以及显示器的显示原理，为您进一步了解各种新型的显示设备打好基础。其中，通过对比字符显示方式和图形显示方式，让您能够更加深刻的理解两种显示方式以及它们不同的工原理，而后结合具体的flash演示系统，使您以更加直观的方式去了解显示器的显示原理，屏幕组织和显示缓存之间的对应关系，以及光栅扫描的成像原理。限于时间等因素，课题中只是通过字符显示方式的flash演示向您展示了显示缓存的内容、地址组织以及各种信号的同步控制，而图形显示方式在第三章显示设备中有较为详细的介绍，只要根据图形显示方式的相应的基本显示原理和显示缓存的地址组织等，便可以做出和字符显示方式下的flash演示相似的效果。最后希望大家能结合文中的基本原理和flash演示对显示设备的显示原理有较为深刻的理解，为进一步的学习打下坚实的基础。

5.2 不足之处及改进方式：

由于时间仓促以及同学们水平有限，对课程中的错误以及不足之处，恳请老师批评指正。

总结与改进

我们也认识到本课程中有些不足的地方，各种显示设备以及显示技术的相关术语，很多地方我们都只是简要的说明了一下，某些具体的事例也缺少相应的图文说明。

比如说显示器到底是什么，其实到目前为止显示器的概念还没有统一的说法，但对其认识却大都相同，顾名思义它应该是将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射人眼的一种显示工具。从广义上讲，街头随处可见的大屏幕，电视机的荧光屏、手机、快译通等的显示屏都算是显示器的范畴，但目前一般指与电脑主机相连的显示设备。

在显示器的分类上，可以按：1.显示器的尺寸 2.调控方式不同 3.显像管种类的不同等多种方式进行分类4..按发光原理不同等多种方式进行分类。而在我们课程设计之中只是简要按发光原理不同而进行了分类。

在有关刷新和刷新存储器的方面：动态MOS存储器的刷新可以分为：1.集中式刷新方式 2.分散式刷新方式 3.异步式刷新方式而这些我们都并没有 去详细讲解，而只是简要的说明了下。

在有关屏幕显示与显示缓存间的对应关系的讲解处，也缺少相应的图形进行帮助分析说明,所以文中相应的地方可以适当加些图片进行辅助说明，如图所示:

图 5-1

屏幕显示与显示缓存间的对应关系

总结与改进

由此可见如果每个知识点我们要去深入的研究的话，这几乎是不可能的，这

总结与改进

也是超出了同学们的理解范围的了。所以文中很多相关术语我们也是简要的讲解了下，并没有进行深入的探讨。而后对于两种主要的显示方式，我们只是较为详细的介绍了字符显示方式，对于图形显示方式我们只是以类比思想的方式，大概介绍了一下。而后的演示系统也只是向您较为直观的展示了字符方式下的屏幕组织和缓存组织，以及对应的同步控制等，而对于图形显示方式只是在原理方面有较为详实的介绍，具体实现只需按部就班，仿照着字符显示方式的实现方式去做，本次课程中限于时间关系就没有具体实现。

至于作为本课程设计的核心部分-------用flash演示字符显示方式下屏幕显示和显示缓存之间的对应关系以及信息的转换路径，也存在这一些不足之处。其中最大的缺陷便是该程序缺少必要的用户交互界面。如果能够在这方面做的更为生动点的话，那么运行效果就更好了。比如用户可以任意的在一个文本框中输入一串字符串，然后程序会在舞台上显示出相应的运行效果，这样就能使用户感觉更为真实与互动。

在flash制作中画面的整洁是很重要的，一个整洁的画面可以让人第一眼看上去感觉很很清晰自然，也显得井然有序。

其次应该要尽可能的使用图层，因为图层可以让我们在程序制作的过程中，对整个程序的结构以及流程都能够很清楚地把握住。

还应该要多使用影片剪辑实例，很多同学在制作flash的过程中都喜欢把所有的内容都放在主时间轴上，制作混乱，修改起来连自己也找不到地方，并且顾此失彼。其实好的课件主时间轴上只有为数不多的关键帧，每一个关键帧上放置一个主题内容，这些内容都包含在一个影片剪辑之中，制作方便，修改也就不必到处乱找了。这些都是我们在本课程制作过程中还得注意的地方。

缺少与动画播放同步的音频讲解也是本课程设计的一大缺陷，一个好的flash课件都是音频与视屏或者动画相结合同步播放的，所以这也是我们还需改进的地方

当然同学们都是已经尽够自己的最大努力的了。主要还是由于很多同学都没有学过flash制作，同学们的水平有限，所以最后效果也显得不尽完美，还需老师能够指正！

参考文献

参考文献

1、罗克露，单立平，刘辉，俸志刚等编著。计算机组成原理。电子工业出版社，2004.8

2、白中英著。计算机组成原理。高等教育出版社，2002.6

3、王爱英主编。计算机组成与结构。清华大学出版社，2000.12

4、王闵编著。计算机组成原理。电子工业出版社，2001.1

5、王诚主编。计算机组成与设计。清华大学出版社，2002,9

6、张新荣，刘锋，杨洁，张钢编著。计算机组成原理教程。北京希望电子出版社，2002.7

7、马维华等编著。从8086到Pentium III微型计算机及接口技术。科学出版社，2002.2

8、周明德编著。微型计算机系统原理及应用。清华大学出版社，2002.6

9、李继灿主编，郭麦成等编著。微型计算机技术及应用——从16位到64位。清华大学出版社，2003.2

10、袁开榜编著。计算机组成原理。高等教育出版社，1994

11、（美）斯托林斯（Stallings,W.）。Computer Organization and Architecture：Designing for Performance。Prentice Hall，21July, 2005

12、（荷）特纳鲍姆（Tanenbaum,A.S.）著。Structured Computer Organization（第四版）。Prentice Hall，2002.1

13、John D.Carpinelli。Computer Systems Organization&Architecture。Pearson Education，2002.1

14、John P.Hayes。Computer Architecture and Organization。Prentice Hall，2001.10

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

第四篇：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》

第五篇：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。