計算機組成與體系結(jié)構(gòu)培訓(xùn)課程設(shè)計方案

1、目錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc312317659 （一）課課設(shè)任務(wù)務(wù)概述 PAGEREF _Toc312317659 h 22 HYPERLINK l _Toc312317660 1.1課課設(shè)目的的 PAGEREF _Toc312317660 h 2 HYPERLINK l _Toc312317661 1.2 課設(shè)任任務(wù) PAGEREF _Toc312317661 h 2 HYPERLINK l _Toc312317662 （二）課課設(shè)內(nèi)容容 PAGEREF _Toc312317662 h 3 HYPERLINK l _Toc312317663 2.1指指

2、令的執(zhí)執(zhí)行流程程 PAGEREF _Toc312317663 h 3 HYPERLINK l _Toc312317664 2.2存存儲器 PAGEREF _Toc312317664 h 66 HYPERLINK l _Toc312317665 2.3設(shè)設(shè)計計算算機運算算器 PAGEREF _Toc312317665 h 7 HYPERLINK l _Toc312317666 2.4計計算機的的硬件系系統(tǒng) PAGEREF _Toc312317666 h 8 HYPERLINK l _Toc312317667 （三）個個人總結(jié)結(jié) PAGEREF _Toc312317667 h 10 HYPERLI

3、NK l _Toc312317668 （四）參參考文獻獻 PAGEREF _Toc312317668 h 10 HYPERLINK l _Toc312317669 （五）致致謝 PAGEREF _Toc312317669 h 111（一）課課設(shè)任務(wù)務(wù)概述1.1課課設(shè)目的的通過課設(shè)設(shè)，掌握握計算機機系統(tǒng)軟軟硬件維維護的方方法，并并能利用用所學(xué)知知識，完完成課設(shè)設(shè)內(nèi)容。1.2 課設(shè)任任務(wù)（1）參參考給出出的或者者課本上上的計算算機的硬硬件（應(yīng)應(yīng)有中斷斷功能）組組成，寫寫出完成成下面給給定的指指令格式式的指令令的執(zhí)行行流程；（2）某某機器中中，已知知配有一一個地址址空間為為00000H-3FFFFH

4、的的ROMM區(qū)域。現(xiàn)在再再用一個個RAMM芯片（88K*88）形成成40KK*166位的RRAM區(qū)區(qū)域，起起始地址址為60000HH。假設(shè)設(shè)RAMM芯片有有CS和和WE信信號控制制端。CCPU的的地址總總線為AA15-A0，數(shù)數(shù)據(jù)總線線為D115-D0，控控制信號號為R/W（讀讀/寫），MMREQQ（訪存存），要要求：（1）畫畫出主存存地址框框圖。（2）畫畫出組成成連接框框圖。（3） HYPERLINK H:組成原理課程設(shè)計任務(wù)書.ppt 設(shè)設(shè)計計算算機運算算器（包包括邏輯輯框圖與與指令系系統(tǒng)，以以及各指指令的微微程序流流程圖）（4）了了解計算算機的硬硬件系統(tǒng)統(tǒng)。就計計算機的的某些硬硬件組成成

5、部分，說說明對其其認識。（5）簡簡單的類類MIPPS多周周期流水水線處理理器的實實現(xiàn)實驗驗。（二）課課設(shè)內(nèi)容容2.1指指令的執(zhí)行流流程2.1.1參考考給出的的或者課課本上的的計算機機的硬件件（應(yīng)有有中斷功功能）組組成，寫寫出完成成下面給給定的指指令格式式的指令令的執(zhí)行行流程；（1）寄寄存器內(nèi)內(nèi)容完成成“異或”運算“異或” 指令令的指令令格式DDR:目目標寄存存器 SR：源寄存存器操作碼 DR SSRPC-ARXRL DR，SRM-DRDR-IR譯碼DR-YSR-XXY-DR（2）把把一個內(nèi)內(nèi)存單元元中的內(nèi)內(nèi)容讀到到所選擇擇的一個個累加器器中。操作碼DDR SRR(3) OUTT adddr 0

6、0111 00000 adddr BUUSABUS-I/O譯碼啟動PC-AR-ABUSDBUS-DR-IRPC+1-PCIR-DR-AR-ABUS2.2存存儲器某機器中中，已知知配有一一個地址址空間為為00000H-3FFFFH的的ROMM區(qū)域?，F(xiàn)在再再用一個個RAMM芯片(8K8)形形成400K116位的的RAMM區(qū)域，起起始地址址為60000HH,假定定RAMM芯片有有和信號控控制端。CPUU的地址址總線為為A155-A0，數(shù)據(jù)據(jù)總線為為D155-D0，控制制信號為為R/(讀/寫)， (訪存存)，要要求：（1） 畫出地地址譯碼碼方案。（2） 將ROOM與RRAM同同CPUU連接。依題意，主

7、主存地址址空間分分布如右右圖所示示，可選選用2片片(166K88位)的的EPRROM作作為ROOM區(qū)；10片片的8KK8位位RAMM片組成成40KK166位的RRAM區(qū)區(qū)。(116K8位)的EPPROMM需144位片內(nèi)內(nèi)地址，而而(8KK8)RAMM需133位片內(nèi)內(nèi)地址，故故可用AA15-A133三位高高地址經(jīng)經(jīng)譯碼產(chǎn)產(chǎn)生片選選信號,方案如如下:2.3 HYPERLINK H:組成原理課程設(shè)計任務(wù)書.ppt 設(shè)設(shè)計計算算機運算算器指令助記記符位23222120191817161514131211109876543210指令碼（十六進進制）信號S3S2S1S0CnMX1X0OICLCPSCGOT

8、LPOBGIP+1DRMLDWCRCRR讀WR寫有效電平平*011*000001000001取指微指指令000000001000101101101010008BB6AADDAA00000000100000101100111000822BE110001111010100111001101C7A99CD000000001000101001101011008AA6ASUBA,B00000000100000101100111000822BE0110111110101100110011016FACCCD000000001000101001101011008AA6A（1）AADD指指令執(zhí)行行流程：（1）取

9、取指PC-AR 將PCC內(nèi)容傳傳給ARRAR-M 找到對對應(yīng)內(nèi)存存地址M-DDR 進入緩緩沖寄存存器PC+II-PPC PCC內(nèi)容加加I形成成下條指指令地址址，I為為指令長長度DR-IR 傳送送入指令令寄存器器（2）執(zhí)執(zhí)行A-YY 將將A中的的數(shù)據(jù)傳傳送到寄寄存器YY中addrr+Y-Z adddr中中數(shù)據(jù)與與Y 中中數(shù)據(jù)加加載至AALU做做加法，結(jié)結(jié)果暫存存于Z中中Z-AA 將暫暫存器ZZ的內(nèi)容容傳送到到A中（2）SSUB指指令執(zhí)行行流程：（1）取取指PC-AR 將PCC內(nèi)容傳傳給ARRAR-M 找到對對應(yīng)內(nèi)存存地址M-DDR 進入緩緩沖寄存存器PC+II-PPC PCC內(nèi)容加加I形成成下條

10、指指令地址址，I為為指令長長度DR-IR 傳送送入指令令寄存器器（2）執(zhí)執(zhí)行IR-AR 將指指令寄存存器中的的內(nèi)容送送入地址址寄存器器AR-M 找到對對應(yīng)內(nèi)存存地址M-DDR 進入緩緩沖寄存存器DR-AR 將緩沖沖寄存器器中的內(nèi)內(nèi)容送入入地址寄寄存器AR-M 找到對對應(yīng)內(nèi)存存地址M-DDR 進入緩緩沖寄存存器R0-Y 將RR0的內(nèi)內(nèi)容送入入暫存器器Y中Y-DRR-ZZ 暫暫存器YY的值減減去緩沖沖寄存器器的值后后存入ZZ暫存器器Z-RR0 將ZZ中的內(nèi)內(nèi)容送入入R0中中2.4計計算機的的硬件系系統(tǒng)了解計算算機的硬硬件系統(tǒng)統(tǒng)。就計計算機的的某些硬硬件組成成部分，說說明對其其認識。構(gòu)成計計算機的的

11、硬件系系統(tǒng)通常常有“五五大件”組組成：輸輸入設(shè)備備、輸出出設(shè)備、 HYPERLINK /view/87697.htm 存儲器器、運算算器和控控制器。計算機的的輸入輸輸出（II/O）設(shè)設(shè)備是計計算機從從外部世世界接收收信息并并反饋結(jié)結(jié)果的手手段，統(tǒng)統(tǒng)稱為II/O設(shè)設(shè)備或外外圍設(shè)備備。各種種人機交交互操作作，程序序和數(shù)據(jù)據(jù)輸入，計計算結(jié)果果或中間間結(jié)果的的輸出，被被控對象象的檢測測和控制制等，都都必須通通過外圍圍設(shè)備才才能實現(xiàn)現(xiàn)。輸入設(shè)備備輸入設(shè)備備用于原原始數(shù)據(jù)據(jù)和程序序的輸入入，能將將人們熟熟悉的信信息形式式變換成成計算機機能接受受的并識識別的人人二進制制信息形形式。理想的計計算機輸輸入設(shè)備備

12、應(yīng)該是是“會看”和“會聽”的，即即能把人人們用文文字或語語言所表表達的問問題直接接送到計計算機內(nèi)內(nèi)部進行行處理。目前常常用的輸輸入設(shè)備備是鍵盤盤，鼠標標器，掃掃描儀等等，以及及用文字字識別，圖圖像識別別，語音音識別的的設(shè)備。輸出設(shè)備備輸出設(shè)備備將計算算機輸出出的處理理結(jié)果信信息，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成人人類或其其他設(shè)備備能夠接接受和識識別的信信息形式式（如字字符，文文字，圖圖形，圖圖像和聲聲音）。理想的輸輸出設(shè)備備應(yīng)該是是“會寫”和“會講”的。“會寫”已經(jīng)做做到，如如目前廣廣為使用用的激光光打印機機，繪圖圖儀，CCRT/LCDD顯示器器等，這這些設(shè)備備不僅能能輸出文文字信號號，而且且還能畫畫出圖形形。至于于

13、“會講”即輸出出語言設(shè)設(shè)備，目目前已有有初級的的語音合合成產(chǎn)品品問世?？刂破骺刂破魇鞘怯嬎銠C機的管理理機構(gòu)和和指揮中中心，它它按照預(yù)預(yù)先確定定的操作作步驟，協(xié)協(xié)調(diào)控制制計算機機各部件件有條不不紊地自自動工作作?？刂破鞴すぷ鞯膶崒嵸|(zhì)就是是解釋程程序，它它每次從從存儲器器讀取一一條指令令，經(jīng)過過分析譯譯碼，產(chǎn)產(chǎn)生一系系列操縱縱計算機機其他部部分工作作的控制制信號（操操作命令令），發(fā)發(fā)想各個個部件，控控制各部部件動作作，是整整個機器器連續(xù)，有有條不紊紊地運行行。高級級計算機機中的控控制器可可以改變變某些指指令的順順序，以以改善性性能。對所有CCPU而而言，一一個共同同的關(guān)鍵鍵部件是是程序計計數(shù)器，它

14、它是一個個特殊的的寄存器器，記錄錄著將要要讀取的的下一條條指令的的存儲器器中的位位置。運算器運算器是是一個用用于信息息加工的的部件，用用于對數(shù)數(shù)據(jù)進行行算術(shù)運運算和邏邏輯運算算。運算器通通常是由由算術(shù)邏邏輯單元元（Arrithhmettic Loggic Uniit,AALU)和一系系列寄存存器組成成，其中中ALUU是具體體完成算算術(shù)與邏邏輯的運運算單元元，是運運算器的的核心，由由加法器器和其他他邏輯單單元組成成。寄存存器用于于存放參參與運算算的操作作數(shù)。累累加器是是一個特特殊的寄寄存器，除除了存放放操作數(shù)數(shù)之外，還還用于存存放中間間結(jié)果和和最后結(jié)結(jié)果。特定的AALU所所支持的的算術(shù)運運算，可

15、可能僅局局限于加加法和減減法，也也可能包包括乘法法，除法法，甚至至三角函函數(shù)的平平方根。有些AALU只只支持整整數(shù)，而而其它AALU則則可以使使用浮點點來表示示有限精精度的實實數(shù)。但但是，能能夠執(zhí)行行最簡單單運算的的任何計計算機，都都可以通通過編程程，把復(fù)復(fù)雜的運運算分解解成它可可以執(zhí)行行的簡單單步驟。所以，任任何計算算機都可可以通過過編程拉拉執(zhí)行任任何的算算術(shù)運算算，如果果其ALLU不能能從硬件件上直接接支持，則則運算則則從軟件件方式實實現(xiàn)，但但花費較較多的時時間。邏輯運算算包括與與（ANND），或或（ORR），異異或（XXOR）等等布爾運運算，對對于創(chuàng)建建復(fù)雜的的條件語語句和處處理布爾爾邏

16、輯而而言都是是有用的的。 ALLU還可可以比較較數(shù)值，并并根據(jù)比比較結(jié)果果（如是是否相等等，大于于或小于于）來返返回一個個布爾值值：真（TTUREE）和假假（FAALSEE）。存儲器存儲器的的主要功功能是存存放數(shù)據(jù)據(jù)和程序序。程序序是計算算機的操操作依據(jù)據(jù)。數(shù)據(jù)據(jù)時計算算機的操操作對象象，不管管是程序序還是數(shù)數(shù)據(jù)，在在存儲器器中都是是用二進進制數(shù)的的形式來來表示的的，統(tǒng)稱稱為信息息。向存存儲器存存入或從從存儲器器中讀出出信息，都都稱為存存儲器的的訪問。計算機存存儲器是是由可以以存放和和讀取數(shù)數(shù)值的一一系列單單元組成成的，每每個存儲儲器都有有一個編編號，稱稱為“地址”。向存存儲器中中存數(shù)活活存存

17、儲儲器中取取數(shù)，都都要按給給定的地地址尋找找所選擇擇的尋址址單元，存存儲在存存儲器的的信息可可以表示示任何東東西，文文字，數(shù)數(shù)值甚至至計算機機指令都都可以同同樣容易易地存放放到存儲儲器中去去。存儲器是是計算機機中存儲儲信息的的部件，按按照存儲儲器在計計算機中中的作用用，可以以分為主主存儲器器，寄存存器，閃閃速存儲儲器，高高速緩沖沖存儲器器，輔助助存儲器器等幾種種類型，他他們均可可以完成成數(shù)據(jù)存存取工作作，但性性能及其其在計算算機中的的作用差差別很大大。主存儲器器計算機主主存儲器器（Maain Memmoryy，簡稱稱主存）通通常采用用半導(dǎo)體體存儲器器，有兩兩種主要要類型：隨機存存儲器（RRan

18、ddom Acccesss Meemorry，RRAM）和和只讀存存儲器（RReaddOnlly MMemoory，RROM）。RAMM可以按按CPUU的命令令進行讀讀寫，而而ROMM則事先先加載了了固化的的數(shù)據(jù)和和軟件，CCPU只只能讀取取。一般般情況下下，當計計算機電電源關(guān)閉閉時，RRAM的的內(nèi)容被被消除，而而ROMM則會保保留其數(shù)數(shù)據(jù)。ROM通通常用來來存儲計計算機的的初始指指令。在在PC機機中，通通常包含含一個固固化在RROM中中，稱為為BIOOS的專專用程序序，當計計算機開開機或復(fù)復(fù)位時，可可以把計計算機操操作系統(tǒng)統(tǒng)從硬盤盤加載到到RAMM中。在在通常沒沒有硬盤盤的嵌入入式計算算機中

19、，執(zhí)執(zhí)行任務(wù)務(wù)所需的的全部軟軟件都可可以存儲儲在ROOM中。存儲在RROM中中的軟件件經(jīng)常被被稱為固固件（FFirmmwarre），因因此他從從外觀上上看更像像硬件。（6）寄寄存器 CPPU內(nèi)部部包含一一組稱為為寄存器器（Reegissterr）的特特殊單元元，其讀讀寫速度度比貯存存區(qū)域快快得多。不同類類型的CCPU有有二到一一百多個個寄存器器寄存器通通常被認認為使用用最頻繁繁餓數(shù)據(jù)據(jù)項，以以避免每每次需要要數(shù)據(jù)時時都要訪訪問主存存。由于于主存比比ALUU和控制制器來得得慢，減減少主存存訪問需需求可以以大大加加快計算算機的速速度。閃速存儲儲器閃速存儲儲器（FFlassh MMemoory ,簡

20、稱稱閃存）可可以像RROM一一樣在關(guān)關(guān)機時保保留數(shù)據(jù)據(jù)，但也也可以像像RAMM一樣可可以被重重寫，從從而模糊糊了ROOM和RRAM之之間的界界限。但是，閃閃存通常常比常規(guī)規(guī)的RAAM和RROM慢慢得多，所所以局限限于不需需要高速速的應(yīng)用用場合。高速緩沖沖存儲器器（caachee）在現(xiàn)代計計算機中中，存在在一個或或多個比比寄存器器慢但比比主存快快的高速速緩沖存存儲器（簡簡稱高速速緩存）cache，它位于CPU和主存儲器之間，規(guī)模較小但速度快，能夠很好地解決CPU和主存之間的匹配問題。通常，計計算機能能夠自動動地把需需要頻繁繁訪問的的數(shù)據(jù)移移入caachee，而無無需任何何人干預(yù)預(yù)，當需需要讀寫寫數(shù)據(jù)時時，CPPU首先先訪問ccachhe，只只有當ccachhe中不不包含所所需數(shù)據(jù)據(jù)時，才才開始訪訪問主存存。輔助存儲儲器半導(dǎo)體存存儲器的的存儲容容量畢竟竟有限，因因此，計計算機又又配備了了存儲容容量更大大的磁盤盤存儲器器和光盤盤存儲器器，稱為為外存儲儲器（簡簡稱外存存）或輔輔助存儲儲器（簡簡稱輔存存），相相對而言言，半導(dǎo)導(dǎo)體存儲儲器稱為