計(jì)算機(jī)組成原理一臺(tái)模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)

11計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)……一臺(tái)模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)一、教學(xué)目的、任務(wù)與實(shí)驗(yàn)設(shè)備教學(xué)目的〔1〕融會(huì)貫穿本課程各章節(jié)的內(nèi)容，通過(guò)知識(shí)的綜合運(yùn)用，加深對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各模塊的工作原理及相互聯(lián)系的認(rèn)識(shí)，加深計(jì)算機(jī)工作中“時(shí)間—空間〞概念的理解，從而清晰地建立計(jì)算機(jī)的整機(jī)概念?！?〕學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)和調(diào)試計(jì)算機(jī)的根本步驟和方法，提高使用軟件仿真工具和集成電路的根本技能?！?〕培養(yǎng)科學(xué)研究的獨(dú)立工作能力，取得工程設(shè)計(jì)與組裝調(diào)試的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)。2．設(shè)計(jì)與調(diào)試任務(wù)〔1〕按給定的數(shù)據(jù)格式和指令系統(tǒng)，在所提供的器件范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)一臺(tái)微程序控制的模型計(jì)算機(jī)?！?〕根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，在MAX+PLUS平臺(tái)上進(jìn)行仿真，并下載到EL教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行調(diào)試成功。〔3〕在調(diào)試成功的根底上，整理出設(shè)計(jì)圖紙和其他文件。包括：①總框圖(數(shù)據(jù)通路圖)；②微程序控制器邏輯圖；②微程序流程圖；④微程序代碼表；⑤元件排列圖〔或VHD程序清單〕；⑥設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；⑦調(diào)試小結(jié)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC機(jī)一臺(tái)EL教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱MAX+PLUSⅡ配套軟件二、數(shù)據(jù)格式和指令系統(tǒng)本模型機(jī)是一個(gè)8位定點(diǎn)二進(jìn)制計(jì)算機(jī)，具有四個(gè)通用存放器：R0～R3，能執(zhí)行11條指令，主存容量為256KB。數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)按規(guī)定采用定點(diǎn)補(bǔ)碼表示法，字長(zhǎng)為8位，其中最高位〔第7位〕為符號(hào)位，小數(shù)點(diǎn)位置定在符號(hào)位后面，其格式如下：數(shù)值相對(duì)于十進(jìn)制數(shù)的表示范圍為：－1≤X≤1―2―7指令格式及功能由于本模型機(jī)機(jī)器字只有8位二進(jìn)制長(zhǎng)度，故使用單字長(zhǎng)指令和雙字長(zhǎng)指令。⑴LDRRi，D格式7432100000Ri不用D功能：Ri←M〔D〕STRRi，D格式7432100001Ri不用D功能：M〔D〕←〔Ri〕ADDRi，Rj格式7432100010RiRj功能：Ri←〔Ri〕＋〔Rj〕SUBRi，Rj格式7432100011RiRj功能：Ri←〔Ri〕－〔Rj〕ANDRi，Rj格式7432100100RiRj功能：Ri←〔Ri〕∧〔Rj〕ORRi，Rj格式7432100101RiRj功能：Ri←〔Ri〕∨〔Rj〕MULRi，Rj格式7432100110RiRj功能：Ri←〔Ri〕×〔Rj〕轉(zhuǎn)移指令格式7432100111條件不用D功能：條件碼00無(wú)條件轉(zhuǎn)移PC←D01有進(jìn)位轉(zhuǎn)移PC←D結(jié)果為0轉(zhuǎn)移PC←D結(jié)果為負(fù)轉(zhuǎn)移PC←D⑼INRi，Mj格式7432101000RiMj其中Mj為設(shè)備地址，可以指定四種外圍設(shè)備，當(dāng)Mj=01時(shí)，選中實(shí)驗(yàn)箱的二進(jìn)制代碼開(kāi)關(guān)。功能：Ri←〔Mj〕⑽OUTRi，Mj格式7432101000RiMj當(dāng)Mj=10時(shí)，選中實(shí)驗(yàn)箱的顯示燈。功能：〔Mj〕←Ri⑾HALT〔停機(jī)指令〕格式7432101000不用不用功能：用于實(shí)現(xiàn)停機(jī)。三、總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是(1)選定CPU中所使用的產(chǎn)要器件；(2)根據(jù)指令系統(tǒng)、選用的器件和設(shè)計(jì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)指令流的數(shù)據(jù)通路；(3)根據(jù)指令系統(tǒng)、選用的器件和設(shè)計(jì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)通路。計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是不同的數(shù)據(jù)流在控制信號(hào)作用下在限定的數(shù)據(jù)通路中進(jìn)行傳送。數(shù)據(jù)通路不同，指令所經(jīng)過(guò)的操作過(guò)程也不同，機(jī)器的結(jié)構(gòu)也就不—樣，因此數(shù)據(jù)通路的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。所謂數(shù)據(jù)通路的設(shè)計(jì)，也就是確定機(jī)器各邏輯部件相對(duì)位置的總框圖。數(shù)據(jù)遠(yuǎn)路的設(shè)計(jì)，目前還沒(méi)有非常標(biāo)準(zhǔn)的方法。主要是依據(jù)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，并參考現(xiàn)有機(jī)器的三種典型形式〔單總線、雙總線或三總線結(jié)構(gòu)〕，根據(jù)指令系統(tǒng)的要求，可采用試探方法來(lái)完成。其主要步驟如下：(1)對(duì)指令系統(tǒng)中的各條指令進(jìn)行分析，得出所需要的指令周期與操作序列，以便決定各器件的類型和數(shù)量。(2)構(gòu)成一個(gè)總框圖草圖，進(jìn)行各邏輯部件之間的互相連接，即初步確定數(shù)據(jù)通路，使得由指令系統(tǒng)所包涵的數(shù)據(jù)通路都能實(shí)現(xiàn)，并滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。(3)檢驗(yàn)全部指令周期的操作序列，確定所需要的控制點(diǎn)和控制信號(hào)。(4)檢查所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)通路，盡可能降低本錢，簡(jiǎn)化線路。以上過(guò)程可以反復(fù)進(jìn)行，以便得到一個(gè)較好的方案。圖1給出了一個(gè)沒(méi)有考慮乘法除法指令操作的總框圖參考方案，注意，在此方案確定之后，應(yīng)該檢查所選用的各個(gè)器件是否滿足數(shù)據(jù)通路的要求。實(shí)際上，數(shù)據(jù)通路的設(shè)計(jì)與器件的選擇應(yīng)同時(shí)進(jìn)行而不能別離地工作。其次，接入總線的器件都要有三態(tài)輸出，以便與總線連接。另外，在信息傳送過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意器件原碼和反碼輸出的配合關(guān)系。圖1所示的方案采用單總線結(jié)構(gòu)，使用的許多器件都是三態(tài)輸出，這種方案便于總線的連接和擴(kuò)展，但缺點(diǎn)是指令和數(shù)據(jù)的傳送都要經(jīng)過(guò)總線，因此對(duì)總線的使用權(quán)就要分配得當(dāng)。另外，執(zhí)行算術(shù)邏輯指令時(shí)，先將第一個(gè)操作數(shù)由通用存放器Ri送至緩沖存放器DR1，然后再由通用存放器Rj取第二個(gè)操作數(shù)送至緩沖存放器DR2，之后送往ALU進(jìn)行運(yùn)算。顯然，執(zhí)行—條算術(shù)邏輯指令的時(shí)間相應(yīng)要長(zhǎng)一些。圖1模型機(jī)數(shù)據(jù)通路框圖四、微程序控制器數(shù)據(jù)通路框圖—旦確定，指令流與數(shù)據(jù)流的通路也就隨之最后確定，因而運(yùn)算器和控制器的大局部結(jié)構(gòu)也就確定下來(lái)了。圖1中各功能器件上還標(biāo)注了控制點(diǎn)及其控制信號(hào)．這些控制信號(hào)就是微程序控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)的依據(jù)。1．微指令格式微指令格式建議采用水平型微指令，微命令編碼采用直接表示法和分段直接譯碼法相結(jié)合的混合表示法，以縮短微指令長(zhǎng)度。后繼地址采用斷定方式。微指令格式如下：控制字段判別字段下址字段同學(xué)們應(yīng)根據(jù)本模型的具體情況來(lái)確定各字段的長(zhǎng)度。微程序控制器根據(jù)微指令和微程序的長(zhǎng)度，確定控制存儲(chǔ)器需選用幾片EPROM〔2716〕用位擴(kuò)展方式組成。3．微程序設(shè)計(jì)將機(jī)器的全部指令系統(tǒng)采用微指令序列實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，叫做微程序設(shè)計(jì)。一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序，11條機(jī)器指令應(yīng)當(dāng)對(duì)應(yīng)11個(gè)微程序。微指令格式確定后，微程序的橫向設(shè)計(jì)在于正確地選擇數(shù)據(jù)通路，縱向設(shè)計(jì)在于確定后繼微指令地址．事實(shí)上，微程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于縱向設(shè)計(jì)，即如何確定下一條微指令的地址。通常的做法是先確定微程序分支處的微地址，因?yàn)槲⒊绦蚍种幮枰M(jìn)行判別測(cè)試。這些微地址確定以后，就可以在一個(gè)“微地址表〞中把相應(yīng)的微地址單元填進(jìn)去，以免后面的設(shè)計(jì)中重復(fù)使用而未發(fā)現(xiàn)，以致造成設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。五、輸入輸出輸入輸出是人機(jī)聯(lián)系的重要手段，輸入可采用開(kāi)關(guān)、鍵盤(pán)等方式，輸出可采用字符顯示或打印輸出等方式。考慮到本錢與設(shè)備因素，本模型機(jī)采用最簡(jiǎn)單的二進(jìn)制開(kāi)關(guān)輸入和發(fā)光二極管顯示的方法，換句話說(shuō)，本模型機(jī)中只使用兩種“外部設(shè)備〞：一種是二進(jìn)制代碼開(kāi)關(guān)，它作為輸入設(shè)備；另一種是發(fā)光二極管，它作為輸出設(shè)備。本設(shè)計(jì)為了節(jié)省器件，輸入輸出時(shí)可以不設(shè)置專門的數(shù)據(jù)緩沖存放器。例如輸入時(shí)，二進(jìn)制開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)直接經(jīng)過(guò)三態(tài)門送到總線上，只要開(kāi)關(guān)狀態(tài)不變，輸入的信息也就不變。輸出時(shí)，將輸出數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線BUS上，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管進(jìn)行顯示。如果采用正規(guī)的輸入輸出方法，可采用相應(yīng)的器件構(gòu)成接口電路。六、組裝與調(diào)試元器件的布局與連接由圖1看出，數(shù)據(jù)通路一旦確定之后，在調(diào)試過(guò)程中將會(huì)很少有變化。因此從組裝和調(diào)試的角度來(lái)看，模型機(jī)總框圖可劃分為如下三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能模塊：(1)運(yùn)算器、存儲(chǔ)器和系統(tǒng)總線(2)時(shí)序產(chǎn)生器(3)微程序控制器本模型機(jī)所使用的器件較多，布線的工作量相當(dāng)大，希望同學(xué)們認(rèn)真、細(xì)致地工作。元器件布局的一般原那么是盡心能地按功能電路相對(duì)集中，這樣做的好處是各器件之間的連線較短，同時(shí)也便于組裝和調(diào)試．為了安裝和調(diào)試檢查方便，集成電路應(yīng)當(dāng)以相同方向排列。通?？偸前鸭呻娐菲亩ㄎ蝗笨谙蜃?，此時(shí)它的電源腳在左上角，接地腳在右下角。這種排列有利于設(shè)置電源線與地線。規(guī)整的布線不僅對(duì)調(diào)試維修帶來(lái)方便，也可以保證線路可靠地工作，任何馬馬虎虎的接線將會(huì)給調(diào)試帶來(lái)難以想象的后果，因此在布線前必須對(duì)布線質(zhì)量給予高度重視。分調(diào)試按功能模塊進(jìn)行分調(diào)是實(shí)現(xiàn)總調(diào)的前提和根底，因?yàn)橹挥懈鞴δ苣K工作正常后，才能保證全機(jī)的正確運(yùn)行。為此必須—步一個(gè)腳印、精心做好分調(diào)試，切不可趕急圖快，以免在未做好分調(diào)的情況下進(jìn)入總調(diào)，而最后又不得不返回頭來(lái)重新分調(diào)。分調(diào)的重點(diǎn)放在時(shí)序產(chǎn)生器和微程序控制器上?？傉{(diào)當(dāng)各模塊分調(diào)正常后，可將控制器發(fā)出的控制信號(hào)線接到相應(yīng)的功能部件中去，轉(zhuǎn)入全機(jī)總調(diào)試?？傉{(diào)的第一步，事實(shí)上是檢查全部微程序流程圖。方法是用單步方式讀出并執(zhí)行微指令。進(jìn)行的順序是：先執(zhí)行控制臺(tái)指令的微程序流程圖，然后執(zhí)行機(jī)器指令的微程序流程圖。當(dāng)全部微程序流程圖檢查完畢后，如果存儲(chǔ)器和運(yùn)算器功能執(zhí)行正確，就算總調(diào)第一步完成。第二步是在內(nèi)存中裝入包括有全部指令系統(tǒng)的一段程序和有關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步可采用單指令方式或連續(xù)方式執(zhí)行，以驗(yàn)證機(jī)器執(zhí)行指令的正確性。第三步是編寫(xiě)一段表演程序，令機(jī)器運(yùn)行。第四步是運(yùn)行指導(dǎo)教師給出的驗(yàn)收程序。如果通過(guò)，就算大功告成。

本科生學(xué)位論文論多媒體技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用姓名：指導(dǎo)教師：專業(yè)：教育管理專業(yè)年級(jí)：完成時(shí)間：

論多媒體技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用[摘要]多媒體不再是傳統(tǒng)的輔助教學(xué)工具，而是為構(gòu)造一種新的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境創(chuàng)造了條件，特別是對(duì)于教育社會(huì)化來(lái)說(shuō)，多媒體網(wǎng)絡(luò)是一種更理想的傳播工具。多媒體本身具有：融合性、非線性化，無(wú)結(jié)構(gòu)性、相互交涉性、可編輯性、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)；同時(shí)運(yùn)用在教育教學(xué)上又有其特長(zhǎng)：利于信息的存儲(chǔ)利用、是培養(yǎng)發(fā)散性思維的工具、促使學(xué)習(xí)個(gè)別化的實(shí)現(xiàn)。多媒體在教學(xué)中的應(yīng)用有著多種的形式，它在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣上有著積極的作用，同時(shí)它還能促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的獲取與保持、對(duì)教學(xué)信息進(jìn)行有效的組織與管理、建構(gòu)理想的學(xué)習(xí)環(huán)境，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)等多方面的效果。立足未來(lái)發(fā)展，利用多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開(kāi)展教學(xué)試驗(yàn)。[關(guān)鍵詞]多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)資源共享多媒體技術(shù)主要指多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)，加工、控制、編輯、變換，還可以查詢、檢索。人們借助于多媒體技術(shù)可以自然貼切地表達(dá)、傳播、處理各種視聽(tīng)信息，并具有更多的參與性和創(chuàng)造性。當(dāng)今多媒體已成為廣泛流傳的名詞，但人們對(duì)于它的認(rèn)識(shí)，特別是對(duì)于它在教育教學(xué)方面如何更好應(yīng)用，未知的因素還很多。

一、多媒體的教育特長(zhǎng)任何一種媒體不管其怎樣先進(jìn)，它只能是作為一種工具被應(yīng)用到教育領(lǐng)域，能不能促進(jìn)教育的改革，。。。。。。應(yīng)當(dāng)吸取教訓(xùn)，加強(qiáng)理論研究，充分認(rèn)識(shí)多媒體的特性及其教育特長(zhǎng)，以便更好地在教育領(lǐng)域開(kāi)發(fā)應(yīng)用多媒體。

1、多媒體的特性

（1）融合性多種符號(hào)系統(tǒng)的融合是多媒體的特性之一，多媒體的這一特性區(qū)別于過(guò)去媒體符號(hào)系統(tǒng)的單一性或復(fù)合性。也就是說(shuō)多媒體技術(shù)不是將符號(hào)系統(tǒng)疊加，而是具有整體性的融合。

（2）非線性化，無(wú)結(jié)構(gòu)性因?yàn)槎嗝襟w是在超文本、，其組合結(jié)構(gòu)是固定的、不變的。

（5）實(shí)時(shí)性多媒體信息中的聲音、活動(dòng)視瀕、動(dòng)畫(huà)于時(shí)間有密切聯(lián)系，對(duì)它們進(jìn)行呈現(xiàn)、交互等集成處理是實(shí)時(shí)的。在顯示某一主體內(nèi)容時(shí)，其視聽(tīng)信息具有同步性。

2、多媒體的教育特長(zhǎng)

（1）信息的存儲(chǔ)利用便利多媒體特別是多媒體WWW網(wǎng)絡(luò)信息的存儲(chǔ)、提取、雙向傳輸非常便利，它應(yīng)用于教育，更利于教學(xué)信息傳播機(jī)制的建立。

（2）發(fā)散性思維的工具在培養(yǎng)學(xué)習(xí)者發(fā)散性思維方面…………或創(chuàng)造性思維的基礎(chǔ)。

（3）促使學(xué)習(xí)個(gè)別化的實(shí)現(xiàn)多媒體WWW網(wǎng)絡(luò)有利于個(gè)別化的實(shí)現(xiàn)。因?yàn)閷W(xué)習(xí)者各人需求、學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)知程度等不同，學(xué)習(xí)方法也有差異，由于多媒體教學(xué)信息的多角度多層次性，不具有固定的學(xué)習(xí)目標(biāo)和既定學(xué)習(xí)路徑，學(xué)習(xí)者可以自定學(xué)習(xí)路徑選擇自己需要的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

四、迎接信息時(shí)代，運(yùn)用多媒體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)傳播

21世紀(jì)是一個(gè)信息高速發(fā)展的時(shí)代，…………，首先必須認(rèn)清以下問(wèn)題：

（一）多媒體不等于光盤(pán)化

。。。。。。由于人們認(rèn)為這就是多媒體，因而也就將多媒體作為一種更完美的形象化教具。

（二）多媒體不是CAI的延伸

日本視聽(tīng)教育協(xié)會(huì)編著的《日本教育中的多媒體小史》超媒體的開(kāi)發(fā)一節(jié)中指出：在超媒體的開(kāi)發(fā)方面，有兩種考慮方法：一種是把重點(diǎn)放在超媒體發(fā)展的原始起點(diǎn)和特長(zhǎng)上，編制"無(wú)結(jié)構(gòu)"的教材的思考方法；另一種是把映像和聲音加入迄今為止的CAI的思考方法。然而，如果考慮到超媒體的特長(zhǎng)的教育意義，便不用說(shuō)，是考慮前者的好。我認(rèn)為它與CAI有兩個(gè)差異：

1、以不同的教育觀為指導(dǎo)CAI延用了傳統(tǒng)的教學(xué)觀，對(duì)不同的學(xué)習(xí)者