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

目錄（一）課設(shè)任務(wù)概述 21.1課設(shè)目標(biāo) 21.2課設(shè)任務(wù) 2（二）課設(shè)內(nèi)容 32.1指令實施步驟 32.2存放器 62.3設(shè)計計算機運算器 72.4計算機硬件系統(tǒng) 8（三）個人總結(jié) 10（四）參考文件 10（五）致謝 11（一）課設(shè)任務(wù)概述1.1課設(shè)目標(biāo)經(jīng)過課設(shè)，掌握計算機系統(tǒng)軟硬件維護(hù)方法，并能利用所學(xué)知識，完成課設(shè)內(nèi)容。1.2課設(shè)任務(wù)（1）參考給出或書本上計算機硬件（應(yīng)有中止功效）組成，寫出完成下面給定指令格式指令實施步驟；（2）某機器中，已知配有一個地址空間為0000H-3FFFHROM區(qū)域?，F(xiàn)在再用一個RAM芯片（8K*8）形成40K*16位RAM區(qū)域，起始地址為6000H。假設(shè)RAM芯片有CS和WE信號控制端。CPU地址總線為A15-A0，數(shù)據(jù)總線為D15

-D0，控制信號為R/W（讀/寫），MREQ（訪存），要求：（1）畫出主存地址框圖。（2）畫出組成連接框圖。（3）設(shè)計計算機運算器（包含邏輯框圖和指令系統(tǒng)，和各指令微程序步驟圖）（4）了解計算機硬件系統(tǒng)。就計算機一些硬件組成部分，說明對其認(rèn)識。（5）簡單類MIPS多周期流水線處理器實現(xiàn)試驗。（二）課設(shè)內(nèi)容2.1指令實施步驟2.1.1參考給出或書本上計算機硬件（應(yīng)有中止功效）組成，寫出完成下面給定指令格式指令實施步驟；（1）寄存器內(nèi)容完成“異或”運算“異或”指令指令格式DR:目標(biāo)寄存器SR：源寄存器操作碼DRSRPC->ARPC->ARXRLDR，SRM->DRDR->IR譯碼DR->YSR->XX⊕Y->DR（2）把一個內(nèi)存單元中內(nèi)容讀到所選擇一個累加器中。操作碼DRSR(3)④OUTaddr00110000××××[addr]BUSAABUS->I/O譯碼開啟PC->AR->ABUSDBUS->DR->IRPC+1->PCIR->DR->AR->ABUS2.2存放器某機器中，已知配有一個地址空間為0000H-3FFFHROM區(qū)域?，F(xiàn)在再用一個RAM芯片(8K×8)形成40K×16位RAM區(qū)域，起始地址為6000H,假定RAM芯片有和信號控制端。CPU地址總線為A15-A0，數(shù)據(jù)總線為D15-D0，控制信號為R/(讀/寫)，(訪存)，要求：（1）畫出地址譯碼方案。（2）將ROM和RAM同CPU連接。依題意，主存地址空間分布如右圖所表示，可選擇2片(16K×8位)EPROM作為ROM區(qū)；10片8K×8位RAM片組成40K×16位RAM區(qū)。(16K×8位)EPROM需14位片內(nèi)地址，而(8K×8)RAM需13位片內(nèi)地址，故可用A15-A13三位高地址經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號,方案以下:2.3設(shè)計計算機運算器指令助記符位23222120191817161514131211109876543210指令碼（十六進(jìn)制）信號S3S2S1S0CnMX1X0OICLCPSCGOTLPOBGIP+1DRMLDWCRCRR讀WR寫有效電平********011*000001000001取指微指令000000001000101101101010008B6AADDA0000000010000010110011100082BE110001111010100111001101C7A9CD000000001000101001101011008A6ASUBA,B0000000010000010110011100082BE0110111110101100110011016FACCD000000001000101001101011008A6A（1）ADD指令實施步驟：（1）取指PC->AR將PC內(nèi)容傳給ARAR->M找到對應(yīng)內(nèi)存地址M->DR進(jìn)入緩沖寄存器PC+I->PCPC內(nèi)容加I形成下條指令地址，I為指令長度DR->IR傳送入指令寄存器（2）實施A->Y將A中數(shù)據(jù)傳送到寄存器Y中addr+Y->Zaddr中數(shù)據(jù)和Y中數(shù)據(jù)加載至ALU做加法，結(jié)果暫存于Z中Z->A將暫存器Z內(nèi)容傳送到A中（2）SUB指令實施步驟：（1）取指PC->AR將PC內(nèi)容傳給ARAR->M找到對應(yīng)內(nèi)存地址M->DR進(jìn)入緩沖寄存器PC+I->PCPC內(nèi)容加I形成下條指令地址，I為指令長度DR->IR傳送入指令寄存器（2）實施IR->AR將指令寄存器中內(nèi)容送入地址寄存器AR->M找到對應(yīng)內(nèi)存地址M->DR進(jìn)入緩沖寄存器DR->AR將緩沖寄存器中內(nèi)容送入地址寄存器AR->M找到對應(yīng)內(nèi)存地址M->DR進(jìn)入緩沖寄存器R0->Y將R0內(nèi)容送入暫存器Y中Y-DR->Z暫存器Y值減去緩沖寄存器值后存入Z暫存器Z->R0將Z中內(nèi)容送入R0中2.4計算機硬件系統(tǒng)了解計算機硬件系統(tǒng)。就計算機一些硬件組成部分，說明對其認(rèn)識。組成計算機硬件系統(tǒng)通常有“五大件”組成：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存放器、運算器和控制器。計算機輸入輸出（I/O）設(shè)備是計算機從外部世界接收信息并反饋結(jié)果手段，統(tǒng)稱為I/O設(shè)備或外圍設(shè)備。多種人機交互操作，程序和數(shù)據(jù)輸入，計算結(jié)果或中間結(jié)果輸出，被控對象檢測和控制等，全部必需經(jīng)過外圍設(shè)備才能實現(xiàn)。輸入設(shè)備輸入設(shè)備用于原始數(shù)據(jù)和程序輸入，能將大家熟悉信息形式變換成計算機能接收并識別人二進(jìn)制信息形式。理想計算機輸入設(shè)備應(yīng)該是“會看”和“會聽”，即能把大家用文字或語言所表示問題直接送到計算機內(nèi)部進(jìn)行處理?，F(xiàn)在常見輸入設(shè)備是鍵盤，鼠標(biāo)器，掃描儀等，和用文字識別，圖像識別，語音識別設(shè)備。輸出設(shè)備輸出設(shè)備將計算機輸出處理結(jié)果信息，轉(zhuǎn)換成人類或其它設(shè)備能夠接收和識別信息形式（如字符，文字，圖形，圖像和聲音）。理想輸出設(shè)備應(yīng)該是“會寫”和“會講”?！皶憽币呀?jīng)做到，如現(xiàn)在廣為使用激光打印機，繪圖儀，CRT/LCD顯示器等，這些設(shè)備不僅能輸出文字信號，而且還能畫出圖形。至于“會講”即輸出語言設(shè)備，現(xiàn)在已經(jīng)有初級語音合成產(chǎn)品問世。控制器控制器是計算機管理機構(gòu)和指揮中心，它根據(jù)預(yù)先確定操作步驟，協(xié)調(diào)控制計算機各部件有條不紊地自動工作?？刂破鞴ぷ鲗嵸|(zhì)就是解釋程序，它每次從存放器讀取一條指令，經(jīng)過分析譯碼，產(chǎn)生一系列操縱計算機其它部分工作控制信號（操作命令），發(fā)想各個部件，控制各部件動作，是整個機器連續(xù)，有條不紊地運行。高級計算機中控制器能夠改變一些指令次序，以改善性能。對全部CPU而言，一個共同關(guān)鍵部件是程序計數(shù)器，它是一個特殊寄存器，統(tǒng)計著將要讀取下一條指令存放器中位置。運算器運算器是一個用于信息加工部件，用于對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運算和邏輯運算。運算器通常是由算術(shù)邏輯單元（ArithmeticLogicUnit,ALU)和一系列寄存器組成，其中ALU是具體完成算術(shù)和邏輯運算單元，是運算器關(guān)鍵，由加法器和其它邏輯單元組成。寄存器用于存放參與運算操作數(shù)。累加器是一個特殊寄存器，除了存放操作數(shù)之外，還用于存放中間結(jié)果和最終結(jié)果。特定ALU所支持算術(shù)運算，可能僅局限于加法和減法，也可能包含乘法，除法，甚至三角函數(shù)平方根。有些ALU只支持整數(shù)，而其它ALU則能夠使用浮點來表示有限精度實數(shù)。不過，能夠?qū)嵤┳詈唵芜\算任何計算機，全部能夠經(jīng)過編程，把復(fù)雜運算分解成它能夠?qū)嵤┖唵尾襟E。所以，任何計算機全部能夠經(jīng)過編程拉實施任何算術(shù)運算，假如其ALU不能從硬件上直接支持，則運算則從軟件方法實現(xiàn)，但花費較多時間。邏輯運算包含和（AND），或（OR），異或（XOR）等布爾運算，對于創(chuàng)建復(fù)雜條件語句和處理布爾邏輯而言全部是有用。ALU還能夠比較數(shù)值，并依據(jù)比較結(jié)果（如是否相等，大于或小于）來返回一個布爾值：真（TURE）和假（FALSE）。存放器存放器關(guān)鍵功效是存放數(shù)據(jù)和程序。程序是計算機操作依據(jù)。數(shù)據(jù)時計算機操作對象，不管是程序還是數(shù)據(jù)，在存放器中全部是用二進(jìn)制數(shù)形式來表示，統(tǒng)稱為信息。向存放器存入或從存放器中讀出信息，全部稱為存放器訪問。計算機存放器是由能夠存放和讀取數(shù)值一系列單元組成，每個存放器全部有一個編號，稱為“地址”。向存放器中存數(shù)活存存放器中取數(shù)，全部要按給定地址尋求所選擇尋址單元，存放在存放器信息能夠表示任何東西，文字，數(shù)值甚至計算機指令全部能夠一樣輕易地存放到存放器中去。存放器是計算機中存放信息部件，根據(jù)存放器在計算機中作用，能夠分為主存放器，寄存器，閃速存放器，高速緩沖存放器，輔助存放器等多個類型，她們均能夠完成數(shù)據(jù)存取工作，但性能及其在計算機中作用差異很大。主存放器計算機主存放器（MainMemory，簡稱主存）通常采取半導(dǎo)體存放器，有兩種關(guān)鍵類型：隨機存放器（RandomAccessMemory，RAM）和只讀存放器（Read—OnlyMemory，ROM）。RAM能夠按CPU命令進(jìn)行讀寫，而ROM則事先加載了固化數(shù)據(jù)和軟件，CPU只能讀取。通常情況下，當(dāng)計算機電源關(guān)閉時，RAM內(nèi)容被消除，而ROM則會保留其數(shù)據(jù)。ROM通常見來存放計算機初始指令。在PC機中，通常包含一個固化在ROM中，稱為BIOS專用程序，當(dāng)計算機開機或復(fù)位時，能夠把計算機操作系統(tǒng)從硬盤加載到RAM中。在通常沒有硬盤嵌入式計算機中，實施任務(wù)所需全部軟件全部能夠存放在ROM中。存放在ROM中軟件常常被稱為固件（Firmware），所以她從外觀上看更像硬件。（6）寄存器CPU內(nèi)部包含一組稱為寄存器（Register）特殊單元，其讀寫速度比貯存區(qū)域快得多。不一樣類型CPU有二到一百多個寄存器寄存器通常被認(rèn)為使用最頻繁餓數(shù)據(jù)項，以避免每次需要數(shù)據(jù)時全部要訪問主存。因為主存比ALU和控制器來得慢，降低主存訪問需求能夠大大加緊計算機速度。閃速存放器閃速存放器（FlashMemory,簡稱閃存）能夠像ROM一樣在關(guān)機時保留數(shù)據(jù)，但也能夠像RAM一樣能夠被重寫，從而模糊了ROM和RAM之間界限。不過，閃存通常比常規(guī)RAM和ROM慢得多，所以局限于不需要高速應(yīng)用場所。高速緩沖存放器（cache）在現(xiàn)代計算機中，存在一個或多個比寄存器慢但比主存快高速緩沖存放器（簡稱高速緩存）——cache，它在CPU和主存放器之間，規(guī)模較小但速度快，能夠很好地處理CPU和主存之間匹配問題。通常，計算機能夠自動地把需要頻繁訪問數(shù)據(jù)移入cache，而無需任何人干預(yù)，當(dāng)需要讀寫數(shù)據(jù)時，CPU首先訪問cache，只有當(dāng)cache中不包含所需數(shù)據(jù)時，才開始訪問主存。輔助存放器半導(dǎo)體存放器存放容量畢竟有限，所以，計算機又配置了存放容量更大磁盤存放器和光盤存放器，稱為外存放器（簡稱外存）或輔助存放器（簡稱輔存），相對而言，半導(dǎo)體存放器稱為內(nèi)存放器（簡稱內(nèi)存）。輔助存放器關(guān)鍵用于存放目前不在運行程序和未用到數(shù)據(jù)，其特點是存放容量大，成本低，并能夠脫機保留信息。常見輔助存放器有軟盤存放器，硬盤存放器，光盤存放器等。（三）個人總結(jié)本周課程設(shè)計關(guān)鍵內(nèi)容是深入認(rèn)識和了解計算機硬件（應(yīng)有中止功效）組成，寫出完成下面給定指令格式指令實施步驟和對主存器擴展考察、設(shè)計計算機運算器（包含邏輯框圖和指令系統(tǒng)，和各指令微程序步驟圖）和計算機硬件系統(tǒng)，就計算機一些