计算机组成原理课程设计 王安英

指 导 书

一、课程设计目的

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、课程设计内容与要求

要求每个学生（或小组）独立完成设计任务，在设计方案中可直接利用TDN-CM++ 教学实验系统提供的单元电路，如：运算器、数据通路、存储器、控制器、信号及时序控制、内总线、外总线、外围接口、输入/输出设备及大规模可编程逻辑器件等。要充分利用所学知识设计出具有一定特色的模型计算机。

课程设计的时间为1周。设计的最终作品包括硬件和软件两个部分，要求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，并分类放回元器件盒内。课程设计报告每个学生一份，由课代表收齐后统一交给指导教师。

课程设计成绩评定由3部分组成：作品＋出勤等40％；答辩30％；设计报告30％。

三、课程设计步骤

设计一台完整的计算机，其设计过程可以归纳为以下七个步骤：. 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。

对于部件设置时要确定运算器部件采用什么结构，控制器是微程序控制还是硬联控制等。

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。

四、课程设计报告的基本格式

实践设计报告的基本内容至少包括封面、正文、附录三部分。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。

1、封面

封面包括“《计算机组成原理》课程设计、实践设计报告”、班级、姓名、学号以及完成日期等信息。 2、正文

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）； 3．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

五、参考题目

设计题目：复杂模型样机设计

设计目的：综合运用计算机知识，设计并实现较为完整的模型计算机。 设计要求：

1、为模型机设计数据格式和指令格式。

2、模型机至少要含有算术运算、逻辑运算指令、I/O指令、访存指令、转移指令、停机指令等。

3、编写实验程序，验证所设计的模型机的功能。