计算机组成原理—模型机设计报告

第1页共15页计算机组成原理--模型机设计报告作者姓名：专业：网络工程学号：指导教师：完成日期：2016年1月6日第2页共15页目录课程设计任务书.....................................................................................................................31课程设计目的...................................................................................................................32课程设计设备...................................................................................................................33课程设计内容...................................................................................................................43.1课程设计原理........................................................................................................43.2实验步骤................................................................................................................64课程设计结果.................................................................................................................105课程设计总结.................................................................................................................145.1课程设计的心得、经验教训及注意事项..........................................................145.1.1心得体会......................................................................................................145.1.2经验教训......................................................................................................145.1.3注意事项......................................................................................................14参考文献...............................................................................................................................14第3页共15页课程设计任务书学生姓名：专业班级：1320552指导教师：工作单位：题目：基本模型机的设计与实现初始条件1．完成《计算机组成原理》课程教学与实验2．Proteus仿真系统要求完成的主要任务（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1．掌握简单指令系统计算机的微控制器功能与结构特点2．熟悉Proteus仿真系统3．在Proteus仿真系统中确认运行结果4．形成简单指令系统计算机的整机概念1课程设计目的设计并实现基本模型机：（1）理解计算机工作原理（2）设计并验证一个定点计算机模型（3）增加一个浮点运算单元2课程设计设备PC机＋Win2003＋proteus仿真器第4页共15页3课程设计内容3.1课程设计原理部件实验过程中，各部件单元的控制信号是以人为模拟产生为主，而本次实验将能在微程序控制下手动产生各部件单元的控制信号，实现特定指令的功能。如运算器实验中对74LS－181芯片的控制，存储器中对存储器芯片的控制信号，以及几个实验中对输出设备的控制通过LED灯来显示结果。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。本实验采用五条机器指令：IN（输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件转移）。基本模型机数据通路框图：第5页共15页基本模型机微程序流程图：第6页共15页3.2实验步骤1、该基本模型机主要有运算器和存储器两大功能器件构成，首先设计运算器并对其进行功能验证。（1）实验原理图：（2）实验电路图：第7页共15页（3）功能验证：如图：通过下方的单刀双掷开关控制数据的输入，两个74LS273进行数据的锁存，通过181进行运算，将实验结果通过74LS245经总线输出，最后结果由LED显示。对其进行正逻辑的算数运算，及令M=0，进行验证。初始状态：74LS245置于高电平，74LS273置于低电平，S3、S2、S1、S0置0；通过开关输入数据，分别将S3、S2、S1、S0置于高低电平，验证下表。第8页共15页验证结果：运算器连接正确。2、设计存储器并于运算器相连。（1）实验原理图：（2）实验电路图：第9页共15页通过74LS373将数据写入6116存储器，然后将74LS245的导通开关关掉，读取6116里面的数据，并将数据以LED灯的形式得以验证。（3）读写操作：初始状态：74LS273置于低电平，6116关闭。写操作：通过开关，手动输入8位2进制数作为地址存储，SW19置于高电平，完成写操作后关闭。读操作：通过6116进行读操作，完成地址的存储。第10页共15页4课程设计结果1、实验电路图2、实验结果地址操作数输出011100010000000100000010地址的写入：第11页共15页第12页共15页操作数的写入第13页共15页关闭存储开关，打开运算器，273高电平有效，245低电平有效第14页共15页5课程设计总结5.1课程设计的心得、经验教训及注意事项5.1.1心得体会通过本次实验理解了计算机的工作原理，设计并验证了一个定点计算机模型，实现了浮点运算的功能。在之前的单个运算器与存储器实验中能够在老师的指导下完成基本任务，在基本模型机的实验中遇到了一些问题，但通过与同学的讨论最终完成了实验。思考内容：片内总线与系统总线的功能不同，片内总线是芯片内部的总线，是CPU芯片内部寄存器与寄存器之间、寄存器与ALU之间的公共连接线。系统总线是系统内各功能部件之间相互连接的总线。5.1.2经验教训在做单个的运算器、存储器的实验时，通过老师的指导可以完成基本功能，但是对知识点掌握不是很熟悉，有些细节问题没有注意到，导致在本次的课程设计中，出现了不少问题。但通过与同学的讨论，最终得出正确设计方案。在以后的学习生活中，我一定会力求把握每个知识点，注重理论与实际的结合。5.1.3注意事项1、在进行读写操作时，必须先将第一地址写入，再写入操作数，不能连续写入；2、连接电路时一定要注意条理清晰、布局合理，方便以后的错误查询及修改；3、区分不同芯片，注意74LS273为高电平有效，74LS245低电平有效，区分6112的不同接口。参考文献［1］蒋本珊.计算机组成原理.北京:清华大学出版社,2004第15页共15页