宿迁学院计算机组成原理课程设计.pdf

《计算机组成原理》课程设计是计算机科学教育中的一个重要实践环节，旨在帮助学生深入理解计算机硬件的基本构成、机器指令的设计与执行过程以及微程序控制器的工作原理。在这个过程中，学生需要运用所学理论知识，设计出一个能够执行特定指令集的简单模型机。 一、计算机硬件基本组成 计算机硬件主要包含运算器、控制器、存储器、输入/输出设备等部分。运算器由算术逻辑单元（ALU）组成，ALU通过控制信号S3、S2、S1、S0、M、CN实现多种运算功能。运算器采用单总线结构，数据在运算器内部通过LDDR1和LDDR2等微命令进行传输和存储。此外，还包括通用寄存器R0、R1、R2，它们用于临时存储数据。控制器部分由程序计数器PC、指令寄存器IR、地址寄存器AR等组成，负责指令的取指、译码和执行过程。 二、机器指令设计 设计的模型机具备以下五条基本指令： 1. 外设输入指令(IN) 2. 二进制加法指令(NADD) 3. 存数指令(STA) 4. 输出到外设指令(OUT) 5. 无条件转移指令(JMP) 这些指令采用特定的指令格式，如00H、01H等，每条指令都有其特定的功能，比如00H代表数据传送指令，将ADDR1的数据传送到R0。 三、微程序设计 微程序设计是实现指令执行的一种方式，它通过微指令控制计算机的低级操作。在设计过程中，需要理解微指令的字段含义，包括不译码字段、直接译码字段和字段间接编码。微程序的执行可能非顺序，次地址的生成取决于微指令的控制逻辑。设计时需考虑如何处理分支、避免微地址冲突，以及如何根据机器指令实现特定功能。 四、新增机器指令 在原有五条指令的基础上，增加了异或(XOR)、与(AND)、求反(NOT)、新加法(NADD)和数据传送(MOV)指令。设计这些新指令的格式，并修改微程序以支持所有指令的执行。 五、课程设计进度 整个课程设计耗时1.5周，分为讲解、软件学习、指令设计、微程序改写和实验报告编写五个阶段。学生需要在规定时间内熟悉仿真软件，理解模型机的指令系统和微程序设计方法，并完成新指令的实现。 六、成绩评定 课程设计的成绩将根据学生对模型机CPU和系统硬件的理解、指令设计的合理性、微程序的改写以及实验报告的质量进行综合评价。 通过这个课程设计，学生不仅可以深化对计算机硬件工作原理的理解，还能提高实际操作和问题解决的能力，为将来从事计算机系统设计和开发奠定坚实的基础。