计算机组成与体系结构培训课程设计策划方案

1、目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc312317659 （一）课设任务概述 PAGEREF _Toc312317659 h 2 HYPERLINK l _Toc312317660 1.1课设目的 PAGEREF _Toc312317660 h 2 HYPERLINK l _Toc312317661 1.2 课设任务 PAGEREF _Toc312317661 h 2 HYPERLINK l _Toc312317662 （二）课设内容 PAGEREF _Toc312317662 h 3 HYPERLINK l _Toc312317663 2.1指令的执行流程 P

2、AGEREF _Toc312317663 h 3 HYPERLINK l _Toc312317664 2.2存储器 PAGEREF _Toc312317664 h 6 HYPERLINK l _Toc312317665 2.3设计计算机运算器 PAGEREF _Toc312317665 h 7 HYPERLINK l _Toc312317666 2.4计算机的硬件系统 PAGEREF _Toc312317666 h 8 HYPERLINK l _Toc312317667 （三）个人总结 PAGEREF _Toc312317667 h 10 HYPERLINK l _Toc312317668 （

3、四）参考文献 PAGEREF _Toc312317668 h 10 HYPERLINK l _Toc312317669 （五）致谢 PAGEREF _Toc312317669 h 11（一）课设任务概述1.1课设目的通过课设，掌握计算机系统软硬件维护的方法，并能利用所学知识，完成课设内容。1.2 课设任务（1）参考给出的或者课本上的计算机的硬件（应有中断功能）组成，写出完成下面给定的指令格式的指令的执行流程；（2）某机器中，已知配有一个地址空间为0000H-3FFFH的ROM区域。现在再用一个RAM芯片（8K*8）形成40K*16位的RAM区域，起始地址为6000H。假设RAM芯片有CS和WE

4、信号操纵端。CPU的地址总线为A15-A0，数据总线为D15-D0，操纵信号为R/W（读/写），MREQ（访存），要求：（1）画出主存地址框图。（2）画出组成连接框图。（3）HYPERLINK file:/H:组成原理课程设计任务书.ppt设计计算机运算器（包括逻辑框图与指令系统，以及各指令的微程序流程图）（4）了解计算机的硬件系统。就计算机的某些硬件组成部分，讲明对其认识。（5）简单的类MIPS多周期流水线处理器的实现实验。（二）课设内容2.1指令的执行流程2.1.1参考给出的或者课本上的计算机的硬件（应有中断功能）组成，写出完成下面给定的指令格式的指令的执行流程；（1）寄存器内容完成“异或

5、”运算“异或” 指令的指令格式DR:目标寄存器 SR：源寄存器 操作码 DR SRPC-ARXRL DR，SRM-DRDR-IR译码DR-YSR-XXY-DR（2）把一个内存单元中的内容读到所选择的一个累加器中。操作码DR SR(3) OUT addr 0011 0000 addr BUSABUS-I/O译码启动PC-AR-ABUSDBUS-DR-IRPC+1-PCIR-DR-AR-ABUS2.2存储器某机器中，已知配有一个地址空间为0000H-3FFFH的ROM区域。现在再用一个RAM芯片(8K8)形成40K16位的RAM区域，起始地址为6000H,假定RAM芯片有和信号操纵端。CPU的地址

6、总线为A15-A0，数据总线为D15-D0，操纵信号为R/(读/写)， (访存)，要求：（1） 画出地址译码方案。（2） 将ROM与RAM同CPU连接。依题意，主存地址空间分布如右图所示，可选用2片 (16K8位)的EPROM作为ROM区；10片的8K8位RAM片组成40K16位的RAM区。(16K8位)的EPROM需14位片内地址，而(8K8)RAM需13位片内地址，故可用A15-A13三位高地址经译码产生片选信号,方案如下:2.3HYPERLINK file:/H:组成原理课程设计任务书.ppt设计计算机运算器指令助记符位2322212019181716151413121110987654

7、3210指令码（十六进制）信号S3S2S1S0CnMX1X0OICLCPSCGOTLPOBGIP+1DRMLDWCRCRR读WR写有效电平*011*000001000001取指微指令000000001000101101101010008B6AADDA0000000010000010110011100082BE110001111010100111001101C7A9CD000000001000101001101011008A6ASUBA,B0000000010000010110011100082BE0110111110101100110011016FACCD0000000010001010011

8、01011008A6A（1）ADD指令执行流程：（1）取指PC-AR 将PC内容传给ARAR-M 找到对应内存地址M-DR 进入缓冲寄存器PC+I-PC PC内容加I形成下条指令地址，I为指令长度DR-IR 传送入指令寄存器（2）执行A-Y 将A中的数据传送到寄存器Y中addr+Y-Z addr中数据与Y 中数据加载至ALU做加法，结果暂存于Z中Z-A 将暂存器Z的内容传送到A中（2）SUB指令执行流程：（1）取指PC-AR 将PC内容传给ARAR-M 找到对应内存地址M-DR 进入缓冲寄存器PC+I-PC PC内容加I形成下条指令地址，I为指令长度DR-IR 传送入指令寄存器（2）执行IR-

9、AR 将指令寄存器中的内容送入地址寄存器AR-M 找到对应内存地址M-DR 进入缓冲寄存器DR-AR 将缓冲寄存器中的内容送入地址寄存器AR-M 找到对应内存地址M-DR 进入缓冲寄存器R0-Y 将R0的内容送入暂存器Y中Y-DR-Z 暂存器Y的值减去缓冲寄存器的值后存入Z暂存器Z-R0 将Z中的内容送入R0中2.4计算机的硬件系统了解计算机的硬件系统。就计算机的某些硬件组成部分，讲明对其认识。构成计算机的硬件系统通常有“五大件”组成：输入设备、输出设备、 HYPERLINK /view/87697.htm t _blank 存储器、运算器和操纵器。计算机的输入输出（I/O）设备是计算机从外部

10、世界接收信息并反馈结果的手段，统称为I/O设备或外围设备。各种人机交互操作，程序和数据输入，计算结果或中间结果的输出，被控对象的检测和操纵等，都必须通过外围设备才能实现。输入设备输入设备用于原始数据和程序的输入，能将人们熟悉的信息形式变换成计算机能同意的并识不的人二进制信息形式。理想的计算机输入设备应该是“会看”和“会听”的，即能把人们用文字或语言所表达的问题直接送到计算机内部进行处理。目前常用的输入设备是键盘，鼠标器，扫描仪等，以及用文字识不，图像识不，语音识不的设备。输出设备输出设备将计算机输出的处理结果信息，转换成人类或其他设备能够同意和识不的信息形式（如字符，文字，图形，图像和声音）。

11、理想的输出设备应该是“会写”和“会讲”的。“会写”差不多做到，如目前广为使用的激光打印机，绘图仪，CRT/LCD显示器等，这些设备不仅能输出文字信号，而且还能画出图形。至于“会讲”即输出语言设备，目前已有初级的语音合成产品问世。操纵器操纵器是计算机的治理机构和指挥中心，它按照预先确定的操作步骤，协调操纵计算机各部件有条不紊地自动工作。操纵器工作的实质确实是解释程序，它每次从存储器读取一条指令，通过分析译码，产生一系列操纵计算机其他部分工作的操纵信号（操作命令），发想各个部件，操纵各部件动作，是整个机器连续，有条不紊地运行。高级计算机中的操纵器能够改变某些指令的顺序，以改善性能。对所有CPU而言

12、，一个共同的关键部件是程序计数器，它是一个专门的寄存器，记录着将要读取的下一条指令的存储器中的位置。运算器运算器是一个用于信息加工的部件，用于对数据进行算术运算和逻辑运算。运算器通常是由算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit,ALU)和一系列寄存器组成，其中ALU是具体完成算术与逻辑的运算单元，是运算器的核心，由加法器和其他逻辑单元组成。寄存器用于存放参与运算的操作数。累加器是一个专门的寄存器，除了存放操作数之外，还用于存放中间结果和最后结果。特定的ALU所支持的算术运算，可能仅局限于加法和减法，也可能包括乘法，除法，甚至三角函数的平方根。有些ALU只支持整数，而其它ALU则

13、能够使用浮点来表示有限精度的实数。然而，能够执行最简单运算的任何计算机，都能够通过编程，把复杂的运算分解成它能够执行的简单步骤。因此，任何计算机都能够通过编程拉执行任何的算术运算，假如其ALU不能从硬件上直接支持，则运算则从软件方式实现，但花费较多的时刻。逻辑运算包括与（AND），或（OR），异或（XOR）等布尔运算，关于创建复杂的条件语句和处理布尔逻辑而言差不多上有用的。 ALU还能够比较数值，并依照比较结果（如是否相等，大于或小于）来返回一个布尔值：真（TURE）和假（FALSE）。存储器存储器的要紧功能是存放数据和程序。程序是计算机的操作依据。数据时计算机的操作对象，不管是程序依旧数据，

14、在存储器中差不多上用二进制数的形式来表示的，统称为信息。向存储器存入或从存储器中读出信息，都称为存储器的访问。计算机存储器是由能够存放和读取数值的一系列单元组成的，每个存储器都有一个编号，称为“地址”。向存储器中存数活存存储器中取数，都要按给定的地址查找所选择的寻址单元，存储在存储器的信息能够表示任何东西，文字，数值甚至计算机指令都能够同样容易地存放到存储器中去。存储器是计算机中存储信息的部件，按照存储器在计算机中的作用，能够分为主存储器，寄存器，闪速存储器，高速缓冲存储器，辅助存储器等几种类型，他们均能够完成数据存取工作，但性能及其在计算机中的作用差不专门大。主存储器计算机主存储器（Main

15、 Memory，简称主存）通常采纳半导体存储器，有两种要紧类型：随机存储器（Random Access Memory，RAM）和只读存储器（ReadOnly Memory，ROM）。RAM能够按CPU的命令进行读写，而ROM则事先加载了固化的数据和软件，CPU只能读取。一般情况下，当计算机电源关闭时，RAM的内容被消除，而ROM则会保留其数据。ROM通常用来存储计算机的初始指令。在PC机中，通常包含一个固化在ROM中，称为BIOS的专用程序，当计算机开机或复位时，能够把计算机操作系统从硬盘加载到RAM中。在通常没有硬盘的嵌入式计算机中，执行任务所需的全部软件都能够存储在ROM中。存储在ROM中

16、的软件经常被称为固件（Firmware），因此他从外观上看更像硬件。 （6）寄存器 CPU内部包含一组称为寄存器（Register）的专门单元，其读写速度比贮存区域快得多。不同类型的CPU有二到一百多个寄存器寄存器通常被认为使用最频繁饿数据项，以幸免每次需要数据时都要访问主存。由于主存比ALU和操纵器来得慢，减少主存访问需求能够大大加快计算机的速度。闪速存储器闪速存储器（Flash Memory ,简称闪存）能够像ROM一样在关机时保留数据，但也能够像RAM一样能够被重写，从而模糊了ROM和RAM之间的界限。然而，闪存通常比常规的RAM和ROM慢得多，因此局限于不需要高速的应用场合。高速缓冲存

17、储器（cache）在现代计算机中，存在一个或多个比寄存器慢但比主存快的高速缓冲存储器（简称高速缓存）cache，它位于CPU和主存储器之间，规模较小但速度快，能够专门好地解决CPU和主存之间的匹配问题。通常，计算机能够自动地把需要频繁访问的数据移入cache，而无需任何人干预，当需要读写数据时，CPU首先访问cache，只有当cache中不包含所需数据时，才开始访问主存。辅助存储器半导体存储器的存储容量怎么讲有限，因此，计算机又配备了存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器，称为外存储器（简称外存）或辅助存储器（简称辅存），相对而言，半导体存储器称为内存储器（简称内存）。辅助存储器要紧用于存放当前不在运行的程序和未用到的数据，其特点是存储容量大，成本低，并能够脱机保存信息。常用的辅助存储器有软盘存储器，硬盘存储器，光盘存储器等。（三）个人总结本周课程设计的要紧内容是进一步认识和了解计算机的硬件（应有中断功能）组成，写出完成下面给定的指令格式的指令的执行流程和对主存器的扩展的考察、HYPERLINK file:/H:组成原理课程设计任务书.ppt设计计算机运算器（包括逻辑框图与指令系统，以及各指令的微程序流程图）以及计算机的硬件系统，就计算机的某些硬件组成部分，