计算机组成原理位存储器专业课程设计方案报告.doc

计算机组成原理512×16位存放器课程设计汇报
目 录
第一章 课设任务概述 1
1.1课设目标 1
1.2 课设任务 1
第二章 课设内容 2
2.1画指令步骤图 2
2.2芯片设计 5
2.3设计运算器 6
2.4认识计算机硬件系统 9
第三章 个人总结 10
3.1 关键结论 10
3.2 对课设认识 10
参考文件 11

第一章 课设任务概述
1.1课设目标
经过课设，掌握计算机系统软硬件维护方法，并能利用所学知识，完成课设内容。
1.2 课设任务
1. 参考给出或书本上计算机硬件（应有中止功效）组成，写出给定指令格式指令实施步骤；
2. 设计存放器。按要求拓展存放器，并画出其各个引脚和CPU连线。要求用128K×16位SRAM芯片设计512K×16位存放器，SRAM芯片有两个控制端：当 CS 有效时该片选中。当W/R=1时实施读操作，当W/R=0时实施写操作。用64K×16位EPROM芯片组成128K×16位只读存放器。
3. 设计计算机运算器（包含逻辑框图和指令系统，和各指令微程序步骤图）
4. 了解计算机硬件系统。就计算机一些硬件组成部分，说明对其认识。
5. 简单类MIPS多周期流水线处理器实现试验。

第二章 课设内容
2.1画指令步骤图
1.参考给出或书本上计算机硬件（应有中止功效）组成，写出完成下面给定指令格式指令实施步骤；
（1）完成“异或”运算
“异或” 指令指令格式
操作码 DR SR

开启
PC->AR->ABUS
DBUS->DR->IR
PC+1->PC
译码或测试
IR->AR->ABUS
DBUS->DR->ALU
DBUS->SR->ALU
ALU->AC
DBUS->DR

2.把一个内存单元中内容读到所选择一个累加器中。
操作码 DR SR

开启
PC->AR->ABUS
DBUS->DR->IR
PC+1->PC
译码或测试
IR->AR->ABUS
DBUS->SR->DR

3.给出STA（存数）指令实施步骤，其指令格式以下：
助记符 机器指令码 说明
③STA addr 0010 0000 ×××× R0à [addr]

开启
PC->AR->ABUS
DBUS->DR->IR
PC+1->PC
译码或测试
IR->AR->ABUS
R0->DR
DR->DBUS

2.2芯片设计
要求用128K×16位SRAM芯片设计512K×16位存放器，SRAM芯片有两个控制端：当 CS 有效时该片选中。当W/R=1时实施读操作，当W/R=0时实施写操作。用64K×16位EPROM芯片组成128K×16位只读存放器。试问：。
<1> 数据寄存器多少位？
<2> 地址寄存器多少位？
<3> 共需多少片EPROM?
画出此存放器组成框图。
<1>数据寄存器需要16位；
<2>地址寄存器需要20位，其中只读存放器需要地址线16位其中有一位为1:2译码器；SRAM组成512K*16存放器需要19位地址线，且和只读存放器共用A0~A15这16根地址线，其中A18，A19两根组成2:4译码器。
<3>共需要EPROM2片。
各个芯片和CPU 连线以下：

1
2
3
0
1
CS
W/R

CS
W/R

A19

A18

A17
C

A16

P
A15
…
A0
U
W/R
D0
…
D15

CS

128K*16
SRAM

W/R
CS

128K*16
SRAM

W/R

CS

128K*16
SRAM

W/R

CS

128K*16 SRAM

W/R

2：4译码器
1:2译码器

0

3

2.3设计运算器
设计计算机运算器（包含逻辑框图和指令系统，和各指令微程序步骤图）
信
号
S3
S2
S1
S0
Cn
M
X1
X0
OI
CL
CP
S
CG

OT
LP
OB
GI
P+1
DR
MLD
WC
RC
RR
读
WR
写

有效电平
*
*
*
*
*
*
*
*
0
1
1
*
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
取指微指令
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
0
1
0
008B6A

DEC Ai
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
0
0082BE

1
1
0
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
1
0
1
C7A9CD

0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
1
00446A

NOT Ai
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0082BE

1
1
0
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
1
0
1
C7A9CD

0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
1
008A6A

INC Ai
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
0
0082BE

1
1
0
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
1
0
1
C7A9CD

0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
1
008A6A

指令助记符
指令功效
节拍
微操作
控制信号

DEC Ai
(Ai-1)→Ai
T1
(Ai)→IDB→TMP→ALU
A,B,RR,CT,OT
(ALU-1)→A
Cn,M,S3,S2,S1,S0
X0,X1,CA
T2
(A)→BUFFER→IDB→Ai
OB,A,B,WR
NOT Ai
(NOT Ai)→Ai
T1
(Ai)→IDB→TMP→ALU
A,B,RR,CT,OT
(not ALU)→A
Cn,M,S3,S2,S1,S0
X0,X1,CA
T2
(A)→BUFFER→IDB→Ai
OB,A,B,WR
INC Ai
(Ai)→Aj
T1
(Ai)→IDB→TMP→ALU
A,B,RR,CT,OT
(ALU+1)→A
Cn,M,S3,S2,S1,S0
X0,X1,CA
T2
(A)→BUFFER→IDB→Aj
OB,A,B,WR
指令系统：

微程序步骤图：

2.4认识计算机硬件系统
了解计算机硬件系统。就计算机一些硬件组成部分，说明对其认识。
现在大多数计算机依据冯.诺伊曼体系结构思想来设计。该体系结构计算机含有共同基础配置。即通常“五大件”组成：运算器、控制器、存放器、输入设备和输出设备。其中控制器和运算器共同组成了中央处理器（CPU），中央处理器是计算机中很关键逻辑控制和运算部件。中央处理器关键是将运算器和控制器集成在一起，其特点就是：能够进行算术和逻辑运算；可保留较少许数据；能对指令进行译码并实施要求动作；能和存放器、外设交换数据；提供整个系统所需要定时和控制；能够响应其它部件发来中止请求等。中央处理器和主存放器一起组成了计算机主机部分，主机以外硬件装置组成外围设备，即通常输入输出设备。
运算器能够实现多种算术和逻辑运算。运算器由累加器、通用寄存器和算术逻辑单元组成，其关键是算术逻辑单元ALU。运算器包含ALU算术逻辑单元和一系列寄存器组成。其中累加器是一个特殊寄存器，通常见于存放中间结果和最终结果，还有操作数；
控制器控制各个部件动作，能识别和翻译指令代码，向各个部件发出控制信号，进行计算机协调和动作。计算机CPU中一个很关键部件就是程序计数器PC，它是一个特殊寄存器，统计着将要读取下一条指令在存放器中是位置通常控制器读取指令。控制器基础任务就是根据程序所给出指令序列，从存放器取出一条指令放到控制器中，进行译码分析，然后实施对应操作。
存放器关键功效是存放数据和数据。程序和数据在计算机中全部是以二进制数形式表示。存放器是用来存放程序和数据器件，是计算机多种信息存放和交流中心。存放器能够分为外存和主存，外存通常由磁盘等组成，容量大，不过存取相对速度慢；主存中，又分为RAM、ROM，静态RAM集成度底，不过存取速度能够和CPU相匹配，通常见做高速缓存（cache），SDRAM则是计算机运行过程中存放程序和数据等主体，SDRAM一个比较显著特点是断电后数据则消失，不会保留统计，而且在计算机运行过程中需要不停上电刷新；ROM通常存放BIOS等不可更改程序，而且断电后数据仍会被保留。
输入输出设备通常是键盘、鼠标、显示器、磁盘、打印机、扫描仪和网络终端设备。输入设备就是将用户要求变成机器信号传入计算机，使得计算机能够接收到任务要求，从而进行对应处理，常见输入设备有鼠标、键盘等；输出设备则是将计算机运算结果或中间结果和处理好信息结果以用户能够接收方法进行显示，常见输出设备为显示器、打印机等。
计算机总线BUS是连接计算机各个硬件部分分时共享公共信息传送线路。计算机系统总线又能够分为数据总线，地址总线和控制总线，三总线经过分别传送各自信号分工协作，使得计算机各个部件进行信息交流和处理。

第三章 个人总结
3.1 关键结论
本文关键对计算机组成和系统结构课程进行了归纳和实际利用。利用我们平时所学习存放器组成、扩展和它们和CPU连接方法等知识，依据题目要求设计存放器，包含存放区芯片组成，总线根数和连接方法。和设计一个运算器，其中包含对微指令了解和应用等。
3.2 对课设认识
经过这次计算机组成原理课程设计，我对计算机内部元件工作原理有了深入了解和认识。很多在课堂上没有听懂，没有学会知识在课程设计过程中暴露无遗，不过主动方面是经过课程设计，我把这些知识上显著漏洞给补上了。我对机器指令及微指令编码方法不了解，对计算机各部件组成和工作原理也不是很了解。为了搞清楚这些问题，我又把书本拿出来重新学习相关章节。即使理论知识很关键，不过像我们这种工学类课程，更关键还是实践。理论联络实际，才能愈加好掌握所学知识。在机房上机时候也碰到了部分问题，不过在请教了同学和老师以后，这些问题也全部一个个迎刃而解。
对计算机组成原理理论知识有了更深刻了解，对于以前一知半解东西也有了充足了解。因为课程设计是要求将以前在课堂上学理论知识利用到实际设计当中去，不过在设计过程中，我们一定会碰到多种多样问题。不过为了处理这些问题，我们一定会愈加仔细认真去翻阅自己以前学过不过认为已经了解熟悉东西。这在无形中帮助我们加深对所学知识了解及利用能力，而且让我们明白什么地方是我们真正需要去关注。而且这么我们对书本和以前学过知识有了一个愈加好总结和了解。而课程设计需要我们不仅经过翻阅复习以前学过知识而且需要查阅更多相关信息，如去图书馆查阅相关书籍，去网上搜索相关材料，最终确立了设计方案。

参考文件
[1] 陈泽宇．清华大学出版社．计算机组成和系统结构，第二版
[2] 肖铁军. 清华大学出版社。计算机组成原理，6月第一版
致 谢

本文需要感谢赵孟德老师帮助，还要感谢我们班其它同学，在我们组碰到问题时候，她们也是主动给帮助。最终还得感谢同组其它3位同学一起完成这次课设。