组成原理课程设计2011年2月1日new

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1、计算机组成原理主讲教师：秦磊华,王小兰,周建国课程设计1.课程设计目的•加深对冯诺依曼体系结构计算机组成及其各部分功能的理解．进一步建立整机的概念。•加深对计算机数据通路的理解、加深对计算机指令系统、微指令的认识，并通过时序控制，完整地设计一个简单的计算机系统。•学习FPGA的使用方法。•锻炼初步的计算机系统分析和设计能力。•锻炼学生分析、定位和排除故障的能力。一、课程设计任务书22.课程设计要求•利用各单元实验和课堂上所学知识，选择适当的芯片，设计简单的计算机系统.•在完成数据通路设计并验证数据通路功能的基础上增加指令和微指令控制的功能．•以手动方式产

2、生各指令执行过程中所需要的微命令,控制指令的执行。•以自己所设计的计算机系统为硬件环境，设计出完成指定功能的各指令周期流程图，并设计出相应的微命令。•设计时序列电路，产生满足指令周期和指令执行所需要的多级时序信号。•设计控存，将各指令的微程序存放在CM中，经过适当的时序控制，通过微程序自动控制指令的执行(当采用微程序控制器时)。/设计硬布线控制信号,产生指令执行过程中所需要的控制信号.33.本次课程设计具体任务设计微程序控制器或硬布线控制器或基于微程序和硬布线相结合方式的CPU控制器。利用所设计的CPU组成一台功能完整的模型机并基于实验平台实现.要求

3、部分功能利用FPGA实现,部分功能用芯片连接实现.所设计的模型机支持加法减运算等基本的算术运算指令、支持逻辑运算类指令、支持存储器读写指令、支持寄存器间数据传送等几类指令、支持定点数的溢出判断。支持立即数寻址、直接寻址、隐含寻址、间接寻址(寄存器寻址)等几种基本的寻址方式。能支持10条以上的指令。4能运行由自己设计的CPU所支持的指令系统构成的一段程序，程序执行功能正确；根据课程设计指导书和本次课程设计的具体要求，制定出设计方案。确定CPU的基本结构是采用总线方式还是采用专用通路方式；画出自己所设计计算机系统的原理框图和器件连接图，分析器件连

4、接图中各器件不同引脚的功能，哪些可以固定连接，哪些需要通过微程序来控制，以及这些控制信号的有效形式；画出各指令的指令周期流程图和所需要的控制信号；布线、调试、验收；鼓励完成上述基本功能的基础上进行适当扩展,比如支持流水线、支持其他寻址方式等。54.对课程设计报告的具体要求最后提交的课程设计报告必须满足实验指导书中对设计报告的总体要求应该包含指令、指令格式、控制器结构、CPU结构、模型机的总体结构、指令周期流程图和指令执行的数据通路、控制信号的同步控制方案和同步电路。要列出课程设计过程中的遇到的问题、分析问题产生的原因、解决问题的方法。要写出

5、课程的体会、课程设计改革的建议。绘图要符合工程规范，报告条理要清楚。65.对课程设计的评分说明1平时成绩占20%,课程设计过程和设计结果占50%,课程设计报告占30%。上述评分是指在考勤满足要求，能坚持做完课程设计并提交报告的前提下进行的。如果无故旷课到达4天、或不交课程设计报告者，课程设计按0分计。2)课程设计过程与设计结果评分标准:完成运算器数据通路并能实现手动控制:20分完成运算器数据通路,能与控制器连接并实现自动控制:35分模型机结构和功能正确,能实现任务书中的指令功能和寻址方式：45分模型机结构和功能正确,能实现任务书中的指令功能和寻

6、址方式，能正确执行程序的功能：50分73)课程设计报告评分标准:完全满足课程设计报告格式要求，清楚表述设计思想、设计思路、设计过程、设计结果，文档资料完整，书写和画图规范：30分满足课程设计报告格式要求，能较清楚表述设计思想、设计思路、设计过程、设计结果，文档资料较完整，书写和画图较规范：20分满足课程设计报告不规范，内容不完整，不能体现课程设计原理、方法和自己所做的工作：10分对课程设计报告严重不规范、内容空洞，完全不能体现课程设计的内容、书写潦草：5分4)完成功能扩展,根据实际情况酌情加分,但总分不超过100分8确定设计的总体要求设计主机的逻

7、辑框图设计指令系统画出指令周期流程图及逻辑控制信号选择适当的芯片实现逻辑框图中的功能模块将指令周期流程图中的逻辑控制信号具体化连线、调试优化控制信号并设计微程序或硬布线控制器实现组成二总体设计流程9三、相关的基础理论1、CPU的功能与组成a)CPU的四项功能b)完成功能需要的基本结构c)重要的寄存器PC、IR、AR、AC、DR102、控制器组成与指令周期流程图不同的通路结构,流程不尽相同；不同的结构,支持的寻址方式不同；不同的器件,控制信号的数量和形式不尽相同。11３、指令和微指令的格式操作码(OP)地址码字段(A)指令长度、ＯＰ位数、Ａ的位数及支

8、持的寻址方式(隐含)微指令的长度、控制字段位数、顺序控制字段的设置微指令的控制字