计算机原理课程设计--模型计算机设计

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1、课程设计（大作业）报告课程名称：计算机组成原理设计题目：模型计算机设计院系：信息技术学院课程设计（大作业）任务书课程设计题目：复杂模型计算机CPUMemoryCache外设1外设2外设3外设nI/OI/OI/O外存储器上图是一个模型计算机（仅供参考），请设计：一、设计内容1、画出你设计的计算机模型连接图，然后分别描述下述内容2、CPU（1）ALU的功能，组成，设计图（2）CPU如何执行指令，分别叙述（3）CPU如何设计（4）指令系统3、存储器（1）分类（2）组成（3）扩展（4）与CPU的连接（5）存储器技术综述4、总线（1）总线分

2、类（2）各种总线的工作原理（3）你设计的CPU与设备如何连接5、外设（1）磁盘存储器结构与原理（2）光盘（3）磁带（4）键盘（5）显示器（6）打印机（7）鼠标6、接口（1）接口概述（2）各类接口功能，工作原理，怎样与主机连接，怎样与外设连接二、设计要求1、讨论（1）设计并画出模型计算机的电路组成结构图；（2）分别设计的模型计算机各个部件的结构；（3）讨论各个部件的功能。3、撰写课程设计报告书。报告书内容包含：（1）根据模型计算机的组成结构图，分章、节、段分别讨论该图个部件的工作原理（2）可以讨论，上网查资料，但每个人需独立完成自己

3、的设计，不能抄袭（3）总结心得体会，说明对此次课程设计的理解和建议；工作计划及安排：1、第十六周周一~周二：查阅相关的资料，选定合适的实验结构图来进行组成结构的设计。2、第十七周周三：构思组成原理图，然后撰写课程设计报告。3、第十七周周四~周五：完善课程设计报告。在此过程中有不明白的地方与同组成员讨论并查阅相应资料。指导教师签字年月日名：课程设计（大作业）报告一、题目分析在此次的课程设计题目中，需要我们设计一个计算机模型，并且还需要包括CPU、存储器、总线、外设二、计算机结构设计三、第一章CPU1、ALU的功能，组成，设计图（1）

4、功能算术逻辑单元(ALU)是中央处理器(CPU)的执行单元，是所有中央处理器的核心组成部分，ALU主要完成对二进制数据的定点算术运算(加减乘除)、逻辑运算(与或非异或)以及移位操作。在某些CPU中还有专门用于处理移位操作的移位器，通常ALU由两个输入端和一个输出端。基本上，在所有现代CPU体系结构中，二进制都以补码的形式来表示。（2）组成ALU用以计算机指令集中的执行算术与逻辑操作，在某些处理器中，将ALU切分为两部分，即算术单元(AU)与逻辑单元(LU)。某些处理器包含一个以上的AU，如，一个用来进行定点操作，另一个进行浮点操作

5、。通常而言，ALU具有对处理器控制器、内存及输入输出设备的直接读入读出权限，输入输出是通过总线进行的。输入指令包含一个指令字，有时被称为机器指令字，其中包括操作码，单个或多个操作数，有时还会有格式码；操作码指示ALU机要执行什么操作，在此操作中要执行多少个操作数。比如，两个操作数可以进行比较，也可以进行加法操作，格式码可以和操作码结合，告知这是一个定点还是浮点指令；输出包括存放在存储寄存器中的结果及显示操作是否成功的设置。如操作失败，则在机器状态字中会有相应的状态显示。通常，输入操作数、操作数、累加和以及转换结果的存储位置都在AL

6、U中。在算术单元中，乘除操作是通过一系列的加减运算得到的。在机器码中有多种方式用以表示负数。（3）ALU设计图全加器F函数发生器FiCn+i+1Cn+iS0S1S2S3AiBiXiYi2、CPU如何执行指令，分别叙述(1)CPU的功能CPU对整个计算机系统的运行是极其重要的，它具有如下四方面的基本功能：a.指令控制:程序的顺序控制，称为指令控制。由于程序是一个指令序列，这些指令的相互顺序不能任意颠倒，必须严格按程序规定的顺序进行，因此，保证机器按顺序执行程序是CPU的首要任务。b.操作控制:一条指令的功能往往是有若干个操作信号的组

7、合来实现的，因此，CPU管理并产生由内存取出的每条指令的操作信号，把各种操作信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作。c.时间控制:对各种操作实施时间上的定时，成为时间控制。因为在计算机中，各种指令的操作信号均受到时间的严格定时。另一方面，一条指令的整个执行过程也受到时间的严格定时。d.数据加工:所谓数据加工，就是对数据进行算术运算和逻辑运算处理。完成数据的加工处理，是CPU的根本任务。（2）CPU中的主要寄存器a.数据缓冲寄存器（DR）：数据缓冲寄存器用来暂时存放ALU的运算结果。b.指令寄存器（IR）：指令寄存

8、器用来保存当前正在执行的一条指令。c.程序计数器（PC）：为了保证程序能够连续地执行下去，CPU必须具有某些手段来确定下一条指令的地址。d.数据地址寄存器（AR）:数据地址寄存器用来保存当前CPU所访问的数据cache存储器中（简称数存）单元的地址