計算機組成原理課程設(shè)計---簡單計算機系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

1、<p><b>　　南昌大學(xué)</b></p><p><b>　　信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院</b></p><p>　　《計算機組成原理》課程設(shè)計（實訓(xùn)）報告書</p><p>　　題 目： 簡單計算機系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) </p><p>　　專 業(yè)： 計算機科學(xué)

2、與技術(shù) </p><p>　　班 級： 1012 </p><p>　　姓 名： 沈智 </p><p>　　學(xué) 號： 12 </p><p>　　指導(dǎo)老師：

3、 呂 準 </p><p>　　設(shè)計時間：2012年4月9日~ 2012年4月13日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　《計算機組成原理》課程設(shè)計（實訓(xùn)）報告書…………1</p><p>　　1.實驗?zāi)康摹?<

4、/p><p>　　2.實驗內(nèi)容…………………………………………………3</p><p>　　3.實驗任務(wù)…………………………………………………3</p><p>　　4.設(shè)計過程…………………………………………………4</p><p>　　4.1 需求分析…………………………………………6</p><p>　　4.2功能分

5、析…………………………………………6</p><p>　　4.3所用器件分析……………………………………7</p><p>　　4.4測試步驟…………………………………………11</p><p>　　5.實驗結(jié)果…………………………………………………12</p><p>　　6. 課程設(shè)計問題及解決方案… …………………………13</p

6、><p>　　7.心得體會…………………………………………………14</p><p>　　8.參考文獻…………………………………………………15</p><p><b>　　1實驗?zāi)康?lt;/b></p><p>　　加深對馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)計算機組成及其各部分功能的理解，進一步建立整機的概念。</p>

7、<p>　　加深對計算機數(shù)據(jù)通路的理解，熟悉計算機指令系統(tǒng)、時序控制信號的生成，完成一個簡單計算機系統(tǒng)的設(shè)計。</p><p>　　鍛煉初步的計算機系統(tǒng)分析和設(shè)計能力。</p><p>　　鍛煉分析、定位和排除故障的能力。</p><p><b>　　2實驗內(nèi)容</b></p><p>　　基于馮·諾

8、依曼體系結(jié)構(gòu)，架構(gòu)一個簡單計算機系統(tǒng)。在設(shè)計過程中，利用PROTEUS軟件的仿真功能進行仿真分析及調(diào)試定位，最終生成一個能完成簡單指令及運算的計算機系統(tǒng)。對主要的數(shù)據(jù)流和控制流通過LED適時顯示信息。</p><p><b>　　3實驗任務(wù)</b></p><p>　　根據(jù)課程設(shè)計指導(dǎo)書的要求，制定出設(shè)計方案；</p><p>　　畫出自己所設(shè)

9、計計算機系統(tǒng)的原理框圖和器件連接圖，分析器件連接圖中各器件不同引腳的功能，哪些可以固定連接，哪些需要通過外接信號來控制，以及這些控制信號的有效形式； </p><p>　　利用PROTEUS模擬仿真，布線、調(diào)試、驗收;</p><p>　　課程設(shè)計報告和總結(jié)。</p><p><b>　　4設(shè)計過程</b></p><

10、p><b>　　4.1 需求分析</b></p><p>　　在本次課程設(shè)計中，我們需要根據(jù)計算機的各個部件先畫出簡單的框圖和總體設(shè)計的框圖，然后在框圖的基礎(chǔ)上選擇適當(dāng)?shù)男酒瑢崿F(xiàn)各自的功能，在這次計算機系統(tǒng)設(shè)計中，主要是先實現(xiàn)運算器部分，保證運算的正確性，然后設(shè)計存儲部分。</p><p>　　4.1.1.簡單框圖如下：</p><p>

11、<b>　?。?lt;/b></p><p>　　4.1.2.總體設(shè)計框圖如下：</p><p><b>　　4.2 功能分析</b></p><p>　　在這個計算機系統(tǒng)中，運用了計算機所能識別的二進制形式進行簡單加減運算，實現(xiàn)將二進制程序存入內(nèi)存的芯片中，然后開始執(zhí)行檢測，通過開關(guān)輸入數(shù)據(jù)，并給其地址，存入存儲器中，再輸入第

12、二個數(shù)時，同樣存入存儲器，經(jīng)調(diào)試LED顯示運算結(jié)果也保存入存儲器中。</p><p>　　本次指令設(shè)計格式遵循常見指令格式設(shè)計原則，機器指令總共占8位，其中四位為操作碼，低四位為操作數(shù)地址ADDR，見下表描述：</p><p>　　指令格式編碼及其格式說明如下：</p><p>　　4.3 所用器件分析</p><p>　　4.3.1.芯片7

13、4LS373：</p><p>　　帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器，1D~8D為8個輸入端，1Q~8Q為8個輸出端。G是數(shù)據(jù)鎖存控制端；當(dāng)G=1時，鎖存器輸出端同輸入端；當(dāng)G由“1”變?yōu)椤?” 時，數(shù)據(jù)輸入鎖存器中，OE為輸出允許端；當(dāng)OE=“0”時，三態(tài)門打開；當(dāng)OE=“1”時，三態(tài)門關(guān)閉，輸出呈高阻狀態(tài)。1腳是輸出使能(OE),是低電平有效,當(dāng)1腳是高電平時,不管輸入3、4、7、8、13、14、17、18如何,也

14、不管11腳(鎖存控制端,G)如何,輸出2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部呈現(xiàn)高阻狀態(tài)(或者叫浮空狀態(tài));當(dāng)1腳是低電平時,只要11腳(鎖存控制端,G)上出現(xiàn)一個下降沿,輸出2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)立即呈現(xiàn)輸入腳3、4、7、8、13、14、17、18的狀態(tài)。</p><p

15、>　　鎖存端LE 由高變低時，輸出端8 位信息被鎖存，直到LE 端再次有效。 當(dāng)三態(tài)門使能信號OE為低電平時，三態(tài)門導(dǎo)通，允許Q0~Q7輸出，OE為高電平時，輸出懸空。當(dāng)74LS373用作地址鎖存器時，應(yīng)使OE為低電平，此時鎖存使能端C為高電平時，輸出Q0~Q7 狀態(tài)與輸入端D1~D7狀態(tài)相同；當(dāng)C發(fā)生負的跳變時，輸入端D0~D7 數(shù)據(jù)鎖入Q0~Q7。51單片機的ALE信號可以直接與74LS373的C連接。</p>

16、<p>　　4.3.2.芯片74LS181：</p><p>　　算術(shù)邏輯單元/功能發(fā)生器，</p><p>　　L是低電平，S3 S2 S1 S0為L L L L，M為L，Cn為LA0~A3是輸入，F(xiàn)0~F3輸出的就是A-1。</p><p><b>　　各引腳說明如下：</b></p><p>　　4.

17、3.3.芯片6116：</p><p>　　6116是2K*8位靜態(tài)隨機存儲器芯片,采用CMOS工藝制造,單一+5V供電,額定功耗160mW,典型存取時間200ns,24線雙列直插式封裝.</p><p>　　各引腳含義如下:A0-A10為地址線;CE是片選線;OE是讀允許線;WE是寫允許線.</p><p>　　6116的操作方式如下:</p>&

18、lt;p>　　CE OE WE 方式 D0-D7 H * * 未選中 高阻 L L H 讀 Dout L H L 寫 Din L L L 寫 Din </p><p>　　4.3.4.控制開關(guān)：</p><p>　　(1).DIPSW_2：2獨立開關(guān)組</p&

19、gt;<p>　　(2).DIPSW_5：5獨立開關(guān)組</p><p>　　(3).DIPSW_8：8獨立開關(guān)組</p><p><b>　　4.3.5.電阻：</b></p><p>　　RESPACK-7：七排電阻</p><p>　　RESPACK-8：八排電阻，可以用8個阻值為10K或阻值為其他值的

20、相同的電阻代替，八個電阻的一端連在一起接地（拉低）或高電平（拉高），另一端分別接到端口上。</p><p>　　4.3.6.輸出器件：</p><p>　　LED-RED：紅色燈，兩種狀態(tài)0：亮，1：滅。</p><p><b>　　4.4 測試步驟</b></p><p>　　檢測邏輯運算1+2：</p>

21、<p>　　Load 1 0000 0001</p><p>　　加 2 0000 0010</p><p>　　END 0000 0011</p><p>　　S0~S3 0111</p><p>　　M=1 Cn=0</p><p><b>　　

22、調(diào)試結(jié)果如圖：</b></p><p><b>　　5實驗結(jié)果</b></p><p>　　硬件電路圖包括：5個74LS373芯片，2個74LS181芯片，1個6116芯片。</p><p><b>　　硬件總體設(shè)計如圖：</b></p><p>　　6課程設(shè)計問題及解決方案</p

23、><p>　　6.1.故障1——Protues無法編譯原理圖</p><p>　　在設(shè)計完原理圖，用Protues編譯時，發(fā)現(xiàn)有錯誤，發(fā)現(xiàn)是因為已經(jīng)過了使用期限，因此</p><p>　　無法正常使用，最后嘗試了兩個方法解決問題：第一.使用教程中的破解方法生產(chǎn)一個xiaofan3.dat文件進行破解；第二.直接修改計算機的時間，向前調(diào)一段時間，這樣軟件可以正常進行編譯了

24、。</p><p>　　6.2.故障2——輸入數(shù)據(jù)時沒有存入到6116芯片中</p><p>　　當(dāng)我們進行運算時，輸入第一個數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)輸出端沒有顯示此時輸入的數(shù)據(jù)，因此認為一開始數(shù)據(jù)就沒有存入存儲器中，對整個電路進行檢查，發(fā)現(xiàn)電路連接正常，于是換了一個6116芯片后，問題得以解決。</p><p>　　6.3.故障3——AC累加器顯示燈有信號沖突</p&g

25、t;<p>　　當(dāng)我們連接完成整個運算器部分，然后檢測電路的正確性時，發(fā)現(xiàn)存入數(shù)據(jù)時有黃燈顯示，因此認為產(chǎn)生了信號沖突，于是開始對整個電路進行檢查，發(fā)現(xiàn)電路連接正常，并且74LS373的緩沖作用也正確，最后檢測芯片時，發(fā)現(xiàn)74LS181芯片的輸入端有信號輸出，與原來的輸入產(chǎn)生了沖突，問了老師此問題，是本身181芯片偶爾出現(xiàn)這個問題，于是換了181 芯片后，問題得以解決。</p><p><b&

26、gt;　　7心得體會</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計，我對單片機和匯編的相關(guān)知識得到了進一步的，剛開始看到這個題目的時候，感覺倒計時不是很難，有對應(yīng)的輸入，在控制芯片的作用下，進行遞減的控制，就可以達到效果。所以剛開始的時候，做的還不是很認真，當(dāng)設(shè)計進行到具體環(huán)節(jié)的時候，問題就體現(xiàn)出來了，并不是像剛開始的那樣簡單。</p><p>　　首先要想到芯片的對應(yīng)P口的功

27、能，于是要對所學(xué)的單片機的知識進行復(fù)習(xí)，查找相關(guān)資料對那些知識進行擴充，于是就大量的查找相關(guān)資料和閱讀，了解清楚了相應(yīng)的功能后，開始了設(shè)計。接著就是具體的模塊部分的設(shè)計。我把整體模塊分為三個部分進行的，輸入部分，運算部分，輸出部分。</p><p>　　再就是進行相對應(yīng)的仿真設(shè)計。由于再仿真用到的是Proteus軟件，所以要對這個軟件的應(yīng)用進行學(xué)習(xí)。也是開始查找一些資料書和上網(wǎng)找一些應(yīng)用方面的技巧，在做了充分的準

28、備后，開始了仿真繪圖。在繪圖的過程中，有時候也是弄錯了，導(dǎo)致仿真的結(jié)果出不來，在同學(xué)的幫助下，仔細查找和修改，還是完成了本設(shè)計，感覺集體的智慧還是很強大的。 在看到電路圖能運行了，心里感覺還是蠻高興的。雖然在這次設(shè)計的過程中，困難不少，但是正是在自己的努力，老師和同學(xué)們的幫助下，自己能夠順利的完成，確實還是蠻欣慰的。</p><p>　　在本次課程設(shè)計中我感知到設(shè)計，給人以創(chuàng)作的沖動。在畫家眼里，設(shè)計是一

29、幅清明上河圖或是一幅向日葵;在建筑師眼中，設(shè)計是昔日鎏金般的圓明園或是今日一塑自由女神像;在電子工程師心中，設(shè)計是貝爾實驗室的電話機或是華為的程控交換機。凡此種種，但凡涉及設(shè)計都是一件良好的事情，因為她能給人以美的幻想，因為她能給人以金般財富，因為她能給人以成就之感，更為現(xiàn)實的是她能給人以成長以及成長所需的營養(yǎng)，而這種營養(yǎng)更是一種福祉，一輩子消受不竭享用不盡。我就是以此心態(tài)對待此次《計算機組成原理》課程設(shè)計的，所謂“態(tài)度決定一切”，于是

30、偶然又必然地收獲了諸多，概而言之，大約以下幾點：</p><p>　　一、溫故而知新。課程設(shè)計發(fā)端之始，思緒全無，舉步維艱，對于理論知識學(xué)習(xí)不夠扎實的我深感“書到用時方恨少”，于是想起圣人之言“溫故而知新”，便重拾教材與實驗手冊，對知識系統(tǒng)而全面進行了梳理，遇到難處先是苦思冥想再向同學(xué)請教，終于熟練掌握了基本理論知識，而且領(lǐng)悟諸多平時學(xué)習(xí)難以理解掌握的較難知識，學(xué)會了如何思考的思維方式，找到了設(shè)計的靈感。<

31、/p><p>　　二、思路即出路。當(dāng)初沒有思路，誠如舉步維艱，茫茫大地，不見道路。在對理論知識梳理掌握之后，茅塞頓開，柳暗花明，思路如泉涌，高歌“條條大路通羅馬”。頓悟，沒有思路便無出路，原來思路即出路。</p><p>　　三、實踐出真知。文革之后，關(guān)于真理的大討論最終結(jié)果是“實踐是檢驗真理的唯一標準”，自從耳聞以來，便一直以為馬克思主義中國化生成的教條。時至今日，課程設(shè)計基本告成，才切身領(lǐng)

32、悟“實踐是檢驗真理的唯一標準”，才明曉實踐出真知。</p><p>　　四、創(chuàng)新求發(fā)展?！皠?chuàng)新”目前在我國已經(jīng)提升到國家發(fā)展戰(zhàn)略地位，足見“創(chuàng)新”的舉足輕重。</p><p>　　五、過而能改，善莫大焉。至善至美，是人類永恒的追求。但是，不從忘卻“金無足赤，人無完人”，我們換種思維方式，去惡亦是至善，改錯亦為至美。</p><p>　　六、學(xué)海無涯，學(xué)無止境。<

33、;/p><p>　　在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。感謝這次課程設(shè)計給了自己鍛煉的機會，自己在今后的學(xué)習(xí)和生活中，會更加的努力，爭取更大的進步！</p><p><b>　　8參考文獻</b></p><p>　　【1】 趙家俊，趙揚編著. 計算

34、機組成原理.北京：清華大學(xué)出版社, 2010年</p><p>　　【2】 張代遠編著. 計算機組成原理教程. 北京：清華大學(xué)出版社, 2009年</p><p>　　【3】 王愛英主編.計算機組成與結(jié)構(gòu)（第3版）.北京：清華大學(xué)出版社，2000</p><p>　　【4】 秦磊華，王小蘭.計算機組成原理實驗指導(dǎo)及課程設(shè)計指導(dǎo)書（基于EDA平臺）<