计算机组成与体系结构培训课程设计方案.doc

该【计算机组成与体系结构培训课程设计方案 】是由【luciferios06】上传分享，文档一共【10】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【计算机组成与体系结构培训课程设计方案 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。名目
(一)课设任务概述 2
2
2
(二)课设内容 3
3
6
7
8
(三)个人总结 10
(四)参考文献 10
(五)致谢 11
(一)课设任务概述

通过课设,把握计算机系统软硬件维护的方法,并能利用所学学问,完成课设内容。

(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信号把握端。CPU的地址总线为A15-A0,数据总线为D15 -D0,把握信号为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)设计计算机运算器(包括规律框图与指令系统,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,说明对其生疏。
(5)简洁的类MIPS多周期流水线处理器的实现试验。
(二)课设内容

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”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DRSR
PC->AR
XRLDR,SR
M->DR
DR->IR
译码
DR->Y
SR->X
X⊕Y->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DRSR
(3)④OUTaddr00110000××××[addr]àBUS
ABUS->I/O
译码
启动
PC->AR->ABUS
DBUS->DR->IR
PC+1->PC
IR->DR->AR->ABUS

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,假定RAM芯片有和信号把握端。CPU的地址总线为A15-A0,数据总线为D15-D0,把握信号为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(16K×8位)的EPROM作为ROM区;10片的8K×8位RAM片组成40K×16位的RAM区。(16K×8位)的EPROM需14位片内地址,而(8K×8)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:

指令助记符
位
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
指令码
(十六进制)
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
ADDA
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
SUB
A,B
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
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
6FACCD
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
(1)ADD指令执行流程:
(1)取指
PC->AR将PC内容传给AR
AR->M找到对应内存地址
M->DR进入缓冲寄存器
PC+I->PCPC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->Zaddr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AR
AR->M找到对应内存地址
M->DR进入缓冲寄存器
PC+I->PCPC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->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

了解计算机的硬件系统。就计算机的某些硬件组成部分,说明对其生疏。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、存储器、运算器和把握器。
计算机的输入输出(I/O)设备是计算机从外部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,被控对象的检测和把握等,都必需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,能将人们生疏的信息形式变换成计算机能接受的并识别的人二进制信息形式。
抱负的计算机输入设备应当是“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,以及用文字识别,图像识别,语音识别的设备。
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接受和识别的信息形式(如字符,文字,图形,图像和声音)。
抱负的输出设备应当是“会写”和“会讲”的。“会写”已经做到,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。
把握器
把握器是计算机的管理机构和指挥中心,它依据预先确定的操作步骤,协调把握计算机各部件有条不紊地自动工作。
把握器工作的实质就是解释程序,它每次从存储器读取一条指令,经过分析译码,产生一系列操纵计算机其他部分工作的把握信号(操作命令),发想各个部件,把握各部件动作,是整个机器连续,有条不紊地运行。高级计算机中的把握器可以转变某些指令的挨次,以改善性能。
对全部CPU而言,一个共同的关键部件是程序计数器,它是一个特殊的寄存器,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规律运算。
运算器通常是由算术规律单元(ArithmeticLogicUnit,ALU)和一系列寄存器组成,其中ALU是具体完成算术与规律的运算单元,是运算器的核心,由加法器和其他规律单元组成。寄存器用于存放参与运算的操作数。累加器是一个特殊的寄存器,除了存放操作数之外,还用于存放中间结果和最终结果。
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则可以使用浮点来表示有限精度的实数。但是,能够执行最简洁运算的任何计算机,都可以通过编程,把简单的运算分解成它可以执行的简洁步骤。所以,任何计算机都可以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,但花费较多的时间。
规律运算包括与(AND),或(OR),异或(XOR)等布尔运算,对于创建简单的条件语句和处理布尔规律而言都是有用的。
ALU还可以比较数值,并依据比较结果(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
存储器的主要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,不管是程序还是数据,在存储器中都是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。
计算机存储器是由可以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可以表示任何东西,文字,数值甚至计算机指令都可以同样简洁地存放到存储器中去。
存储器是计算机中存储信息的部件,依据存储器在计算机中的作用,可以分为主存储器,寄存器,闪速存储器,高速缓冲存储器,帮助存储器等几种类型,他们均可以完成数据存取工作,但性能及其在计算机中的作用差别很大。
主存储器
计算机主存储器(MainMemory,简称主存)通常接受半导体存储器,有两种主要类型:随机存储器(RandomAccessMemory,RAM)和只读存储器(Read—OnlyMemory,ROM)。RAM可以按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。一般状况下,当计算机电源关闭时,RAM的内容被消退,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,可以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可以存储在ROM中。
存储在ROM中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)的特殊单元,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,以避开每次需要数据时都要访问主存。由于主存比ALU和把握器来得慢,削减主存访问需求可以大大加快计算机的速度。
闪速存储器
闪速存储器(FlashMemory,简称闪存)可以像ROM一样在关机时保留数据,但也可以像RAM一样可以被重写,从而模糊了ROM和RAM之间的界限。
但是,闪存通常比常规的RAM和ROM慢得多,所以局限于不需要高速的应用场合。
高速缓冲存储器(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,能够很好地解决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,才开头访问主存。
帮助存储器
半导体存储器的存储容量到底有限,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)或帮助存储器(简称辅存),相对而言,半导体存储器称为内存储器(简称内存)。
帮助存储器主要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,并可以脱机保存信息。常用的帮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
本周课程设计的主要内容是进一步生疏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、设计计算机运算器(包括规律框图与指令系统,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,说明对其生疏。通过这次计算机组成原理与系统结构的课程设计,加深了我对计算机执行指令的理解。另一方面,让我对冯诺依曼的计算机存储结构有了更好的生疏和了解,使自己更加深刻的复习和把握了本学期所学习的学问。在试验过程中有很多不会的地方,最终通过自己的不断探究,以及老师和同学的挂念才完成了试验。
(四)参考文献
[1],2009:3001-5000
(五)致谢
这次试验,首先要感谢赵孟德老师,每次都能很好的解答我们的问题以及挂念我们克服各种学习中所遇到的困难;其次,要感谢我们组的每一位组员,在他们的挂念下,我们共同争辩,更好的完成课程设计。