計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)---簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)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(jì)算機(jī)組成原理》課程設(shè)計(jì)（實(shí)訓(xùn)）報(bào)告書</p><p>　　題 目： 簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) </p><p>　　專 業(yè)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)

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

3、 呂 準(zhǔn) </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間：2012年4月9日~ 2012年4月13日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　《計(jì)算機(jī)組成原理》課程設(shè)計(jì)（實(shí)訓(xùn)）報(bào)告書…………1</p><p>　　1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?<

4、/p><p>　　2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容…………………………………………………3</p><p>　　3.實(shí)驗(yàn)任務(wù)…………………………………………………3</p><p>　　4.設(shè)計(jì)過(guò)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(cè)試步驟…………………………………………11</p><p>　　5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果…………………………………………………12</p><p>　　6. 課程設(shè)計(jì)問(wèn)題及解決方案… …………………………13</p

6、><p>　　7.心得體會(huì)…………………………………………………14</p><p>　　8.參考文獻(xiàn)…………………………………………………15</p><p><b>　　1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　加深對(duì)馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成及其各部分功能的理解，進(jìn)一步建立整機(jī)的概念。</p>

7、<p>　　加深對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通路的理解，熟悉計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)、時(shí)序控制信號(hào)的生成，完成一個(gè)簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　鍛煉初步的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)能力。</p><p>　　鍛煉分析、定位和排除故障的能力。</p><p><b>　　2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容</b></p><p>　　基于馮·諾

8、依曼體系結(jié)構(gòu)，架構(gòu)一個(gè)簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用PROTEUS軟件的仿真功能進(jìn)行仿真分析及調(diào)試定位，最終生成一個(gè)能完成簡(jiǎn)單指令及運(yùn)算的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。對(duì)主要的數(shù)據(jù)流和控制流通過(guò)LED適時(shí)顯示信息。</p><p><b>　　3實(shí)驗(yàn)任務(wù)</b></p><p>　　根據(jù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書的要求，制定出設(shè)計(jì)方案；</p><p>　　畫出自己所設(shè)

9、計(jì)計(jì)算機(jī)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(guò)外接信號(hào)來(lái)控制，以及這些控制信號(hào)的有效形式； </p><p>　　利用PROTEUS模擬仿真，布線、調(diào)試、驗(yàn)收;</p><p>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告和總結(jié)。</p><p><b>　　4設(shè)計(jì)過(guò)程</b></p><

10、p><b>　　4.1 需求分析</b></p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件先畫出簡(jiǎn)單的框圖和總體設(shè)計(jì)的框圖，然后在框圖的基礎(chǔ)上選擇適當(dāng)?shù)男酒瑢?shí)現(xiàn)各自的功能，在這次計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要是先實(shí)現(xiàn)運(yùn)算器部分，保證運(yùn)算的正確性，然后設(shè)計(jì)存儲(chǔ)部分。</p><p>　　4.1.1.簡(jiǎn)單框圖如下：</p><p>

11、<b>　?。?lt;/b></p><p>　　4.1.2.總體設(shè)計(jì)框圖如下：</p><p><b>　　4.2 功能分析</b></p><p>　　在這個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，運(yùn)用了計(jì)算機(jī)所能識(shí)別的二進(jìn)制形式進(jìn)行簡(jiǎn)單加減運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)將二進(jìn)制程序存入內(nèi)存的芯片中，然后開始執(zhí)行檢測(cè)，通過(guò)開關(guān)輸入數(shù)據(jù)，并給其地址，存入存儲(chǔ)器中，再輸入第

12、二個(gè)數(shù)時(shí)，同樣存入存儲(chǔ)器，經(jīng)調(diào)試LED顯示運(yùn)算結(jié)果也保存入存儲(chǔ)器中。</p><p>　　本次指令設(shè)計(jì)格式遵循常見(jiàn)指令格式設(shè)計(jì)原則，機(jī)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(jiàn)下表描述：</p><p>　　指令格式編碼及其格式說(shuō)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(gè)輸入端，1Q~8Q為8個(gè)輸出端。G是數(shù)據(jù)鎖存控制端；當(dāng)G=1時(shí)，鎖存器輸出端同輸入端；當(dāng)G由“1”變?yōu)椤?” 時(shí)，數(shù)據(jù)輸入鎖存器中，OE為輸出允許端；當(dāng)OE=“0”時(shí)，三態(tài)門打開；當(dāng)OE=“1”時(shí)，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(shí),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(shí),只要11腳(鎖存控制端,G)上出現(xiàn)一個(gè)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(shí)，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(hào)OE為低電平時(shí)，三態(tài)門導(dǎo)通，允許Q0~Q7輸出，OE為高電平時(shí)，輸出懸空。當(dāng)74LS373用作地址鎖存器時(shí)，應(yīng)使OE為低電平，此時(shí)鎖存使能端C為高電平時(shí)，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(fù)的跳變時(shí)，輸入端D0~D7 數(shù)據(jù)鎖入Q0~Q7。51單片機(jī)的ALE信號(hào)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(zhǎng) L L L，M為L(zhǎng)，Cn為L(zhǎng)A0~A3是輸入，F(xiàn)0~F3輸出的就是A-1。</p><p><b>　　各引腳說(shuō)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(jī)存儲(chǔ)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(shí)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(dú)立開關(guān)組</p&

19、gt;<p>　　(2).DIPSW_5：5獨(dú)立開關(guān)組</p><p>　　(3).DIPSW_8：8獨(dú)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(gè)阻值為10K或阻值為其他值的

20、相同的電阻代替，八個(gè)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(cè)試步驟</b></p><p>　　檢測(cè)邏輯運(yùn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p><p>　　硬件電路圖包括：5個(gè)74LS373芯片，2個(gè)74LS181芯片，1個(gè)6116芯片。</p><p><b>　　硬件總體設(shè)計(jì)如圖：</b></p><p>　　6課程設(shè)計(jì)問(wèn)題及解決方案</p

23、><p>　　6.1.故障1——Protues無(wú)法編譯原理圖</p><p>　　在設(shè)計(jì)完原理圖，用Protues編譯時(shí)，發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)誤，發(fā)現(xiàn)是因?yàn)橐呀?jīng)過(guò)了使用期限，因此</p><p>　　無(wú)法正常使用，最后嘗試了兩個(gè)方法解決問(wèn)題：第一.使用教程中的破解方法生產(chǎn)一個(gè)xiaofan3.dat文件進(jìn)行破解；第二.直接修改計(jì)算機(jī)的時(shí)間，向前調(diào)一段時(shí)間，這樣軟件可以正常進(jìn)行編譯了

24、。</p><p>　　6.2.故障2——輸入數(shù)據(jù)時(shí)沒(méi)有存入到6116芯片中</p><p>　　當(dāng)我們進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，輸入第一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)輸出端沒(méi)有顯示此時(shí)輸入的數(shù)據(jù)，因此認(rèn)為一開始數(shù)據(jù)就沒(méi)有存入存儲(chǔ)器中，對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)電路連接正常，于是換了一個(gè)6116芯片后，問(wèn)題得以解決。</p><p>　　6.3.故障3——AC累加器顯示燈有信號(hào)沖突</p&g

25、t;<p>　　當(dāng)我們連接完成整個(gè)運(yùn)算器部分，然后檢測(cè)電路的正確性時(shí)，發(fā)現(xiàn)存入數(shù)據(jù)時(shí)有黃燈顯示，因此認(rèn)為產(chǎn)生了信號(hào)沖突，于是開始對(duì)整個(gè)電路進(jìn)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(cè)芯片時(shí)，發(fā)現(xiàn)74LS181芯片的輸入端有信號(hào)輸出，與原來(lái)的輸入產(chǎn)生了沖突，問(wèn)了老師此問(wèn)題，是本身181芯片偶爾出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題，于是換了181 芯片后，問(wèn)題得以解決。</p><p><b&

26、gt;　　7心得體會(huì)</b></p><p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)單片機(jī)和匯編的相關(guān)知識(shí)得到了進(jìn)一步的，剛開始看到這個(gè)題目的時(shí)候，感覺(jué)倒計(jì)時(shí)不是很難，有對(duì)應(yīng)的輸入，在控制芯片的作用下，進(jìn)行遞減的控制，就可以達(dá)到效果。所以剛開始的時(shí)候，做的還不是很認(rèn)真，當(dāng)設(shè)計(jì)進(jìn)行到具體環(huán)節(jié)的時(shí)候，問(wèn)題就體現(xiàn)出來(lái)了，并不是像剛開始的那樣簡(jiǎn)單。</p><p>　　首先要想到芯片的對(duì)應(yīng)P口的功

27、能，于是要對(duì)所學(xué)的單片機(jī)的知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)，查找相關(guān)資料對(duì)那些知識(shí)進(jìn)行擴(kuò)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(jì)。接著就是具體的模塊部分的設(shè)計(jì)。我把整體模塊分為三個(gè)部分進(jìn)行的，輸入部分，運(yùn)算部分，輸出部分。</p><p>　　再就是進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的仿真設(shè)計(jì)。由于再仿真用到的是Proteus軟件，所以要對(duì)這個(gè)軟件的應(yīng)用進(jìn)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(zhǔn)

28、備后，開始了仿真繪圖。在繪圖的過(guò)程中，有時(shí)候也是弄錯(cuò)了，導(dǎo)致仿真的結(jié)果出不來(lái)，在同學(xué)的幫助下，仔細(xì)查找和修改，還是完成了本設(shè)計(jì)，感覺(jué)集體的智慧還是很強(qiáng)大的。 在看到電路圖能運(yùn)行了，心里感覺(jué)還是蠻高興的。雖然在這次設(shè)計(jì)的過(guò)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(shí)還是蠻欣慰的。</p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)中我感知到設(shè)計(jì)，給人以創(chuàng)作的沖動(dòng)。在畫家眼里，設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)是貝爾實(shí)驗(yàn)室的電話機(jī)或是華為的程控交換機(jī)。凡此種種，但凡涉及設(shè)計(jì)都是一件良好的事情，因?yàn)樗芙o人以美的幻想，因?yàn)樗芙o人以金般財(cái)富，因?yàn)樗芙o人以成就之感，更為現(xiàn)實(shí)的是她能給人以成長(zhǎng)以及成長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)，而這種營(yíng)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(duì)待此次《計(jì)算機(jī)組成原理》課程設(shè)計(jì)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(diǎn)：</p><p>　　一、溫故而知新。課程設(shè)計(jì)發(fā)端之始，思緒全無(wú)，舉步維艱，對(duì)于理論知識(shí)學(xué)習(xí)不夠扎實(shí)的我深感“書到用時(shí)方恨少”，于是想起圣人之言“溫故而知新”，便重拾教材與實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，對(duì)知識(shí)系統(tǒng)而全面進(jìn)行了梳理，遇到難處先是苦思冥想再向同學(xué)請(qǐng)教，終于熟練掌握了基本理論知識(shí)，而且領(lǐng)悟諸多平時(shí)學(xué)習(xí)難以理解掌握的較難知識(shí)，學(xué)會(huì)了如何思考的思維方式，找到了設(shè)計(jì)的靈感。<

31、/p><p>　　二、思路即出路。當(dāng)初沒(méi)有思路，誠(chéng)如舉步維艱，茫茫大地，不見(jiàn)道路。在對(duì)理論知識(shí)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(méi)有思路便無(wú)出路，原來(lái)思路即出路。</p><p>　　三、實(shí)踐出真知。文革之后，關(guān)于真理的大討論最終結(jié)果是“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，自從耳聞以來(lái)，便一直以為馬克思主義中國(guó)化生成的教條。時(shí)至今日，課程設(shè)計(jì)基本告成，才切身領(lǐng)

32、悟“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，才明曉實(shí)踐出真知。</p><p>　　四、創(chuàng)新求發(fā)展?！皠?chuàng)新”目前在我國(guó)已經(jīng)提升到國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略地位，足見(jiàn)“創(chuàng)新”的舉足輕重。</p><p>　　五、過(guò)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(wú)足赤，人無(wú)完人”，我們換種思維方式，去惡亦是至善，改錯(cuò)亦為至美。</p><p>　　六、學(xué)海無(wú)涯，學(xué)無(wú)止境。<

33、;/p><p>　　在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測(cè)調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過(guò)而能改，善莫大焉”的知行觀。感謝這次課程設(shè)計(jì)給了自己鍛煉的機(jī)會(huì)，自己在今后的學(xué)習(xí)和生活中，會(huì)更加的努力，爭(zhēng)取更大的進(jìn)步！</p><p><b>　　8參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】 趙家俊，趙揚(yáng)編著. 計(jì)算

34、機(jī)組成原理.北京：清華大學(xué)出版社, 2010年</p><p>　　【2】 張代遠(yuǎn)編著. 計(jì)算機(jī)組成原理教程. 北京：清華大學(xué)出版社, 2009年</p><p>　　【3】 王愛(ài)英主編.計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)及課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書（基于EDA平臺(tái)）<