. - -
计算机组成原理512×16位存储器课程设计报告
目 录
第一章课设任务概述1 1.1课设目的1 1.2 课设任务1 第二章课设容2 2.1画指令流程图2 2.2芯片设计7 2.3设计运算器8
2.4认识计算机硬件系统12 第三章个人总结13 3.1 主要结论13 3.2 对课设的认识14 参考文献15
. 可修编-
. - -
第一章 课设任务概述
1.1课设目的
通过课设，掌握计算机系统软硬件维护的方法，并能利用所学知识，完成课设容。
1.2 课设任务
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，写出给定的
指令格式的指令的执行流程；
2. 设计存储器。按要求拓展存储器，并画出其各个引脚与CPU的连线。要求用
128K×16位的SRAM芯片设计512K×16位的存储器，SRAM芯片有两个控制端：当 CS 有效时该片选中。当W/R=1时执行读操作，当W/R=0时执行写操作。用64K×16位的EPROM芯片组成128K×16位的只读存储器。
3. 设计计算机运算器（包括逻辑框图与指令系统，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，说明对其认识。 5. 简单的类MIPS多周期流水线处理器的实现实验。
. 可修编-
. - -
第二章 课设容
2.1画指令流程图
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；
（1）完成“异或”运算 “异或” 指令的指令格式 操作码 DR SR
译码或测试 PC->AR->ABUS DBUS->DR->IR PC+1->PC 启动 . 可修编-
IR->AR->ABUS . - -
2.把一个存单元中的容读到所选择的一个累加器中。 操作码DR SR 启动 PC->AR->ABUS DBUS->DR->IR PC+1->PC
译码或测试 . IR->AR->ABUS 可修编-
. - -
. 可修编-
. - -
3.给出STA（存数）指令执行流程，其指令格式如下： 助记符机器指令码说明
③STA addr 0010 0000 ×××× R0? [addr]
启动 PC->AR->ABUS DBUS->DR->IR PC+1->PC . 可修编-
. - -
. 可修编-
. - -
2.2芯片设计
要求用128K×16位的SRAM芯片设计512K×16位的存储器，SRAM芯片有两个控制端：当 CS 有效时该片选中。当W/R=1时执行读操作，当W/R=0时执行写操作。用64K×16位的EPROM芯片组成128K×16位的只读存储器。试问：。 <1> 数据寄存器多少位？ <2> 地址寄存器多少位？ <3> 共需多少片EPROM? 画出此存储器组成框图。
<1>数据寄存器需要16位； <2>地址寄存器需要20位，其中只读存储器需要地址线16位其中有一位为1:2译码器；SRAM组成的512K*16的存储器需要19位地址线，且与只读存储器共用A0~A15这16根地址线，其中A18，A19两根组成2:4译码器。 <3>共需要EPROM2片。
各个芯片与CPU 的连线如下： 2：4译A19 码器 1 3 2 . 可修编- A18 0 1 . - -
0 3
2.3设计运算器
设计计算机运算器（包括逻辑框图与指令系统，以及各指令的微程序流程图）
. 可修编-
. - -
指令系统：
信 号 有效电平 取指微指令 DEC Ai NOT Ai SSSS 3 2 1 0 M XXOCCS COLOGPDM1 0 I L P G T P B I +R L 1 D WRRWC C R R 读 写 0 0 0 1 * * * * * * * * 0 1 1 * 0 0 0 0 0 1 0 0 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 0 0082BE 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 C7A9CD 1 00446A 0 0082BE 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 微操作 (Ai)0 →0 IDB1 →0 TMP1 →1 ALU 0 0 (ALU-1)→A 1 1 0 1 0 1 1 C7A9CD 指令助记符 指令功能 节拍 IN0 0 0 0 (Ai-1)Ai T1 0 0 →0 0 1 0 0 0 DEC Ai C Ai 1 008A6A 控制信号 A,B,RR,CT,OT 1 1 1 0 ,M,S3,S2,S1,S0 0082BE X0,X1,CA OB,A,B,WR 1 1 0 1 C7A9CA,B,RR,CT,OT D ,M,S3,S2,S1,S0 1 0 1 1 008A6X0,X1,CA A OB,A,B,WR A,B,RR,CT,OT X0,X1,CA T2 Ai 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 (A)1 →0 BUFFER0 1 →1 IDB1 →0 NOT Ai (NOT Ai)→Ai T1 (Ai)→IDB→TMP→ALU 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 (not ALU)1 0 1 →0 A 0 1 1 0 (Ai)→Aj T2 (A) → BUFFER → IDB → Ai T1 (Ai)→IDB→TMP→ALU INC Ai (ALU+1) . → A ,M,S3,S2,S1,S0 可修编- T2 (A)→BUFFER→IDB→Aj OB,A,B,WR . - -
微程序流程图：
启动 (PC)→1 AB→O AB→M (M)→O DB→I DB→IR1 (PC)+1→PC (MD)→MPC接数 译码 DEC Ai NOT Ai INC Ai (Ai)→IDB→TMP→ALU→A (Ai)→IDB→TMP→ALU (Ai)→IDB→TMP→ALU (ALU-1) → A (n ot ALU) . → A 可修编- . - -
. 可修编-
. - -
2.4认识计算机硬件系统
了解计算机的硬件系统。就计算机的某些硬件组成部分，说明对其认识。
目前大多数计算机根据.诺伊曼体系结构的思想来设计的。该体系结构的计算机具有共同的基本配置。即通常“五大件”组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。其中控制器和运算器共同组成了中央处理器（CPU），中央处理器是计算机中很重要的逻辑控制和运算部件。中央处理器主要是将运算器和控制器集成在一起，其特点就是：可以进行算术和逻辑运算；可保存较少量的数据；能对指令进行译码并执行规定的动作；能和存储器、外设交换数据；提供整个系统所需要的定时和控制；可以响应其他部件发来的中断请求等。中央处理器和主存储器一起组成了计算机的主机部分，主机以外的硬件装置组成外围设备，即通常的输入输出设备。
运算器可以实现各种算术和逻辑运算。运算器由累加器、通用寄存器和算术逻辑单元组成，其核心是算术逻辑单元ALU。运算器包含ALU算术逻辑单元和一系列寄存器组成。其中的累加器是一个特殊的寄存器，通常用于存放中间结果和最后结果，还有操作数；
控制器控制各个部件动作，能识别和翻译指令代码，向各个部件发出控制信号，进行计算机的协调和动作。计算机CPU中一个很关键的部件就是程序计数器PC，它是一个特殊的寄存器，记录着将要读取的下一条指令在存储器中是位置一般控制器读取指令。控制器的基本任务就是按照程序所给出的指令序列，从存储器取出一条指令放到控制器中，进行译码分析，然后执行相应操作。
存储器的主要功能是存放数据和数据。程序和数据在计算机中都是以二进制数的形式表示的。存储器是用来存放程序和数据的器件，是计算机各种信息的
. 可修编-
. - -
存放和交流中心。存储器可以分为外存和主存，外存一般由磁盘等构成，容量大，但是存取相对速度慢；主存中，又分为RAM、ROM，静态RAM集成度底，但是存取速度可以和CPU相匹配，一般用做高速缓存（cache），SDRAM则是计算机运行过程中存放程序和数据等的主体，SDRAM一个比较显著的特点是断电后数据则消失，不会保存记录，而且在计算机运行过程中需要不断上电刷新；ROM一般存放BIOS等不可更改的程序，而且断电后数据仍会被保留。
输入输出设备一般是键盘、鼠标、显示器、磁盘、打印机、扫描仪和网络终端设备。输入设备就是将用户的要求变成机器信号传入计算机，使得计算机可以接受到任务要求，从而进行相应的处理，常用的输入设备有鼠标、键盘等；输出设备则是将计算机运算结果或者中间结果和处理好的信息结果以用户可以接受的方式进行显示，常见的输出设备为显示器、打印机等。
计算机总线BUS是连接计算机各个硬件部分的分时共享的公共信息传送线路。计算机系统总线又可以分为数据总线，地址总线和控制总线，三总线通过分别传送各自的信号分工协作，使得计算机各个部件进行信息的交流与处理。
第三章 个人总结
3.1 主要结论
本文主要对计算机组成与系统结构课程进行了归纳与实际运用。利用我们平时所学习的存储器的组成、扩展以及它们与CPU的连接方式等知识，根据题目
. 可修编-
. - -
要求设计存储器，包括存储区芯片的组成，总线的根数和连接方式。以及设计一个运算器，其中包括对微指令的理解和应用等。
3.2 对课设的认识
通过这次的计算机组成原理的课程设计，我对计算机部元件的工作原理有了进一步的了解与认识。许多在课堂上没有听懂，没有学会的知识在课程设计的过程中暴露无遗，不过积极的方面是通过课程设计，我把这些知识上的明显漏洞给补上了。我对机器指令及微指令的的编码方法不了解，对计算机各部件的组成和工作原理也不是很理解。为了弄清楚这些问题，我又把课本拿出来重新学习相关的章节。虽然理论知识很重要，但是像我们这种工学类的课程，更重要的还是实践。理论联系实际，才能更好的掌握所学的知识。在机房上机的时候也遇到了一些问题，不过在请教了同学和老师之后，这些问题也都一个个迎刃而解。
对计算机组成原理的理论知识有了更深刻的理解，对于以前一知半解的东西也有了充分的理解。因为课程设计是要求将以前在课堂上学的理论知识运用到实际的设计当中去，但是在设计过程中，我们一定会碰到各种各样的问题。但是为了解决这些问题，我们一定会更加仔细认真的去翻阅自己以前学过但是以为已经了解熟悉的东西。这在无形中帮助我们加深对所学知识的了解及运用能力，并且让我们明白什么地方是我们真正需要去关注的。而且这样我们对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解。而课程设计需要我们不但通过翻阅复习以前学过的知识而且需要查阅更多的相关信息，如去图书馆查阅相关的书籍，去网上搜索相关的材料，最终确立了设计方案。
. 可修编-
. - -
参考文献
[1] 泽宇．清华大学．计算机组成与系统结构，2009年第二版 [2] 肖铁军. 清华大学。计算机组成原理，2010年6月第一版
致
本文需要感孟德老师的帮助，还要感我们班其他的同学，在我们组遇到问题的时候，他们也是积极给予帮助。最后还得感同组的其他3位同学一起完成这次的课设。
. 可修编-
计算机组成原理512×16位存储器课程设计报告 - 图文
