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计算机学院计算机科学与技术专业

《计算机组成原理课程设计》报告

（2011/2012学年 第一学期）

学生姓名： 学生班级： 学生学号： 指导教师：

2012年1月15日

计算机组成原理课程设计

目录

1 课程设计分析 ..................................................................... 1 1.1 设计目的及要求 ............................................................... 1 1.2 设计内容 ..................................................................... 1 1.3 实验设备简介 ................................................................. 2 1.4 指令译码电路分析 ............................................................. 2 1.5 寄存器译码分析 ............................................................... 5 1.6 信号及时序分析 ............................................................... 6 1.7 微指令格式分析 ............................................................... 7 2 总体设计 ......................................................................... 9 2.1 存储器划分 ................................................................... 9 2.2 数据格式和指令设计 ........................................................... 9 2.3 控制台设计 .................................................................. 13 3 详细设计 ........................................................................ 15 3.1 指令详细设计 ................................................................ 15 3.2 微指令流程及代码 ............................................................ 23 4 指令系统验证 .................................................................... 26 4.1 验证程序 .................................................................... 26 4.2 CPI分析 ..................................................................... 28 实验心得体会 ...................................................................... 29 附录A ............................................................................. 30 附录B ............................................................................. 31 参考文献 .......................................................................... 32

I

计算机组成原理课程设计

1 课程设计分析

1.1 设计目的及要求

本课程设计是计算机科学与技术专业重要的实践性教学环节之一，是在学生学习完《计算机组成原理》课程后进行的一次全面的综合设计。目的是通过一个完整的8位指令系统结构（ISA）的设计和实现，加深对计算机组成原理课程内容的理解，建立起整机系统的概念，掌握计算机设计的基本方法，培养学生科学的工作作风和分析、解决实际问题的工作能力。

要求学生综合运用计算机组成原理、数字逻辑和汇编语言等相关课程的知识，理解和熟悉计算机系统的组成原理，掌握计算机主要功能部件的工作原理和设计方法，掌握指令系统结构设计的一般方法，掌握并运用微程序设计（Microprogramming）思想，在设计过程中能够发现、分析和解决各种问题，自行设计自己的指令系统结构（ISA）。 1.2 设计内容

基于TDN-CM++计算机组成原理实验教学系统，设计和实现一个8位指令系统结构（ISA），通过调试和运行，使设计的计算机系统能够完成指定的功能。

设计过程中要求考虑到以下各方面的问题：

1、指令系统风格（寄存器-寄存器，寄存器-存储器，存储器-存储器）； 2、数据类型（无符号数，有符号数，整型，浮点型）； 3、存储器划分（指令，数据）；

4、寻址方式（立即数寻址，寄存器寻址，直接寻址等）； 5、指令格式（单字节，双字节，多字节）；

6、指令功能类别（算术／逻辑运算，存储器访问，寄存器操作，程序流控制，输入／输出）；

7、依据CPI值对指令系统进行性能分析。

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