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1、目录（一）课设设任务概述述21.1课设设目的21.2 课课设任务22（二）课设设内容32.1指令令的执行流流程32.2存储储器62.3设计计计算机运运算器72.4计算算机的硬件件系统8（三）个人人总结100（四）参考考文献100（五）致谢谢11（一）课设设任务概述述1.1课设设目的通过课设，掌掌握计算机机系统软硬硬件维护的的方法，并并能利用所所学知识，完完成课设内内容。1.2 课课设任务（1）参考考给出的或或者课本上上的计算机机的硬件（应应有中断功功能）组成成，写出完完成下面给给定的指令令格式的指指令的执行行流程；（2）某机机器中，已已知配有一一个地址空空间为00000H-3FFFFH的ROO
2、M区域。现现在再用一一个RAMM芯片（88K*8）形形成40KK*16位位的RAMM区域，起起始地址为为60000H。假设设RAM芯芯片有CSS和WE信信号控制端端。CPUU的地址总总线为A115-A00，数据总总线为D115-DD0，控制制信号为RR/W（读读/写），MMREQ（访访存），要要求：（1）画出出主存地址址框图。（2）画出出组成连接接框图。（3）设计计计算机运运算器（包包括逻辑框框图与指令令系统，以以及各指令令的微程序序流程图）（4）了解解计算机的的硬件系统统。就计算算机的某些些硬件组成成部分，说说明对其认认识。（5）简单单的类MIIPS多周周期流水线线处理器的的实现实验验。（二
3、）课设设内容2.1指令令的执行流程程2.1.11参考给出出的或者课课本上的计计算机的硬硬件（应有有中断功能能）组成，写写出完成下下面给定的的指令格式式的指令的的执行流程程；（1）寄存存器内容完完成“异或”运算“异或” 指令的指指令格式DDR:目标标寄存器 SR：源寄存器器操作码 DRR SRPC-ARXRL DR，SRM-DRDR-IR译码DR-YSR-XXY-DR（2）把一一个内存单单元中的内内容读到所所选择的一一个累加器器中。操作码DRR SR(3) OUT adddr 00111 00000 adddr BUSABUS-I/O译码启动PC-AR-ABUSDBUS-DR-IRPC+1-PC
4、IR-DR-AR-ABUS2.2存储储器某机器中，已已知配有一一个地址空空间为00000H-3FFFFH的ROOM区域。现现在再用一一个RAMM芯片(88K8)形成400K166位的RAAM区域，起起始地址为为60000H,假定定RAM芯芯片有和信号控制制端。CPPU的地址址总线为AA15-A0，数据总总线为D115-D0，控制信信号为R/(读/写写)， (访存)，要要求：（1） 画画出地址译译码方案。（2） 将将ROM与与RAM同同CPU连连接。依题意，主主存地址空空间分布如如右图所示示，可选用用2片(116K88位)的EEPROMM作为ROOM区；110片的88K8位位RAM片片组成400
5、K166位的RAAM区。(16K8位)的的EPROOM需144位片内地地址，而(8K88)RAMM需13位位片内地址址，故可用用A15-A13三三位高地址址经译码产产生片选信信号,方案案如下:2.3设计计计算机运运算器指令助记符符位23222120191817161514131211109876543210指令码（十六进制制）信号S3S2S1S0CnMX1X0OICLCPSCGOTLPOBGIP+1DRMLDWCRCRR读WR写有效电平*011*000001000001取指微指令令000000001000101101101010008B66AADDA0000000010000010110011
6、100082BBE110001111010100111001101C7A9CCD000000001000101001101011008A66ASUBA,B0000000010000010110011100082BBE0110111110101100110011016FACCCD000000001000101001101011008A66A（1）ADDD指令执执行流程：（1）取指指PC-AAR 将将PC内容容传给ARRAR-MM 找找到对应内内存地址M-DRR 进进入缓冲寄寄存器PC+I-PC PC内容容加I形成成下条指令令地址，II为指令长长度DR-IIR 传送入指指令寄存器器（2）执行行A-
7、Y 将AA中的数据据传送到寄寄存器Y中中addr+Y-ZZ addrr中数据与与Y 中数数据加载至至ALU做做加法，结结果暂存于于Z中Z-A 将暂存存器Z的内内容传送到到A中（2）SUUB指令执执行流程：（1）取指指PC-AAR 将将PC内容容传给ARRAR-MM 找找到对应内内存地址M-DRR 进进入缓冲寄寄存器PC+I-PC PC内容容加I形成成下条指令令地址，II为指令长长度DR-IIR 传送入指指令寄存器器（2）执行行IR-AAR 将指令寄寄存器中的的内容送入入地址寄存存器AR-MM 找找到对应内内存地址M-DRR 进进入缓冲寄寄存器DR-AAR 将将缓冲寄存存器中的内内容送入地地址寄
8、存器器AR-MM 找找到对应内内存地址M-DRR 进进入缓冲寄寄存器R0-YY 将R0的的内容送入入暂存器YY中Y-DR-Z 暂暂存器Y的的值减去缓缓冲寄存器器的值后存存入Z暂存存器Z-R00 将Z中的的内容送入入R0中2.4计算算机的硬件件系统了解计算机机的硬件系系统。就计计算机的某某些硬件组组成部分，说说明对其认认识。构成成计算机的的硬件系统统通常有“五五大件”组组成：输入入设备、输输出设备、存储器、运算器和控制器。计算机的输输入输出（II/O）设设备是计算算机从外部部世界接收收信息并反反馈结果的的手段，统统称为I/O设备或或外围设备备。各种人人机交互操操作，程序序和数据输输入，计算算结果
9、或中中间结果的的输出，被被控对象的的检测和控控制等，都都必须通过过外围设备备才能实现现。（1） 输入设备输入设备用用于原始数数据和程序序的输入，能能将人们熟熟悉的信息息形式变换换成计算机机能接受的的并识别的的人二进制制信息形式式。理想的计算算机输入设设备应该是是“会看”和“会听”的，即能能把人们用用文字或语语言所表达达的问题直直接送到计计算机内部部进行处理理。目前常常用的输入入设备是键键盘，鼠标标器，扫描描仪等，以以及用文字字识别，图图像识别，语语音识别的的设备。（2） 输出设备输出设备将将计算机输输出的处理理结果信息息，转换成成人类或其其他设备能能够接受和和识别的信信息形式（如如字符，文文字
10、，图形形，图像和和声音）。理想的输出出设备应该该是“会写”和“会讲”的。“会写”已经做到到，如目前前广为使用用的激光打打印机，绘绘图仪，CCRT/LLCD显示示器等，这这些设备不不仅能输出出文字信号号，而且还还能画出图图形。至于于“会讲”即输出语语言设备，目目前已有初初级的语音音合成产品品问世。（3） 控制器控制器是计计算机的管管理机构和和指挥中心心，它按照照预先确定定的操作步步骤，协调调控制计算算机各部件件有条不紊紊地自动工工作。控制器工作作的实质就就是解释程程序，它每每次从存储储器读取一一条指令，经经过分析译译码，产生生一系列操操纵计算机机其他部分分工作的控控制信号（操操作命令），发发想各
11、个部部件，控制制各部件动动作，是整整个机器连连续，有条条不紊地运运行。高级级计算机中中的控制器器可以改变变某些指令令的顺序，以以改善性能能。对所有CPPU而言，一一个共同的的关键部件件是程序计计数器，它它是一个特特殊的寄存存器，记录录着将要读读取的下一一条指令的的存储器中中的位置。（4） 运算器运算器是一一个用于信信息加工的的部件，用用于对数据据进行算术术运算和逻逻辑运算。运算器通常常是由算术术逻辑单元元（Ariithmeetic Logiic Unnit,AALU)和和一系列寄寄存器组成成，其中AALU是具具体完成算算术与逻辑辑的运算单单元，是运运算器的核核心，由加加法器和其其他逻辑单单元组
12、成。寄寄存器用于于存放参与与运算的操操作数。累累加器是一一个特殊的的寄存器，除除了存放操操作数之外外，还用于于存放中间间结果和最最后结果。特定的ALLU所支持持的算术运运算，可能能仅局限于于加法和减减法，也可可能包括乘乘法，除法法，甚至三三角函数的的平方根。有有些ALUU只支持整整数，而其其它ALUU则可以使使用浮点来来表示有限限精度的实实数。但是是，能够执执行最简单单运算的任任何计算机机，都可以以通过编程程，把复杂杂的运算分分解成它可可以执行的的简单步骤骤。所以，任任何计算机机都可以通通过编程拉拉执行任何何的算术运运算，如果果其ALUU不能从硬硬件上直接接支持，则则运算则从从软件方式式实现，
13、但但花费较多多的时间。逻辑运算包包括与（AAND），或或（OR），异异或（XOOR）等布布尔运算，对对于创建复复杂的条件件语句和处处理布尔逻逻辑而言都都是有用的的。 ALU还还可以比较较数值，并并根据比较较结果（如如是否相等等，大于或或小于）来来返回一个个布尔值：真（TUURE）和和假（FAALSE）。（5） 存储器存储器的主主要功能是是存放数据据和程序。程程序是计算算机的操作作依据。数数据时计算算机的操作作对象，不不管是程序序还是数据据，在存储储器中都是是用二进制制数的形式式来表示的的，统称为为信息。向向存储器存存入或从存存储器中读读出信息，都都称为存储储器的访问问。计算机存储储器是由可可以
14、存放和和读取数值值的一系列列单元组成成的，每个个存储器都都有一个编编号，称为为“地址”。向存储储器中存数数活存存储储器中取数数，都要按按给定的地地址寻找所所选择的寻寻址单元，存存储在存储储器的信息息可以表示示任何东西西，文字，数数值甚至计计算机指令令都可以同同样容易地地存放到存存储器中去去。存储器是计计算机中存存储信息的的部件，按按照存储器器在计算机机中的作用用，可以分分为主存储储器，寄存存器，闪速速存储器，高高速缓冲存存储器，辅辅助存储器器等几种类类型，他们们均可以完完成数据存存取工作，但但性能及其其在计算机机中的作用用差别很大大。 主存储器计算机主存存储器（MMain Memoory，简简
15、称主存）通通常采用半半导体存储储器，有两两种主要类类型：随机机存储器（RRandoom Acccesss Memmory，RRAM）和和只读存储储器（ReeadOnlyy Memmory，RROM）。RRAM可以以按CPUU的命令进进行读写，而而ROM则则事先加载载了固化的的数据和软软件，CPPU只能读读取。一般般情况下，当当计算机电电源关闭时时，RAMM的内容被被消除，而而ROM则则会保留其其数据。ROM通常常用来存储储计算机的的初始指令令。在PCC机中，通通常包含一一个固化在在ROM中中，称为BBIOS的的专用程序序，当计算算机开机或或复位时，可可以把计算算机操作系系统从硬盘盘加载到RRA
16、M中。在在通常没有有硬盘的嵌嵌入式计算算机中，执执行任务所所需的全部部软件都可可以存储在在ROM中中。 存储在ROOM中的软软件经常被被称为固件件（Firrmwarre），因因此他从外外观上看更更像硬件。（6）寄存器 CPU内内部包含一一组称为寄寄存器（RRegisster）的的特殊单元元，其读写写速度比贮贮存区域快快得多。不不同类型的的CPU有有二到一百百多个寄存存器寄存器通常常被认为使使用最频繁繁饿数据项项，以避免免每次需要要数据时都都要访问主主存。由于于主存比AALU和控控制器来得得慢，减少少主存访问问需求可以以大大加快快计算机的的速度。 闪速存储器器闪速存储器器（Flaash MMem
17、orry ,简简称闪存）可可以像ROOM一样在在关机时保保留数据，但但也可以像像RAM一一样可以被被重写，从从而模糊了了ROM和和RAM之之间的界限限。但是，闪存存通常比常常规的RAAM和ROOM慢得多多，所以局局限于不需需要高速的的应用场合合。 高速缓冲存存储器（ccachee）在现代计算算机中，存存在一个或或多个比寄寄存器慢但但比主存快快的高速缓缓冲存储器器（简称高高速缓存）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，计算算机能够自自动地把需需要频繁访访问的数据据移入caache，而而无需任何何人干预，当当需要读写写数据时，CC
18、PU首先先访问caache，只只有当caache中中不包含所所需数据时时，才开始始访问主存存。 辅助存储器器半导体存储储器的存储储容量毕竟竟有限，因因此，计算算机又配备备了存储容容量更大的的磁盘存储储器和光盘盘存储器，称称为外存储储器（简称称外存）或或辅助存储储器（简称称辅存），相相对而言，半半导体存储储器称为内内存储器（简简称内存）。辅助存储器器主要用于于存放当前前不在运行行的程序和和未用到的的数据，其其特点是存存储容量大大，成本低低，并可以以脱机保存存信息。常常用的辅助助存储器有有软盘存储储器，硬盘盘存储器，光光盘存储器器等。（三）个人人总结本周课程设设计的主要要内容是进进一步认识识和了解
19、计计算机的硬硬件（应有有中断功能能）组成，写写出完成下下面给定的的指令格式式的指令的的执行流程程和对主存存器的扩展展的考察、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）以及计算机的硬件系统，就计算机的某些硬件组成部分，说明对其认识。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认识和了解，使自己更加深刻的复习和掌握了本学期所学习的知识。在实验过程中有很多不会的地方，最终通过自己的不断探索，以及老师和同学的帮助才完成了实验。（四）参考考文献1 陈陈泽宇计算机组组成与系统统结构，20099：30011-50000（五）致谢谢这次实验，首首先要感谢谢赵孟德老师师，每次都都能很好的的解答我们们的问题以以及帮助我我们克服各各种学习中中所遇到的的困难；其其次，要感感谢我们组组的每一位位组员，在在他们的帮帮助下，我我们共同研研究，更好好的完成课课程设计。