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).doc

1、南昌大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)（實(shí)訓(xùn)）報(bào)告書題 目：簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)專 業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班級(jí)：1012姓名：運(yùn)置學(xué)號(hào)：12指導(dǎo)老師：呂 準(zhǔn)設(shè)計(jì)時(shí)間：2012年4月9日2012年4月13日目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark3 o Current Document 計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)（實(shí)訓(xùn)I）報(bào)告書1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document .實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document .實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 3 HYPERLINK l boo

2、kmark10 o Current Document .實(shí)驗(yàn)任務(wù) 3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document .設(shè)計(jì)過程 4 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 需求分析 6 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 功能分析 6 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 所用器件分析 7測(cè)試步驟 11 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document .實(shí)驗(yàn)結(jié)果 12 HYPERLIN

3、K l bookmark38 o Current Document .課程設(shè)計(jì)問題及解決方案 13 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document .心得體會(huì) 14 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document .參考文獻(xiàn) 151 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募由顚?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。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)。鍛煉初步的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)能力。鍛煉分析、定位和排除故障的能力。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基于馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)，架構(gòu)一個(gè)簡(jiǎn)單計(jì)

4、算機(jī)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過程中，利用PROTEU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 LED適時(shí)顯示信息。實(shí)驗(yàn)任務(wù)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；畫出自己所設(shè)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，哪些需要通過外接信號(hào)來控制，以及這些控制信號(hào)的有效形式；利用PROTEU膜擬仿真，布線、調(diào)試、驗(yàn)收 ；課程設(shè)計(jì)報(bào)告和總結(jié)。4設(shè)計(jì)過程需求分析在本次課程設(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，

5、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。.簡(jiǎn)單框圖如下:4.1.2 .總體設(shè)計(jì)框圖如下:輸入數(shù)據(jù)功能分析在這個(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。本次指令設(shè)計(jì)格式遵循常見指令格式設(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 ，見下表描述：指令格式編碼及其格式說明如下：NOT ADDR1000取反指令a實(shí)現(xiàn)1且

6、將納果打入ACNOT1001取反指令,實(shí)現(xiàn),且將結(jié)果打入K力異或B1010異或指令，實(shí)現(xiàn) g 異或 小加口，且特結(jié) 果打入AC人加八1011乘Z指令，實(shí)現(xiàn)(北)加(AC),且將結(jié)果打入ACEND1100結(jié)束指令，程序終止運(yùn)行所用器件分析.芯片 74LS373帶三態(tài)緩沖輸出的 8D觸發(fā)器，1D8D為8個(gè)輸入端，1Q8Q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?0”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)，不管車入

7、3、4、 7、8、13、14、17、18如何,也不管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)。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 Q0Q7狀態(tài)與輸入端D1D7狀態(tài)相同；當(dāng)C發(fā)生負(fù)的跳變時(shí)，輸入端

8、D0D7數(shù)據(jù)鎖入Q0Q7 51單片 機(jī)的ALE信號(hào)可以直接與 74LS373的C連接。.芯片 74LS181：算術(shù)邏輯單元/功能發(fā)生器，L是彳氐電平,S3 S2 S1 S0為L(zhǎng) L L L , M為L(zhǎng) , Cn為L(zhǎng)A0A3是輸入，F(xiàn)0F3輸出的就是A-1。各引腳說明如下:引腳說明M狀態(tài)控制端加1邏輯運(yùn)南M-。鏟術(shù)運(yùn)前：S3 S2 SI SO運(yùn)算選算控制SI S2 SI SO決定也蹈楨行哪一種算術(shù)A3 A2 Al A0運(yùn)辟數(shù)1，哨腳3為最高位7i? r m Vf道算數(shù)5.用腳3 %最高位Qi最低而4隹輸入%。有進(jìn)時(shí)】百快3m東升產(chǎn)生他進(jìn)生信號(hào)QT-口不進(jìn)位，無進(jìn)位;FJ F2 F F0F3匐F固

9、運(yùn)算儲(chǔ)果. F3為最高位.芯片 6116：6116是2K*8位靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片,采用CMOS：藝制造,單一 +5V供電,額定功耗160mW,典型存取時(shí)間200ns,24線雙列直寸1式封裝.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6116的操作方式如下：CE OE WE 方式 D0-D7H*未選中高阻LLH讀DoutLHL寫DinLLL寫Din,控制開關(guān):.DIPSW_2 : 2獨(dú)立開關(guān)組4.3.5.DIPSW_5 : 5獨(dú)立開關(guān)組.DIPSW_8 : 8獨(dú)立開關(guān)組.電阻:RESPACK-7七排電阻RESPACK-8八排電阻，可以用 8個(gè)阻值為10K或

10、阻值為其他值的相同的電阻代替，八個(gè)4.3.6 .輸出器件:LED-RED紅色燈，兩種狀態(tài) 0:亮，1:滅。4.4測(cè)試步驟檢測(cè)邏輯運(yùn)算1+2:Load 1 0000 0001加 2 0000 0010END 0000 0011S0S30111M=1 Cn=0調(diào)試結(jié)果如圖：實(shí)驗(yàn)結(jié)果硬件電路圖包括： 5個(gè)74LS373芯片，2個(gè)74LS181芯片，1個(gè)6116芯片。硬件總體設(shè)計(jì)如圖：課程設(shè)計(jì)問題及解決方案故障 1 Protues 無法編譯原理圖在設(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)過了使用期限，因此無法正常使用，最后嘗試了兩個(gè)方法解決問題：第一. 使用教程中的破解方法

11、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。故障2輸入數(shù)據(jù)時(shí)沒有存入到6116芯片中當(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，問題得以解決。故障3AC累加器顯示燈有信號(hào)沖突當(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)74LS

12、181 芯片的輸入端有信號(hào)輸出，與原來的輸入產(chǎn)生了沖突，問了老師此問題，是本身181 芯片偶爾出現(xiàn)這個(gè)問題，于是換了 181 芯片后，問題得以解決。7 心得體會(huì)通過本次課程設(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，問題就體現(xiàn)出來了，并不是像剛開始的那樣簡(jiǎn)單。首先要想到芯片的對(duì)應(yīng)P 口的功能，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

13、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。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)備后，開始了仿真繪圖。在繪圖的過程中，有時(shí)候也是弄錯(cuò)了，導(dǎo)致仿真的結(jié)果出不來，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，心里感覺還是蠻高興的。雖然在這次設(shè)計(jì)的過程中，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。在本次課程設(shè)計(jì)中我

14、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)所需的營養(yǎng)，而這種營養(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” ，于是偶然又必然地收獲了諸多，概而言之，大約以下幾點(diǎn)：一、溫故而知新。課程設(shè)計(jì)發(fā)端之始，思緒全無，舉步維艱，對(duì)于理論

15、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。二、思路即出路。當(dāng)初沒有思路，誠如舉步維艱，茫茫大地，不見道路。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，沒有思路便無出路，原來思路即出路。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，便一直以為馬克思主義中國化生成的教條。時(shí)至今日，課程設(shè)計(jì)基本告成，才切身領(lǐng)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。四、 創(chuàng)新求發(fā)展。 “創(chuàng)新” 目前在我國已經(jīng)提升到國家發(fā)展戰(zhàn)略地位， 足見 “創(chuàng)新” 的舉足輕重。五、過而能改，善莫大焉。至善至美，是人類永恒的追求。但是，不從忘卻“金無足赤，人無完人” ，我們換種思維方式，去惡亦是至善，改錯(cuò)亦為至美。六、學(xué)海無涯，學(xué)無止境。在課程設(shè)計(jì)過程中，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