計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)培訓(xùn)課程設(shè)計(jì)方案樣本_第1頁
計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)培訓(xùn)課程設(shè)計(jì)方案樣本_第2頁
計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)培訓(xùn)課程設(shè)計(jì)方案樣本_第3頁
計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)培訓(xùn)課程設(shè)計(jì)方案樣本_第4頁
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文檔簡介

目錄(一)課設(shè)任務(wù)概述 21.1課設(shè)目標(biāo) 21.2課設(shè)任務(wù) 2(二)課設(shè)內(nèi)容 32.1指令實(shí)施步驟 32.2存放器 62.3設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)運(yùn)算器 72.4計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) 8(三)個(gè)人總結(jié) 10(四)參考文件 10(五)致謝 11(一)課設(shè)任務(wù)概述1.1課設(shè)目標(biāo)經(jīng)過課設(shè),掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟硬件維護(hù)方法,并能利用所學(xué)知識(shí),完成課設(shè)內(nèi)容。1.2課設(shè)任務(wù)(1)參考給出或書本上計(jì)算機(jī)硬件(應(yīng)有中止功效)組成,寫出完成下面給定指令格式指令實(shí)施步驟;(2)某機(jī)器中,已知配有一個(gè)地址空間為0000H-3FFFHROM區(qū)域?,F(xiàn)在再用一個(gè)RAM芯片(8K*8)形成40K*16位RAM區(qū)域,起始地址為6000H。假設(shè)RAM芯片有CS和WE信號(hào)控制端。CPU地址總線為A15-A0,數(shù)據(jù)總線為D15

-D0,控制信號(hào)為R/W(讀/寫),MREQ(訪存),要求:(1)畫出主存地址框圖。(2)畫出組成連接框圖。(3)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)運(yùn)算器(包含邏輯框圖和指令系統(tǒng),和各指令微程序步驟圖)(4)了解計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。就計(jì)算機(jī)一些硬件組成部分,說明對(duì)其認(rèn)識(shí)。(5)簡單類MIPS多周期流水線處理器實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)。(二)課設(shè)內(nèi)容2.1指令實(shí)施步驟2.1.1參考給出或書本上計(jì)算機(jī)硬件(應(yīng)有中止功效)組成,寫出完成下面給定指令格式指令實(shí)施步驟;(1)寄存器內(nèi)容完成“異或”運(yùn)算“異或”指令指令格式DR:目標(biāo)寄存器SR:源寄存器操作碼DRSRPC->ARPC->ARXRLDR,SRM->DRDR->IR譯碼DR->YSR->XX⊕Y->DR(2)把一個(gè)內(nèi)存單元中內(nèi)容讀到所選擇一個(gè)累加器中。操作碼DRSR(3)④OUTaddr00110000××××[addr]BUSAABUS->I/O譯碼開啟PC->AR->ABUSDBUS->DR->IRPC+1->PCIR->DR->AR->ABUS2.2存放器某機(jī)器中,已知配有一個(gè)地址空間為0000H-3FFFHROM區(qū)域?,F(xiàn)在再用一個(gè)RAM芯片(8K×8)形成40K×16位RAM區(qū)域,起始地址為6000H,假定RAM芯片有和信號(hào)控制端。CPU地址總線為A15-A0,數(shù)據(jù)總線為D15-D0,控制信號(hào)為R/(讀/寫),(訪存),要求:(1)畫出地址譯碼方案。(2)將ROM和RAM同CPU連接。依題意,主存地址空間分布如右圖所表示,可選擇2片(16K×8位)EPROM作為ROM區(qū);10片8K×8位RAM片組成40K×16位RAM區(qū)。(16K×8位)EPROM需14位片內(nèi)地址,而(8K×8)RAM需13位片內(nèi)地址,故可用A15-A13三位高地址經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號(hào),方案以下:2.3設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)運(yùn)算器指令助記符位23222120191817161514131211109876543210指令碼(十六進(jìn)制)信號(hào)S3S2S1S0CnMX1X0OICLCPSCGOTLPOBGIP+1DRMLDWCRCRR讀WR寫有效電平********011*000001000001取指微指令000000001000101101101010008B6AADDA0000000010000010110011100082BE110001111010100111001101C7A9CD000000001000101001101011008A6ASUBA,B0000000010000010110011100082BE0110111110101100110011016FACCD000000001000101001101011008A6A(1)ADD指令實(shí)施步驟:(1)取指PC->AR將PC內(nèi)容傳給ARAR->M找到對(duì)應(yīng)內(nèi)存地址M->DR進(jìn)入緩沖寄存器PC+I->PCPC內(nèi)容加I形成下條指令地址,I為指令長度DR->IR傳送入指令寄存器(2)實(shí)施A->Y將A中數(shù)據(jù)傳送到寄存器Y中addr+Y->Zaddr中數(shù)據(jù)和Y中數(shù)據(jù)加載至ALU做加法,結(jié)果暫存于Z中Z->A將暫存器Z內(nèi)容傳送到A中(2)SUB指令實(shí)施步驟:(1)取指PC->AR將PC內(nèi)容傳給ARAR->M找到對(duì)應(yīng)內(nèi)存地址M->DR進(jìn)入緩沖寄存器PC+I->PCPC內(nèi)容加I形成下條指令地址,I為指令長度DR->IR傳送入指令寄存器(2)實(shí)施IR->AR將指令寄存器中內(nèi)容送入地址寄存器AR->M找到對(duì)應(yīng)內(nèi)存地址M->DR進(jìn)入緩沖寄存器DR->AR將緩沖寄存器中內(nèi)容送入地址寄存器AR->M找到對(duì)應(yīng)內(nèi)存地址M->DR進(jìn)入緩沖寄存器R0->Y將R0內(nèi)容送入暫存器Y中Y-DR->Z暫存器Y值減去緩沖寄存器值后存入Z暫存器Z->R0將Z中內(nèi)容送入R0中2.4計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)了解計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。就計(jì)算機(jī)一些硬件組成部分,說明對(duì)其認(rèn)識(shí)。組成計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)通常有“五大件”組成:輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存放器、運(yùn)算器和控制器。計(jì)算機(jī)輸入輸出(I/O)設(shè)備是計(jì)算機(jī)從外部世界接收信息并反饋結(jié)果手段,統(tǒng)稱為I/O設(shè)備或外圍設(shè)備。多種人機(jī)交互操作,程序和數(shù)據(jù)輸入,計(jì)算結(jié)果或中間結(jié)果輸出,被控對(duì)象檢測(cè)和控制等,全部必需經(jīng)過外圍設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)。輸入設(shè)備輸入設(shè)備用于原始數(shù)據(jù)和程序輸入,能將大家熟悉信息形式變換成計(jì)算機(jī)能接收并識(shí)別人二進(jìn)制信息形式。理想計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備應(yīng)該是“會(huì)看”和“會(huì)聽”,即能把大家用文字或語言所表示問題直接送到計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行處理。現(xiàn)在常見輸入設(shè)備是鍵盤,鼠標(biāo)器,掃描儀等,和用文字識(shí)別,圖像識(shí)別,語音識(shí)別設(shè)備。輸出設(shè)備輸出設(shè)備將計(jì)算機(jī)輸出處理結(jié)果信息,轉(zhuǎn)換成人類或其它設(shè)備能夠接收和識(shí)別信息形式(如字符,文字,圖形,圖像和聲音)。理想輸出設(shè)備應(yīng)該是“會(huì)寫”和“會(huì)講”?!皶?huì)寫”已經(jīng)做到,如現(xiàn)在廣為使用激光打印機(jī),繪圖儀,CRT/LCD顯示器等,這些設(shè)備不僅能輸出文字信號(hào),而且還能畫出圖形。至于“會(huì)講”即輸出語言設(shè)備,現(xiàn)在已經(jīng)有初級(jí)語音合成產(chǎn)品問世??刂破骺刂破魇怯?jì)算機(jī)管理機(jī)構(gòu)和指揮中心,它根據(jù)預(yù)先確定操作步驟,協(xié)調(diào)控制計(jì)算機(jī)各部件有條不紊地自動(dòng)工作??刂破鞴ぷ鲗?shí)質(zhì)就是解釋程序,它每次從存放器讀取一條指令,經(jīng)過分析譯碼,產(chǎn)生一系列操縱計(jì)算機(jī)其它部分工作控制信號(hào)(操作命令),發(fā)想各個(gè)部件,控制各部件動(dòng)作,是整個(gè)機(jī)器連續(xù),有條不紊地運(yùn)行。高級(jí)計(jì)算機(jī)中控制器能夠改變一些指令次序,以改善性能。對(duì)全部CPU而言,一個(gè)共同關(guān)鍵部件是程序計(jì)數(shù)器,它是一個(gè)特殊寄存器,統(tǒng)計(jì)著將要讀取下一條指令存放器中位置。運(yùn)算器運(yùn)算器是一個(gè)用于信息加工部件,用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。運(yùn)算器通常是由算術(shù)邏輯單元(ArithmeticLogicUnit,ALU)和一系列寄存器組成,其中ALU是具體完成算術(shù)和邏輯運(yùn)算單元,是運(yùn)算器關(guān)鍵,由加法器和其它邏輯單元組成。寄存器用于存放參與運(yùn)算操作數(shù)。累加器是一個(gè)特殊寄存器,除了存放操作數(shù)之外,還用于存放中間結(jié)果和最終結(jié)果。特定ALU所支持算術(shù)運(yùn)算,可能僅局限于加法和減法,也可能包含乘法,除法,甚至三角函數(shù)平方根。有些ALU只支持整數(shù),而其它ALU則能夠使用浮點(diǎn)來表示有限精度實(shí)數(shù)。不過,能夠?qū)嵤┳詈唵芜\(yùn)算任何計(jì)算機(jī),全部能夠經(jīng)過編程,把復(fù)雜運(yùn)算分解成它能夠?qū)嵤┖唵尾襟E。所以,任何計(jì)算機(jī)全部能夠經(jīng)過編程拉實(shí)施任何算術(shù)運(yùn)算,假如其ALU不能從硬件上直接支持,則運(yùn)算則從軟件方法實(shí)現(xiàn),但花費(fèi)較多時(shí)間。邏輯運(yùn)算包含和(AND),或(OR),異或(XOR)等布爾運(yùn)算,對(duì)于創(chuàng)建復(fù)雜條件語句和處理布爾邏輯而言全部是有用。ALU還能夠比較數(shù)值,并依據(jù)比較結(jié)果(如是否相等,大于或小于)來返回一個(gè)布爾值:真(TURE)和假(FALSE)。存放器存放器關(guān)鍵功效是存放數(shù)據(jù)和程序。程序是計(jì)算機(jī)操作依據(jù)。數(shù)據(jù)時(shí)計(jì)算機(jī)操作對(duì)象,不管是程序還是數(shù)據(jù),在存放器中全部是用二進(jìn)制數(shù)形式來表示,統(tǒng)稱為信息。向存放器存入或從存放器中讀出信息,全部稱為存放器訪問。計(jì)算機(jī)存放器是由能夠存放和讀取數(shù)值一系列單元組成,每個(gè)存放器全部有一個(gè)編號(hào),稱為“地址”。向存放器中存數(shù)活存存放器中取數(shù),全部要按給定地址尋求所選擇尋址單元,存放在存放器信息能夠表示任何東西,文字,數(shù)值甚至計(jì)算機(jī)指令全部能夠一樣輕易地存放到存放器中去。存放器是計(jì)算機(jī)中存放信息部件,根據(jù)存放器在計(jì)算機(jī)中作用,能夠分為主存放器,寄存器,閃速存放器,高速緩沖存放器,輔助存放器等多個(gè)類型,她們均能夠完成數(shù)據(jù)存取工作,但性能及其在計(jì)算機(jī)中作用差異很大。主存放器計(jì)算機(jī)主存放器(MainMemory,簡稱主存)通常采取半導(dǎo)體存放器,有兩種關(guān)鍵類型:隨機(jī)存放器(RandomAccessMemory,RAM)和只讀存放器(Read—OnlyMemory,ROM)。RAM能夠按CPU命令進(jìn)行讀寫,而ROM則事先加載了固化數(shù)據(jù)和軟件,CPU只能讀取。通常情況下,當(dāng)計(jì)算機(jī)電源關(guān)閉時(shí),RAM內(nèi)容被消除,而ROM則會(huì)保留其數(shù)據(jù)。ROM通常見來存放計(jì)算機(jī)初始指令。在PC機(jī)中,通常包含一個(gè)固化在ROM中,稱為BIOS專用程序,當(dāng)計(jì)算機(jī)開機(jī)或復(fù)位時(shí),能夠把計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)從硬盤加載到RAM中。在通常沒有硬盤嵌入式計(jì)算機(jī)中,實(shí)施任務(wù)所需全部軟件全部能夠存放在ROM中。存放在ROM中軟件常常被稱為固件(Firmware),所以她從外觀上看更像硬件。(6)寄存器CPU內(nèi)部包含一組稱為寄存器(Register)特殊單元,其讀寫速度比貯存區(qū)域快得多。不一樣類型CPU有二到一百多個(gè)寄存器寄存器通常被認(rèn)為使用最頻繁餓數(shù)據(jù)項(xiàng),以避免每次需要數(shù)據(jù)時(shí)全部要訪問主存。因?yàn)橹鞔姹華LU和控制器來得慢,降低主存訪問需求能夠大大加緊計(jì)算機(jī)速度。閃速存放器閃速存放器(FlashMemory,簡稱閃存)能夠像ROM一樣在關(guān)機(jī)時(shí)保留數(shù)據(jù),但也能夠像RAM一樣能夠被重寫,從而模糊了ROM和RAM之間界限。不過,閃存通常比常規(guī)RAM和ROM慢得多,所以局限于不需要高速應(yīng)用場(chǎng)所。高速緩沖存放器(cache)在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中,存在一個(gè)或多個(gè)比寄存器慢但比主存快高速緩沖存放器(簡稱高速緩存)——cache,它在CPU和主存放器之間,規(guī)模較小但速度快,能夠很好地處理CPU和主存之間匹配問題。通常,計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)地把需要頻繁訪問數(shù)據(jù)移入cache,而無需任何人干預(yù),當(dāng)需要讀寫數(shù)據(jù)時(shí),CPU首先訪問cache,只有當(dāng)cache中不包含所需數(shù)據(jù)時(shí),才開始訪問主存。輔助存放器半導(dǎo)體存放器存放容量畢竟有限,所以,計(jì)算機(jī)又配置了存放容量更大磁盤存放器和光盤存放器,稱為外存放器(簡稱外存)或輔助存放器(簡稱輔存),相對(duì)而言,半導(dǎo)體存放器稱為內(nèi)存放器(簡稱內(nèi)存)。輔助存放器關(guān)鍵用于存放目前不在運(yùn)行程序和未用到數(shù)據(jù),其特點(diǎn)是存放容量大,成本低,并能夠脫機(jī)保留信息。常見輔助存放器有軟盤存放器,硬盤存放器,光盤存放器等。(三)個(gè)人總結(jié)本周課程設(shè)計(jì)關(guān)鍵內(nèi)容是深入認(rèn)識(shí)和了解計(jì)算機(jī)硬件(應(yīng)有中止功效)組成,寫出完成下面給定指令格式指令實(shí)施步驟和對(duì)主存器擴(kuò)展考察、設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)運(yùn)算器(包含邏輯框圖和指令系統(tǒng),和各指令微程序步驟圖)和計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng),就計(jì)算機(jī)一些

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