计算机原理课程设计--模型计算机设计.doc

课程设计（大作业）报告

课程名称：计算机组成原理
设计题目：模型计算机设计
院系：信息技术学院

课程设计（大作业）任务书
课程设计题目：复杂模型计算机

CPU

Memory
Cache
外设1
外设2

外设3

外设n

I/O
I/O
I/O
外存储器

上图是一个模型计算机（仅供参考），请设计：
一、设计内容
1、 画出你设计的计算机模型连接图，然后分别描述下述内容
2、 CPU
（1） ALU的功能，组成，设计图
（2） CPU如何执行指令，分别叙述
（3） CPU如何设计
（4） 指令系统
3、 存储器
（1） 分类
（2） 组成
（3） 扩展
（4） 与CPU的连接
（5） 存储器技术综述
4、 总线
（1） 总线分类
（2） 各种总线的工作原理
（3） 你设计的CPU与设备如何连接
5、 外设
（1） 磁盘存储器结构与原理
（2） 光盘
（3） 磁带
（4） 键盘
（5） 显示器
（6） 打印机
（7） 鼠标
6、 接口
（1） 接口概述
（2） 各类接口功能，工作原理，怎样与主机连接，怎样与外设连接
二、设计要求
1、讨论
（1）设计并画出模型计算机的电路组成结构图；
（2）分别设计的模型计算机各个部件的结构；
（3）讨论各个部件的功能。
3、撰写课程设计报告书。
报告书内容包含：
（1）根据模型计算机的组成结构图，分章、节、段分别讨论该图个部件的工作原理
（2）可以讨论，上网查资料，但每个人需独立完成自己的设计，不能抄袭
（3）总结心得体会，说明对此次课程设计的理解和建议；

工作计划及安排：
1、第十六周周一~周二：查阅相关的资料，选定合适的实验结构图来进行组成结构的设计。
2、第十七周周三：构思组成原理图，然后撰写课程设计报告。
3、第十七周周四~周五：完善课程设计报告。

在此过程中有不明白的地方与同组成员讨论并查阅相应资料。

指导教师签字

年月日
名：

课程设计（大作业）报告
一、题目分析
在此次的课程设计题目中，需要我们设计一个计算机模型，并且还需要包括CPU、存储器、总线、外设
二、计算机结构设计

三、第一章CPU
1、ALU的功能，组成，设计图
（1）功能
算术逻辑单元(ALU)是中央处理器(CPU)的执行单元，是所有中央处理器的核心组成部分，ALU主要完成对二进制数据的定点算术运算(加减乘除)、逻辑运算(与或非异或)以及移位操作。在某些CPU中还有专门用于处理移位操作的移位器，通常ALU由两个输入端和一个输出端。基本上，在所有现代CPU体系结构中，二进制都以补码的形式来表示。
（2）组成
ALU用以计算机指令集中的执行算术与逻辑操作，在某些处理器中，将ALU切分为两部分，即算术单元(AU)与逻辑单元(LU)。某些处理器包含一个以上的AU，如，一个用来进行定点操作，另一个进行浮点操作。
通常而言，ALU具有对处理器控制器、内存及输入输出设备的直接读入读出权限，输入输出是通过总线进行的。输入指令包含一个指令字，有时被称为机器指令字，其中包括操作码，单个或多个操作数，有时还会有格式码；操作码指示ALU机要执行什么操作，在此操作中要执行多少个操作数。比如，两个操作数可以进行比较，也可以进行加法操作，格式码可以和操作码结合，告知这是一个定点还是浮点指令；输出包括存放在存储寄存器中的结果及显示操作是否成功的设置。如操作失败，则在机器状态字中会有相应的状态显示。通常，输入操作数、操作数、累加和以及转换结果的存储位置都在ALU中。在算术单元中，乘除操作是通过一系列的加减运算得到的。在机器码中有多种方式用以表示负数。
（3）ALU设计图

全加器
F

函数发生器
Fi
Cn+i+1
Cn+i
S0
S1
S2
S3

Ai
Bi
Xi
Yi

2、CPU如何执行指令，分别叙述
(1)CPU的功能
CPU对整个计算机系统的运行是极其重要的，它具有如下四方面的基本功能：
a.指令控制:程序的顺序控制，称为指令控制。由于程序是一个指令序列，这些指令的相互顺序不能任意颠倒，必须严格按程序规定的顺序进行，因此，保证机器按顺序执行程序是CPU的首要任务。
b.操作控制:一条指令的功能往往是有若干个操作信号的组合来实现的，因此，CPU管理并产生由内存取出的每条指令的操作信号，把各种操作信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作。
c.时间控制:对各种操作实施时间上的定时，成为时间控制。因为在计算机中，各种指令的操作信号均受到时间的严格定时。另一方面，一条指令的整个执行过程也受到时间的严格定时。
d.数据加工:所谓数据加工，就是对数据进行算术运算和逻辑运算处理。完成数据的加工处理，是CPU的根本任务。
（2）CPU中的主要寄存器
a.数