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

1、目錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc312317659 （一）課課設(shè)任務(wù)務(wù)概述 PAGEREF _Toc312317659 h 22 HYPERLINK l _Toc312317660 1.1課課設(shè)目的的 PAGEREF _Toc312317660 h 2 HYPERLINK l _Toc312317661 1.2 課設(shè)任任務(wù) PAGEREF _Toc312317661 h 2 HYPERLINK l _Toc312317662 （二）課課設(shè)內(nèi)容容 PAGEREF _Toc312317662 h 3 HYPERLINK l _Toc312317663 2.1指指

2、令的執(zhí)執(zhí)行流程程 PAGEREF _Toc312317663 h 3 HYPERLINK l _Toc312317664 2.2存存儲(chǔ)器 PAGEREF _Toc312317664 h 66 HYPERLINK l _Toc312317665 2.3設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算算機(jī)運(yùn)算算器 PAGEREF _Toc312317665 h 7 HYPERLINK l _Toc312317666 2.4計(jì)計(jì)算機(jī)的的硬件系系統(tǒng) PAGEREF _Toc312317666 h 8 HYPERLINK l _Toc312317667 （三）個(gè)個(gè)人總結(jié)結(jié) PAGEREF _Toc312317667 h 10 HYPERLI

3、NK l _Toc312317668 （四）參參考文獻(xiàn)獻(xiàn) PAGEREF _Toc312317668 h 10 HYPERLINK l _Toc312317669 （五）致致謝 PAGEREF _Toc312317669 h 111（一）課課設(shè)任務(wù)務(wù)概述1.1課課設(shè)目的的通過(guò)課設(shè)設(shè)，掌握握計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)軟軟硬件維維護(hù)的方方法，并并能利用用所學(xué)知知識(shí)，完完成課設(shè)設(shè)內(nèi)容。1.2 課設(shè)任任務(wù)（1）參參考給出出的或者者課本上上的計(jì)算算機(jī)的硬硬件（應(yīng)應(yīng)有中斷斷功能）組組成，寫(xiě)寫(xiě)出完成成下面給給定的指指令格式式的指令令的執(zhí)行行流程；（2）某某機(jī)器中中，已知知配有一一個(gè)地址址空間為為00000H-3FFFFH

4、的的ROMM區(qū)域。現(xiàn)在再再用一個(gè)個(gè)RAMM芯片（88K*88）形成成40KK*166位的RRAM區(qū)區(qū)域，起起始地址址為60000HH。假設(shè)設(shè)RAMM芯片有有CS和和WE信信號(hào)控制制端。CCPU的的地址總總線為AA15-A0，數(shù)數(shù)據(jù)總線線為D115-D0，控控制信號(hào)號(hào)為R/W（讀讀/寫(xiě)），MMREQQ（訪存存），要要求：（1）畫(huà)畫(huà)出主存存地址框框圖。（2）畫(huà)畫(huà)出組成成連接框框圖。（3） HYPERLINK H:組成原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū).ppt 設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算算機(jī)運(yùn)算算器（包包括邏輯輯框圖與與指令系系統(tǒng)，以以及各指指令的微微程序流流程圖）（4）了了解計(jì)算算機(jī)的硬硬件系統(tǒng)統(tǒng)。就計(jì)計(jì)算機(jī)的的某些硬硬件組成成

5、部分，說(shuō)說(shuō)明對(duì)其其認(rèn)識(shí)。（5）簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的類(lèi)類(lèi)MIPPS多周周期流水水線處理理器的實(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)。（二）課課設(shè)內(nèi)容容2.1指指令的執(zhí)行流流程2.1.1參考考給出的的或者課課本上的的計(jì)算機(jī)機(jī)的硬件件（應(yīng)有有中斷功功能）組組成，寫(xiě)寫(xiě)出完成成下面給給定的指指令格式式的指令令的執(zhí)行行流程；（1）寄寄存器內(nèi)內(nèi)容完成成“異或”運(yùn)算“異或” 指令令的指令令格式DDR:目目標(biāo)寄存存器 SR：源寄存存器操作碼 DR SSRPC-ARXRL DR，SRM-DRDR-IR譯碼DR-YSR-XXY-DR（2）把把一個(gè)內(nèi)內(nèi)存單元元中的內(nèi)內(nèi)容讀到到所選擇擇的一個(gè)個(gè)累加器器中。操作碼DDR SRR(3) OUTT adddr 0

6、0111 00000 adddr BUUSABUS-I/O譯碼啟動(dòng)PC-AR-ABUSDBUS-DR-IRPC+1-PCIR-DR-AR-ABUS2.2存存儲(chǔ)器某機(jī)器中中，已知知配有一一個(gè)地址址空間為為00000H-3FFFFH的的ROMM區(qū)域?，F(xiàn)在再再用一個(gè)個(gè)RAMM芯片(8K8)形形成400K116位的的RAMM區(qū)域，起起始地址址為60000HH,假定定RAMM芯片有有和信號(hào)控控制端。CPUU的地址址總線為為A155-A0，數(shù)據(jù)據(jù)總線為為D155-D0，控制制信號(hào)為為R/(讀/寫(xiě))， (訪存存)，要要求：（1） 畫(huà)出地地址譯碼碼方案。（2） 將ROOM與RRAM同同CPUU連接。依題意，主

7、主存地址址空間分分布如右右圖所示示，可選選用2片片(166K88位)的的EPRROM作作為ROOM區(qū)；10片片的8KK8位位RAMM片組成成40KK166位的RRAM區(qū)區(qū)。(116K8位)的EPPROMM需144位片內(nèi)內(nèi)地址，而而(8KK8)RAMM需133位片內(nèi)內(nèi)地址，故故可用AA15-A133三位高高地址經(jīng)經(jīng)譯碼產(chǎn)產(chǎn)生片選選信號(hào),方案如如下:2.3 HYPERLINK H:組成原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū).ppt 設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算算機(jī)運(yùn)算算器指令助記記符位23222120191817161514131211109876543210指令碼（十六進(jìn)進(jìn)制）信號(hào)S3S2S1S0CnMX1X0OICLCPSCGOT

8、LPOBGIP+1DRMLDWCRCRR讀WR寫(xiě)有效電平平*011*000001000001取指微指指令000000001000101101101010008BB6AADDAA00000000100000101100111000822BE110001111010100111001101C7A99CD000000001000101001101011008AA6ASUBA,B00000000100000101100111000822BE0110111110101100110011016FACCCD000000001000101001101011008AA6A（1）AADD指指令執(zhí)行行流程：（1）取

9、取指PC-AR 將PCC內(nèi)容傳傳給ARRAR-M 找到對(duì)對(duì)應(yīng)內(nèi)存存地址M-DDR 進(jìn)入緩緩沖寄存存器PC+II-PPC PCC內(nèi)容加加I形成成下條指指令地址址，I為為指令長(zhǎng)長(zhǎng)度DR-IR 傳送送入指令令寄存器器（2）執(zhí)執(zhí)行A-YY 將將A中的的數(shù)據(jù)傳傳送到寄寄存器YY中addrr+Y-Z adddr中中數(shù)據(jù)與與Y 中中數(shù)據(jù)加加載至AALU做做加法，結(jié)結(jié)果暫存存于Z中中Z-AA 將暫暫存器ZZ的內(nèi)容容傳送到到A中（2）SSUB指指令執(zhí)行行流程：（1）取取指PC-AR 將PCC內(nèi)容傳傳給ARRAR-M 找到對(duì)對(duì)應(yīng)內(nèi)存存地址M-DDR 進(jìn)入緩緩沖寄存存器PC+II-PPC PCC內(nèi)容加加I形成成下條

10、指指令地址址，I為為指令長(zhǎng)長(zhǎng)度DR-IR 傳送送入指令令寄存器器（2）執(zhí)執(zhí)行IR-AR 將指指令寄存存器中的的內(nèi)容送送入地址址寄存器器AR-M 找到對(duì)對(duì)應(yīng)內(nèi)存存地址M-DDR 進(jìn)入緩緩沖寄存存器DR-AR 將緩沖沖寄存器器中的內(nèi)內(nèi)容送入入地址寄寄存器AR-M 找到對(duì)對(duì)應(yīng)內(nèi)存存地址M-DDR 進(jìn)入緩緩沖寄存存器R0-Y 將RR0的內(nèi)內(nèi)容送入入暫存器器Y中Y-DRR-ZZ 暫暫存器YY的值減減去緩沖沖寄存器器的值后后存入ZZ暫存器器Z-RR0 將ZZ中的內(nèi)內(nèi)容送入入R0中中2.4計(jì)計(jì)算機(jī)的的硬件系系統(tǒng)了解計(jì)算算機(jī)的硬硬件系統(tǒng)統(tǒng)。就計(jì)計(jì)算機(jī)的的某些硬硬件組成成部分，說(shuō)說(shuō)明對(duì)其其認(rèn)識(shí)。構(gòu)成計(jì)計(jì)算機(jī)的的

11、硬件系系統(tǒng)通常常有“五五大件”組組成：輸輸入設(shè)備備、輸出出設(shè)備、 HYPERLINK /view/87697.htm 存儲(chǔ)器器、運(yùn)算算器和控控制器。計(jì)算機(jī)的的輸入輸輸出（II/O）設(shè)設(shè)備是計(jì)計(jì)算機(jī)從從外部世世界接收收信息并并反饋結(jié)結(jié)果的手手段，統(tǒng)統(tǒng)稱為II/O設(shè)設(shè)備或外外圍設(shè)備備。各種種人機(jī)交交互操作作，程序序和數(shù)據(jù)據(jù)輸入，計(jì)計(jì)算結(jié)果果或中間間結(jié)果的的輸出，被被控對(duì)象象的檢測(cè)測(cè)和控制制等，都都必須通通過(guò)外圍圍設(shè)備才才能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)。輸入設(shè)備備輸入設(shè)備備用于原原始數(shù)據(jù)據(jù)和程序序的輸入入，能將將人們熟熟悉的信信息形式式變換成成計(jì)算機(jī)機(jī)能接受受的并識(shí)識(shí)別的人人二進(jìn)制制信息形形式。理想的計(jì)計(jì)算機(jī)輸輸入設(shè)備備

12、應(yīng)該是是“會(huì)看”和“會(huì)聽(tīng)”的，即即能把人人們用文文字或語(yǔ)語(yǔ)言所表表達(dá)的問(wèn)問(wèn)題直接接送到計(jì)計(jì)算機(jī)內(nèi)內(nèi)部進(jìn)行行處理。目前常常用的輸輸入設(shè)備備是鍵盤(pán)盤(pán)，鼠標(biāo)標(biāo)器，掃掃描儀等等，以及及用文字字識(shí)別，圖圖像識(shí)別別，語(yǔ)音音識(shí)別的的設(shè)備。輸出設(shè)備備輸出設(shè)備備將計(jì)算算機(jī)輸出出的處理理結(jié)果信信息，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成人人類(lèi)或其其他設(shè)備備能夠接接受和識(shí)識(shí)別的信信息形式式（如字字符，文文字，圖圖形，圖圖像和聲聲音）。理想的輸輸出設(shè)備備應(yīng)該是是“會(huì)寫(xiě)”和“會(huì)講”的?！皶?huì)寫(xiě)”已經(jīng)做做到，如如目前廣廣為使用用的激光光打印機(jī)機(jī)，繪圖圖儀，CCRT/LCDD顯示器器等，這這些設(shè)備備不僅能能輸出文文字信號(hào)號(hào)，而且且還能畫(huà)畫(huà)出圖形形。至于于

13、“會(huì)講”即輸出出語(yǔ)言設(shè)設(shè)備，目目前已有有初級(jí)的的語(yǔ)音合合成產(chǎn)品品問(wèn)世?？刂破骺刂破魇鞘怯?jì)算機(jī)機(jī)的管理理機(jī)構(gòu)和和指揮中中心，它它按照預(yù)預(yù)先確定定的操作作步驟，協(xié)協(xié)調(diào)控制制計(jì)算機(jī)機(jī)各部件件有條不不紊地自自動(dòng)工作作。控制器工工作的實(shí)實(shí)質(zhì)就是是解釋程程序，它它每次從從存儲(chǔ)器器讀取一一條指令令，經(jīng)過(guò)過(guò)分析譯譯碼，產(chǎn)產(chǎn)生一系系列操縱縱計(jì)算機(jī)機(jī)其他部部分工作作的控制制信號(hào)（操操作命令令），發(fā)發(fā)想各個(gè)個(gè)部件，控控制各部部件動(dòng)作作，是整整個(gè)機(jī)器器連續(xù)，有有條不紊紊地運(yùn)行行。高級(jí)級(jí)計(jì)算機(jī)機(jī)中的控控制器可可以改變變某些指指令的順順序，以以改善性性能。對(duì)所有CCPU而而言，一一個(gè)共同同的關(guān)鍵鍵部件是是程序計(jì)計(jì)數(shù)器，它

14、它是一個(gè)個(gè)特殊的的寄存器器，記錄錄著將要要讀取的的下一條條指令的的存儲(chǔ)器器中的位位置。運(yùn)算器運(yùn)算器是是一個(gè)用用于信息息加工的的部件，用用于對(duì)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行行算術(shù)運(yùn)運(yùn)算和邏邏輯運(yùn)算算。運(yùn)算器通通常是由由算術(shù)邏邏輯單元元（Arrithhmettic Loggic Uniit,AALU)和一系系列寄存存器組成成，其中中ALUU是具體體完成算算術(shù)與邏邏輯的運(yùn)運(yùn)算單元元，是運(yùn)運(yùn)算器的的核心，由由加法器器和其他他邏輯單單元組成成。寄存存器用于于存放參參與運(yùn)算算的操作作數(shù)。累累加器是是一個(gè)特特殊的寄寄存器，除除了存放放操作數(shù)數(shù)之外，還還用于存存放中間間結(jié)果和和最后結(jié)結(jié)果。特定的AALU所所支持的的算術(shù)運(yùn)運(yùn)算，可

15、可能僅局局限于加加法和減減法，也也可能包包括乘法法，除法法，甚至至三角函函數(shù)的平平方根。有些AALU只只支持整整數(shù)，而而其它AALU則則可以使使用浮點(diǎn)點(diǎn)來(lái)表示示有限精精度的實(shí)實(shí)數(shù)。但但是，能能夠執(zhí)行行最簡(jiǎn)單單運(yùn)算的的任何計(jì)計(jì)算機(jī)，都都可以通通過(guò)編程程，把復(fù)復(fù)雜的運(yùn)運(yùn)算分解解成它可可以執(zhí)行行的簡(jiǎn)單單步驟。所以，任任何計(jì)算算機(jī)都可可以通過(guò)過(guò)編程拉拉執(zhí)行任任何的算算術(shù)運(yùn)算算，如果果其ALLU不能能從硬件件上直接接支持，則則運(yùn)算則則從軟件件方式實(shí)實(shí)現(xiàn)，但但花費(fèi)較較多的時(shí)時(shí)間。邏輯運(yùn)算算包括與與（ANND），或或（ORR），異異或（XXOR）等等布爾運(yùn)運(yùn)算，對(duì)對(duì)于創(chuàng)建建復(fù)雜的的條件語(yǔ)語(yǔ)句和處處理布爾爾邏

16、輯而而言都是是有用的的。 ALLU還可可以比較較數(shù)值，并并根據(jù)比比較結(jié)果果（如是是否相等等，大于于或小于于）來(lái)返返回一個(gè)個(gè)布爾值值：真（TTUREE）和假假（FAALSEE）。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的的主要功功能是存存放數(shù)據(jù)據(jù)和程序序。程序序是計(jì)算算機(jī)的操操作依據(jù)據(jù)。數(shù)據(jù)據(jù)時(shí)計(jì)算算機(jī)的操操作對(duì)象象，不管管是程序序還是數(shù)數(shù)據(jù)，在在存儲(chǔ)器器中都是是用二進(jìn)進(jìn)制數(shù)的的形式來(lái)來(lái)表示的的，統(tǒng)稱稱為信息息。向存存儲(chǔ)器存存入或從從存儲(chǔ)器器中讀出出信息，都都稱為存存儲(chǔ)器的的訪問(wèn)。計(jì)算機(jī)存存儲(chǔ)器是是由可以以存放和和讀取數(shù)數(shù)值的一一系列單單元組成成的，每每個(gè)存儲(chǔ)儲(chǔ)器都有有一個(gè)編編號(hào)，稱稱為“地址”。向存存儲(chǔ)器中中存數(shù)活活存存

17、儲(chǔ)儲(chǔ)器中取取數(shù)，都都要按給給定的地地址尋找找所選擇擇的尋址址單元，存存儲(chǔ)在存存儲(chǔ)器的的信息可可以表示示任何東東西，文文字，數(shù)數(shù)值甚至至計(jì)算機(jī)機(jī)指令都都可以同同樣容易易地存放放到存儲(chǔ)儲(chǔ)器中去去。存儲(chǔ)器是是計(jì)算機(jī)機(jī)中存儲(chǔ)儲(chǔ)信息的的部件，按按照存儲(chǔ)儲(chǔ)器在計(jì)計(jì)算機(jī)中中的作用用，可以以分為主主存儲(chǔ)器器，寄存存器，閃閃速存儲(chǔ)儲(chǔ)器，高高速緩沖沖存儲(chǔ)器器，輔助助存儲(chǔ)器器等幾種種類(lèi)型，他他們均可可以完成成數(shù)據(jù)存存取工作作，但性性能及其其在計(jì)算算機(jī)中的的作用差差別很大大。主存儲(chǔ)器器計(jì)算機(jī)主主存儲(chǔ)器器（Maain Memmoryy，簡(jiǎn)稱稱主存）通通常采用用半導(dǎo)體體存儲(chǔ)器器，有兩兩種主要要類(lèi)型：隨機(jī)存存儲(chǔ)器（RRan

18、ddom Acccesss Meemorry，RRAM）和和只讀存存儲(chǔ)器（RReaddOnlly MMemoory，RROM）。RAMM可以按按CPUU的命令令進(jìn)行讀讀寫(xiě)，而而ROMM則事先先加載了了固化的的數(shù)據(jù)和和軟件，CCPU只只能讀取取。一般般情況下下，當(dāng)計(jì)計(jì)算機(jī)電電源關(guān)閉閉時(shí)，RRAM的的內(nèi)容被被消除，而而ROMM則會(huì)保保留其數(shù)數(shù)據(jù)。ROM通通常用來(lái)來(lái)存儲(chǔ)計(jì)計(jì)算機(jī)的的初始指指令。在在PC機(jī)機(jī)中，通通常包含含一個(gè)固固化在RROM中中，稱為為BIOOS的專(zhuān)專(zhuān)用程序序，當(dāng)計(jì)計(jì)算機(jī)開(kāi)開(kāi)機(jī)或復(fù)復(fù)位時(shí)，可可以把計(jì)計(jì)算機(jī)操操作系統(tǒng)統(tǒng)從硬盤(pán)盤(pán)加載到到RAMM中。在在通常沒(méi)沒(méi)有硬盤(pán)盤(pán)的嵌入入式計(jì)算算機(jī)中

19、，執(zhí)執(zhí)行任務(wù)務(wù)所需的的全部軟軟件都可可以存儲(chǔ)儲(chǔ)在ROOM中。存儲(chǔ)在RROM中中的軟件件經(jīng)常被被稱為固固件（FFirmmwarre），因因此他從從外觀上上看更像像硬件。（6）寄寄存器 CPPU內(nèi)部部包含一一組稱為為寄存器器（Reegissterr）的特特殊單元元，其讀讀寫(xiě)速度度比貯存存區(qū)域快快得多。不同類(lèi)類(lèi)型的CCPU有有二到一一百多個(gè)個(gè)寄存器器寄存器通通常被認(rèn)認(rèn)為使用用最頻繁繁餓數(shù)據(jù)據(jù)項(xiàng)，以以避免每每次需要要數(shù)據(jù)時(shí)時(shí)都要訪訪問(wèn)主存存。由于于主存比比ALUU和控制制器來(lái)得得慢，減減少主存存訪問(wèn)需需求可以以大大加加快計(jì)算算機(jī)的速速度。閃速存儲(chǔ)儲(chǔ)器閃速存儲(chǔ)儲(chǔ)器（FFlassh MMemoory ,簡(jiǎn)

20、稱稱閃存）可可以像RROM一一樣在關(guān)關(guān)機(jī)時(shí)保保留數(shù)據(jù)據(jù)，但也也可以像像RAMM一樣可可以被重重寫(xiě)，從從而模糊糊了ROOM和RRAM之之間的界界限。但是，閃閃存通常常比常規(guī)規(guī)的RAAM和RROM慢慢得多，所所以局限限于不需需要高速速的應(yīng)用用場(chǎng)合。高速緩沖沖存儲(chǔ)器器（caachee）在現(xiàn)代計(jì)計(jì)算機(jī)中中，存在在一個(gè)或或多個(gè)比比寄存器器慢但比比主存快快的高速速緩沖存存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱高速速緩存）cache，它位于CPU和主存儲(chǔ)器之間，規(guī)模較小但速度快，能夠很好地解決CPU和主存之間的匹配問(wèn)題。通常，計(jì)計(jì)算機(jī)能能夠自動(dòng)動(dòng)地把需需要頻繁繁訪問(wèn)的的數(shù)據(jù)移移入caachee，而無(wú)無(wú)需任何何人干預(yù)預(yù)，當(dāng)需需要讀寫(xiě)寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)時(shí)，CPPU首先先訪問(wèn)ccachhe，只只有當(dāng)ccachhe中不不包含所所需數(shù)據(jù)據(jù)時(shí)，才才開(kāi)始訪訪問(wèn)主存存。輔助存儲(chǔ)儲(chǔ)器半導(dǎo)體存存儲(chǔ)器的的存儲(chǔ)容容量畢竟竟有限，因因此，計(jì)計(jì)算機(jī)又又配備了了存儲(chǔ)容容量更大大的磁盤(pán)盤(pán)存儲(chǔ)器器和光盤(pán)盤(pán)存儲(chǔ)器器，稱為為外存儲(chǔ)儲(chǔ)器（簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱外存存）或輔輔助存儲(chǔ)儲(chǔ)器（簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱輔存存），相相對(duì)而言言，半導(dǎo)導(dǎo)體存儲(chǔ)儲(chǔ)器稱為