计算机组成原理课程设计任务书11-周建国

计算机组成原理课程设计任务书11-周建国（共6篇）

计算机组成原理课程设计任务书11-周建国 篇1

《计算机组成原理》

课程设计任务书

一、设计任务：

1、基本模型机设计与实现；

2、在基本模型机设计的基础上设计一台复杂模型机。

二、功能指标和设计要求：

利用所学过的理论知识，特别是微程序设计的思想，设计基于微程序控制器的模型计算机，包括设计相应的硬件平台、机器指令系统和微指令等。设计环境为TD－CMA计算机组成原理教学实验箱、微机，联机软件等。同时设计好基于模型机的测试验证程序，并在设计好的硬件平台上调试通过，以验证所设计的模型机功能的可行性与可靠性。在设计完成的前提下，撰写出符合要求的课程设计说明书并通过设计答辩。

1.基本模型机设计与实现

设计一台简单模型机，在具备基本必要的硬件平台的基础上，进一步要求其机器指令系统至少要包括五条不同类型指令：如一条输入指令（假设助记符为IN），一条加法指令（假设助记符为ADD），一条输出指令（假设助记符为OUT）、一条无条件转移指令（假设助记符为JMP）和一条停机指令（假设助记符为HLT）；在设计好的模型机基础上，设计一个进行两个数求和运算的测试验证程序，用以验证模型机功能的可行性与可靠性。

2.在任务1的基础上，增加机器指令系统的功能，设计具有不少于10条机器指令的复杂指令系统模型机，包含算术逻辑指令、访问内存指令、控制转移指令、输入输出指令、停机指令等。数据的寻址方式要包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。利用设计的复杂模型机实现两个数的减法运算并判断差得正负，差为正数则输出A，差为负数则输出B，差为零则输出C。在设计好的模型机基础上，进一步设计一个测试验证程序，验证模型机功能的可行性与可靠性。

3、基本模型机和复杂模型机的CPU数据字长为8位，采用定点补码表示。指令字长为8的整数倍。微指令字长为24位。

三、设计步骤：

1、确定设计目标 进行全面深入的模型机设计需求分析，确定所设计计算机的功能和用途。

2、总体结构、数据通路设计及硬件实现

总体结构设计包括确定模型机应具有的基本功能部件（如运算器、控制器以及基本的寄存器等等）以及它们之间的数据通路。

硬件实现基于现有的基本实验箱平台，根据所设计模型机选择必要的元器件，并通过接插件（各种连线等）进行器件连接，组成所设计的模型机硬件系统（物理机）。综合考虑计算机的速率、性能价格比、可靠性等要求，设计合理的数据通路结构，数据通路不同，执行指令所需要的逻辑操作就不同，计算机的结构也就不一样。在此基础上，在后面的微指令设计阶段，就可以依据数据通路关系确定模型机工作过程中的所有微操作，并进一步确定微指令格式中的相应微命令。

3、确定指令系统（机器指令系统）

确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式。确定相对应指令所包含的微操作。

4、机器指令转化为微程序执行的相关设计

过程2、3完成后，就可以根据机器指令系统进行指令周期分析，确定出每条机器指令的CPU周期数。对于微程序控制的计算机，进一步确定出每个CPU周期内的微操作（明确哪些微操作可以安排在同一CPU周期中，哪些微操作则不能）。设计出每条机器指令的方框图形式的指令周期流程图。

5、微指令代码化

依据指令周期流程图以及指定的微指令格式，将设计出程序格式中的各字段（操作控制字段、P测试字段、直接微地址字段）相应的二进制代码（即对应的微命令编码）。

6、设计微指令的相关微地址

根据后续微地址的形成方法（直接微地址或P测试转移后重新形成），确定每条微指令的相关后续微地址。确定好微命令在控存中的存放地址，并将所有微命令写入到控存的相应存储单元中。

7、组装、调试

7.1、在总调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有各功能模块工作正常后，才能保证整机的正常运行。首先调试每条微指令功能，再调试每条机器指令功能。

连接所有模块，用单步微指令方式执行机器指令的微程序流程图，当全部微程序流程图检查完后，若运行结果正确，则在内存中装入一段机器指令，进行其他的运行方式等功能调试及执行指令的正确性验证。

7.2、当所有功能模块都调试正常后，进入总调试。根据设计好的模型机，进一步设计一个功能测试验证程序，运行程序并验证所涉及的模型机功能是否可行和可靠。

四、课程设计报告要求：

课程设计报告要求打印,其中的数据通路框图、微程序流程图、实验接线图用VISIO等绘图工具软件绘制或用铅笔工工整整绘制，要求图文清晰，报告内容包括：

（1）封面

（包括：题目、所在系、班级、学号、指导教师及时间等项）（2）任务书（3）目录

（目录要层次清晰，要给出标题及页次，目录的最后一项是无序号的“参考文献”）。（4）正文

正文应按目录中编排的章节依次撰写，要求论述清楚，文字简练通顺，插图清晰，书写整洁。“设计”不同于实验，要充分体现出“设计”的思想，不能写成实验报告的形式。文中图、表及公式应规范地绘制和书写。正文是实践设计报告的主体，具体由以下几部分组成：

1）课程设计题目；

2）课程设计使用的相关软硬件资源；

3）设计的具体方法和步骤（包括确定所设计计算机的功能和用途、总体结构与数据通路与硬件设计、指令系统、设计指令执行流程、确定微程序地址、微指令代码化、组装、调试、测试验证程序与功能验证情况。）

4）课程设计总结（包括自己的收获与体会；遇到的问题和解决的方法等）；（5）附录

附录1：数据通路图 附录2：微程序流程图

附录3：实验接线图

附录4：实验程序及微程序 附录5：参考文献（资料）

五、设计工作量：

(1)作品：设计的最终作品包括硬件和软件两个部分，要求硬件实现正确，能够演示并达到设计指标的要求。每个学生（或小组）在作品完成后，要经指导教师检查，同意拆除后方可拆卸。(2)论文：严格按上述课程设计说明书的要求撰写和装订。每个学生一份。

六、成绩评定标准：

课程设计的成绩分为：优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级。

优秀：完成复杂模型机的设计与实现，指令系统完备有更新扩充。调试成功。文档规范齐全。

良好：完成模型机的设计与实现，指令系统指令种类丰富有一定的更新。调试成功。文档规范齐全。

中等：完成基本模型机的设计与实现，在老师指导下对指令系统有更新。调试成功。文档规范齐全。

及格：完成基本模型机的设计与实现。调试成功。文档规范齐全。不及格：没有课程设计报告，无故缺勤，不能完成调试者不及格。

七、工作计划：

时间：18周周1~周5 讲授：2课时

设计及调试：26课时 设计报告编8课时 答辩：4课时

八、参考资料：

1、《计算机组成原理》教材，陈智勇主编；

2、《CMA组成原理与系统结实验指导书》

计算机组成原理课程设计任务书11-周建国 篇2

1“计算机组成原理”课程与其它课程之间的关联

“计算机组成原理”课程内容与计算机多门专业课程联系紧密, 学生对其内容的理解直接或间接地影响到学生对其它专业课程的学习, 并关系到学生对计算机系统的整体认识。

“计算机组成原理”课程与“汇编语言程序设计”课程之间的联系。这两门课程之间的联系是自然天成的, 汇编语言是面向机器的程序设计语言, 不同的计算机, 有着不同结构的汇编语言, 针对同一问题所编制的汇编语言程序在不同种类的计算机间是互不相通的。汇编语言与计算机硬件组成的紧密关系铸就了两门课程之间的直接联系。

“计算机组成原理”课程与“高级语言程序设计”课程之间的联系。“高级语言程序设计”课程中的数据类型和“计算机组成原理”课程中的机器数表示有着直接联系。高级语言中的每条语句需要用计算机组成原理中定义的一条或若干条机器语言语句来实现。

“计算机组成原理”课程与“操作系统”课程之间的联系。计算机组成原理课程中的存储系统管理、中断、DMA等重要概念和操作系统中的相关内容是重叠的, 为充分解释相关概念, 需要引入“操作系统”课程的具体内容;同时, 对“操作系统”课程中相关内容的理解, 也需要“计算机组成原理”课程的理论支持。

“计算机组成原理”课程与“编译原理”、“形式语言与自动机”等课程之间都存在着联系。编译器的设计需要以“计算机组成原理”课程为基础。“计算机组成原理”课程中关于控制器的设计所用到的状态机等概念与“形式语言与自动机”等课程中的某些概念存在一定的相关性。

2 教学中普遍存在的问题

分析可以看出, 计算机组成原理”课程”同多门专业课程存在联系。为了达到教学目标, 提高学生专业素质, 应该从理论和实践两方面提高教学质量。目前, 多数学校“计算机组成原理”课程的开展都存在问题。

(1) 理论教学存在“只见树木, 不见森林”的问题。大多数“计算机组成原理”授课教师认为, 授课过程中把计算机的组成及工作原理讲明白就可以了, 因此他们的授课内容仅仅局限于“计算机组成原理”课程内容本身, 缺少甚至没有提及课程之间的联系。这种教学方案使学生失去了将各门专业课程联系起来的绝好机会, 学生们仅仅从硬件层面上熟悉了计算机的各部件构成, 而缺乏对计算机系统的整体认识。

(2) “计算机组成原理”课程实验要求过低。目前, 大多数学校开设了“计算机组成原理”课程实验, 但实验内容大都是验证性的实验, 或者是多个学生作为一组完成模型机的设计。验证性的实验剥夺了学生自己学习、自己设计的机会, 他们按照既定的数据通路被动地验证所学理论知识, 缺少思考, 没有整体概念, 更谈不上创新。多人一起完成的实验使得部分学生在跟着其他同学走, 没有任何收获。

(3) 理论与实践的结合不够。理论与实践是相辅相成的, 实践以理论知识为依据, 通过实践又能更深刻地理解并掌握相应的理论知识。一些学校的“计算机组成原理”课程实验安排没有和“计算机组成原理”课程理论内容统一起来, 比如, 缺少指令系统设计环节, 没有强调数据类型, 不考虑中断异常等。

3 以CP U设计为核心的“计算机组成原理”课程改革

为了使学生在学习“计算机组成原理”课程中, 理解各专业课程之间的关联, 建立计算机系统整体概念, 可以以CPU设计为核心开展“计算机组成原理”课程改革。

3.1 理论内容讲授

“计算机组成原理”理论讲授中, 教师要以模型机设计为主线, CPU设计为核心, 抓住课程之间的联系, 讲授计算机各部件的组成和工作原理。下面以CPU为例, 讨论如何将本课程内容与“高级语言程序设计”、“汇编语言”、“操作系统”、“数字逻辑与数字系统”、“编译原理”等课程建立联系。

(1) CPU设计以指令系统设计为开端, 此部分的讲解可以抓住其与高级语言程序设计、汇编语言、编译原理等专业课的关系, 让学生不仅对指令系统有更深入的理解, 而且能建立系统概念。

(2) CPU包含运算器和控制器两大部分。这里存在多个知识关联点, 比如, 运算器的设计要用到数字逻辑的相关内容;组合逻辑控制器的设计需要强调状态机的相关知识;为使学生们更深刻地理解微程序的概念, 可将微程序与高级语言编写的用户程序做对比。

(3) 介绍异常和中断处理的内容要提及操作系统。

3.2 实践教学的开展

实验内容的开设和实施要以巩固理论知识为前提, 以提高学生创新能力为目的。基础实验完成后, 安排学生完成开放式CPU设计。为达到教学目标, 实验课的开展需要注意以下方面。

(1) 实验要求

(1) 分组问题。为保证每个同学都有收获和提高, 必须要求每个学生自己独立完成CPU的设计, 不能让多个同学作为一组完成一个CPU设计。根据我校的改革经验, 按照CPU设计规范[7], 在教师的指导下, 利用一个星期的时间 (专门进行CPU设计) , 每个学生完全可以独立完成CPU设计。当然, 根据基础不同, 学生们可以自己决定所设计CPU功能的强弱。

(2) 设计的开放性。在强调设计规范的前提下, 为充分发挥学生潜能, 培养学生创新意识, 教师尽量不要干涉学生们的选题, 以保证他们的设计充满个性。

(3) 文档要完整。教师按照设计步骤, 根据实践进度, 要求学生在不同时间点提供具体文档, 文档格式由教师提供。

(4) 最终要求。为保证实习质量, 使学生真正有所收获, 教师在设计之初要明确最终验收的内容和要求。

(2) 实验过程

(1) 进度安排。为保证实验进度, 教师要根据实验要求, 在具体的时间点检查学生的设计结果。

(2) 教师角色。在学生设计过程中, 教师要以引导为主, 不干涉学生的设计思路, 但要拨正学生设计中的逻辑错误。与学生探讨具体知识时, 要以“计算机组成原理”课程的理论知识为主体, 辐射相关课程内容。下面以中断设计为例, 讨论教师角色。

中断设计是学生设计的难点, 教师可以给出中断过程的具体例子, 如ppt翻页的例子[8]。从举例中先让学生分析整个中断过程哪些是由硬件完成, 哪些是由软件实现;再要求学生明确不同硬件的不同作用;接着, 学生确定出CPU在整个中断过程的工作内容;最终给出CPU的中断设计方案 (包括CPU外部引脚、控制器的工作、CPU内部各部件的协调等) 。这样, 通过设计不仅使学生清楚了中断具体过程, 明确了中断隐指令的概念, 而且让学生们对由软硬件构成的计算机系统有了更加深刻地理解。

(3) 设计难点。时序安排是多周期CPU设计的难点。

(3) 实验结果

设计是学生们完成实验的理论前提, 最终的实现还要通过编写代码, 完成仿真等体现出来。以Quartus实现设计为例, 建议学生们采用VHDL输入和原理图输入相结合的方式, 底层的器件用VHDL输入方式完成, 顶层的连接用原理图输入方式实现。为测试设计及实现结果是否正确, 可进行仿真, 仿真要求如下。

(1) 编写测试代码。考虑高级语言程序设计 (或者汇编语言) 编写过的典型程序, 利用自己设计的指令系统, 写出完成某一功能 (如累加和等) 的二进制测试代码。

(2) 加载测试代码并仿真。利用测试代码初始化主存 (主存与CPU连接) , 观察CPU和主存的整体运行结果是否正确。

3.3 前导课程的开设

“数字逻辑与数字系统设计”是“计算机组成原理”课程的前导课程, 本课程的开设直接影响“计算机组成原理”课程教学改革能否顺利进行。以“数字逻辑与数字系统设计”课程的实验教学为例, 给出如下建议。

(1) 内容上, 不仅要求学生完成基本器件 (如数据选择器、译码器、寄存器、寄存器组等) 的设计与实现, 而且要求学生进行状态机的设计与实现。

(2) 实验手段上, 不仅要求学生在面包板上进行相关实验, 而且要求学生利用Quartus完成复杂设计实验。

4 结束语

“计算机组成原理”课程在计算机课程体系中占有重要地位, 它与多门计算机专业课程存在联系, 开展以CPU设计为核心的“计算机组成原理”课程改革不仅能加深学生对本门课程的认识, 更能帮助学生建立计算机系统的整体概念。为达到预期的改革效果, 需要缜密安排教学过程, 合理开设相关课程。

摘要：论述并分析了“计算机组成原理”课程在计算机课程体系中的地位及目前存在的问题;给出了以CPU设计为核心开展“计算机组成原理”课程教学改革的思路和方法, 并分别对理论及实践教学改革的实施细节等进行了讨论;最后, 针对前导课程的开设给出了建议, 以期更好地完成改革, 真正提高教学质量。

关键词：计算机系统,计算机组成,CPU设计,理论教学,实践环节

参考文献

[1]袁春风, 陈贵海, 黄宜华等.“计算机组织与系统结构”课程的教学现状和改革思路[J].计算机教育, 2009 (16) :153-156.

[2]袁春风, 黄宜华, 武港山等.“计算机组织与系统结构”课程群建设实践[J].计算机教育, 2010, 9:80-83.

[3]白中英.数字逻辑、计算机组成原理两门课的衔接性[J].计算机教育, 2011, 10 (19) :36.

[4]朱凌云.对计算机组成原理教学的思考[J].计算机教育, 2011, 10:37-39.

[5]潘松, 潘明.现代计算机组成原理.北京:科学出版社, 2007.

[6]David A.Patterson, John L.Hennessy著, 郑玮民等译.计算机组成与设计:硬件/软件接口 (原书第3版) .北京:机械工程出版社, 2007.4

[7]邹惠, 王建东, 刘坤起等.“计算机组成原理”课程教学探讨[J].工业和信息化教育, 2014, 12:45-48.

计算机组成原理课程设计个人总结 篇3

这次课程设计是在已学计算机组成原理基础上进行的一次大型实验，也是对该课程所学理论知识的深化和提高。因此，要求学生能综合应用所学知识，设计与制造出具有较复杂功能的应用系统，并且在实验的基本技能方面上进行一次全面的训练。

通过对这一闹钟程序的制作，使我对计算机组成原理的基本知识的使用更加熟练，同时也增加了我对计算机组成原理的一些认识，培养从资料文献、科学实验中获得知识的能力，在作业完成过程中通过和同学的交流，也增加了合作的技巧，提高学生从别人经验中找到解决问题的新途径的悟性，初步培养工程意识和创新能力。通过查阅以下资料也学到了一些课本上没有的东西，很多知识从模糊概念到具体的了解，从毫无所知到具体的应用，拓宽了自己的知识面，增加了学好汇编语言的信心。

当然，在本次设计中，遇到了很多问题，开始有些迷茫，在老师的分析以及同学的帮助下，相关资料的查阅，先了解了整个设计的总体设计包括当前时间的获取并显示，码制转换，设定闹钟报鸣的时间。用AND运算，高四位的0 AND 任何的值都是0，而低四位的1 AND 任何的值 它的值还是保持不变。合肥工业大学出版社汇编语言程序设计（王庆生 主编）这本书就帮了我很大的忙，在最后的附录里找到了各操作的格式及功能还有Dos系统功能和BIOS功能调用功能及参数，相当详细。提取系统时间比较难就参考了响铃调用，扬声器开关，灯光控制显示、广播等模块，之后采取各个模块击破的方法，了解各个模块的功能的实现，这下工程花费很长一段时间，又是图书馆查资料，又百度，感觉百度真好，就连一个简单的汇编语句帮我们解析清清楚楚，例如.AND AL,0FH其解答是0FH用二进制表示为0000 1111,其0-3位（低四位）都是1百度文库里资料。汇编很注重寄存器的使用，输入输出，进栈保护现场，出栈恢复现场，光标设置等等。

经过努力调试修改把这个时间控制大部分完成，虽然里面还存在很多问题，譬如缺少错误检测和信息提示，没有写入，感觉自己在计算机组成原理的知识海洋里懂的是那么的少，还需要多学点。

计算机组成原理课设任务书 篇4

课程设计任务书

一、课程设计的目的与任务

课程设计是计算机原理与汇编语言教学过程中的重要环节。本课程设计主要目的是使计算机专业学生深入学习计算机原理与汇编语言知识，进一步提高学生计算机原理与汇编语言综合能力和程序设计技能，锻炼运用计算机原理与汇编语言解决实际问题的能力。

二、课程设计的内容

1．输入a、b、c三个数，求一元二次方程ax+bx+c=0的根，要求界面友好，能对输入参数进行判断，并分析结果，根保留小数点后两位。

2．显示计时时钟（时：分：秒），按空格键开始，初始显示 00：00：00，24小时计时结束或按结束键后又回到零点重新计数。当再次按空格键结束。

3.建立通讯录备忘录，要求存储不少于50个的用户信息，查询并能更新，使用界面灵活、方便。

4．设计图形变换，根据选择可分别画用点组成的圆，用颜色填充的三角形和用颜色填充的矩形。

5．设计编写磁盘拷贝程序，要求在命令行指定源文件名和目标文件名，存储位置。6．从屏幕上方以一定的时间间隔随机落下可显示字符，出现位置随机，在多个字符下落的过程中可输入任意键，若匹配，字母消失计分，若输入不正确，字母继续下落，按ESC键结束并显示命中率。

7．根据系统的实时时钟，设计一个可以设置的定时闹钟，要求显示系统时钟，并依据设定的时间响铃。

8．建立学生档案、成绩系统，要求录入、修改、检索学生成绩，统计指定学生、课程的平均成绩及各分数段人数、学生排名，并用表格形式输出。

9．设计实现一个九九乘法表的输出，根据输入查找对应项并标记。

10．任意输入两个十进制正整数，求这两个数的所有公约数；求出这两个数的平方差，若是负的要输出负号；计算两个数各占和的百分比，按照“%”的格式输出，小数点后保留两位。11．根据文本信息，要求基于选择的文本，统计文本词汇出现次数，并进行标记。

212．根据输入值，计算该数值范围内的素数，以十进制输出，每行 10 个，每输出一个素数要有数秒停顿，统计这些素数的个数，计算这些素数之和，并闪烁显示。

13．设计完成计算器，输入数值表达式，计算输出十进制结果。

14．设计数据加密程序，输入待处理文本，采用加密算法对其进行加密和解密运算处理。15．设计编程从键盘输入日期年份，通过计算确定该日期是星期几，年份是否为闰年的信息。其中，判断闰年的规则是：如果某一年能被4整除但不能被100整除或者该年能被400整除，则该年为闰年。

16．设计模型机，在虚拟平台选择ALU、微控制器等需要的芯片组件，设计连接电路，具体见附件。

三、课程设计要求

1、严格遵守机房规章制度，按时上机；

2、态度端正，独立思考，严禁抄袭，如发现抄袭者，双方均计零分；

3、上机前写好相关算法及源代码；

4、编写程序实现其功能，并认真书写课程设计报告。

四、课程设计报告要求

1、问题描述，解决的方法。

2、程序模块功能，程序设计组成框图、流程图。

3、调试与测试。调试方法，测试结果的分析与讨论，遇到的主要问题及采取的解决措施。

4、测试结果，用几组测试数据进行测试算法设计的正确性。

5、本次课程设计的心得体会。

6、附录：源程序清单和结果，源程序要加注释。

五、成绩评定

成绩分为优（90-100）、良（80-89）、中（70-79）、及格（60-69）、不及格（60分以下）五档，考核标准如下：

1、编写的实际程序和运行结果（50%）；

2、课程设计报告（30%）；

3、平时成绩（20%）。附录一：封面

中南大学

计算机原理与汇编语言

课程设计报告

题 目 学生姓名 指导教师 学 院 专业班级

×××× 年 × 月 附录二：课程设计报告的书写规范

① 课程设计报告统一使用A4纸撰写，单面使用，背面不得书写正文或绘制图表。

版芯统一为：

页边距：左2.8CM、右2.8 CM、上2.5 CM、下2.2CM、行间距20磅。

② 报告可以用计算机编辑、打印；也可以用手工抄写，同一篇报告只能用一种墨水书写（包括文字和图表），图表不得徒手画。

③ 全篇报告分章节撰写，各章内容应安排得当，不宜太少。④ 报告编排格式

每章标题以三号黑体居中书写；“章”下空两行为“节”，“节”的标题以四号黑体左起书写；“节”下空一行为“小节”；“小节”的标题以小四号黑体左起书写。换行后空两格书写正文。正文采用小四号宋体。

第一章 ××××（三号黑体、居中书写）

1．1 ××××（四号黑体、左起书写）1．1．1 ××××（小四号黑体、左起书写）1． ××××（小四号楷体、空两格书写）

××××（正文，采用小四号宋体）2． ××××

×××× 1．1．2 ×××× 1．2 ×××× 1．2．1 ××××

第二章 ××××

2．1 ×××× 2．1．1 ××××

1． ××××（小四号楷体、空两格书写）

××××（正文，采用小四号宋体）2． ××××

×××× 2．1．2 ×××× 2．2 ×××× 2．2．1 ××××

⑤ 文中的图、表、公式一律采用阿拉伯数字分章编号，如：图2.5，表3.2公式（5.1）等。

文中的所有的图都必须有图号和图名。图号、图名居中置于图的下方，图号在前、图名在后，两者间空一格，末尾不加标点。图中的术语、符号、单位等应与正文中的表述一致。文中的所有的表都必须有表号和表名。表号、表名居中置于表的上方，表号在前、表名在后，两者间空一格，末尾不加标点。表中的参数应标明量和单位的符号。图号、图名、表号、表名一律采用五号楷体。

公式应另起一行并居中采用五号楷体书写，公式的编号用括号括起来，写在右边的行末，其间不加虚线。

图、表、公式等与正文之间要有一定的距离。

⑥ “参考文献”四字居中用三号黑体字，空一行左起按顺序依次列出全部参考文献，将序号置于方括号内，用小四号楷体字。

⑦ 篇眉从正文开始至全文结束，采用宋体五号字左起书写课程设计报告题名，靠右写章标题。

计算机组成原理课程论文 篇5

一、计算机系统概论：

主要介绍了计算机的组成概貌以及工作原理，旨在使读者对计算机总体结构有一个概括的了解，为学习后面内容打下基础。

计算机系统由硬件和软件两大部分组成，它们共同决定了计算机性能的好坏。计算机系统的层次结构经过了多次的发展由最初的一级层次结构发展到了如今的多层次结构。

紧接着，就谈到了著名的冯*诺依曼计算机，它的特点：

1、计算机是由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成。

2、指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻址。

3、指令和数据均用二进制数表示。

4、指令由操作码和地址码组成，操作码是用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。

5、指令在存储器内按顺序存放。

6、机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。现在的计算机由三大部分组成：CPU、I/O设备以及主存储器，以存储器为系统中心。CPU和主存储器合起来称为主机，I/O设备又称为外部设备。计算机硬件的主要技术指标有机器字长（指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关）、存储容量（包括贮存容量和辅存容量）、运算速度（与很多因素有关，如机器的主频、执行什么样的操作、主存本身速度都有关）。

二、系统总线

总线是连接多个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质。当多个部件与总线相连时，如果出现两个或两个以上部件同时向总线发送信息，必将导致信号冲突，传输失效。因此，在某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接受相同的信息。

总线按传送方式可分为并行传输总线和串行传输总线；按使用范围可分为计算机总线、测控总线、网络通信总线等；按连接部件可分为片内总线、系统总线和控制总线，本书重点介绍。总线的性能指标：总线宽度、总线带宽、时钟同步/异步、总线复用、信号线数、总线控制方式等。总线的结构通常分为单总线结构和多总线结构。总线的控制主要包括判优控制和通信控制，总线判优控制分为集中式判优（链式查询、计数器定时查询和独立查询）和分布式判优（自举分布式和冲突检测分布式）。总线通信控制主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及双方如何协调配合，通常用四种方式：同步通信、异步通信、半同步通信和分离式通信。

三、存储器

存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。按存储介质分类可分为半导体存储器、磁表面存储器、磁芯存储器和光盘存储器，按存取方式分为随机存储器、只读存储器、串行访问存储器，按在计算机中分类分为主存储器、辅助存储器、缓冲存储器。存储器有三个性能指标：速度、容量和每位价格。存储器的扩展通常有位扩展和字扩展，位扩展即增加存储字长,如将8片16K*1位的存储芯片连接，可组成一个16K*8位的存储器。字扩展是指增加存储字的数量，如2片1K*8位的存储芯片可组成一个2K*8位的存储器。在与存储器外部设备交换信息时，可采用高速原件、使用层次结构、调整主存的结构来提高访存速度。

四、输入输出系统

I/O系统是操作系统的一个重要的组成部分，负责管理系统中所有的外部设备。计算机外部设备。在计算机系统中除CPU和内存储外所有的设备和装置称为计算机外部设备（外围设备、I/O设备）。I/O设备：用来向计算机输入和输出信息的设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机等。I/O设备与主机交换信息有三种控制方式：程序查询方式，程序中断方式，DMA方式。程序查询方式是由CPU通过程序不断的查询I/O设备是否做好准备，从而控制其与主机交换信息。程序中断方式不查询设备是否准备就绪，继续执行自身程序，只是当I/O设备准备就绪并向CPU发出中断请求后才给予响应，这大大提高了CPU的工作效率。在DMA方式中，主存与I/O设备之间有一条数据通路，主存与其交换信息时，无需调用中断服务程序。

五、运算器

计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传送等操作，亦称算术逻辑部件（ALU）。运算器由：算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。加减法主要采用补码定点加减法进行运算，乘法可视为加法和移位，主要方法有原码一位乘、原码两位乘、补码一位乘、补码两位乘等，乘积的符号位由两个数的符号位异或运算结果决定。除法运算可视为减法和移位，主要方法有恢复余数法、加减交替法，其中原码除法的符号位单独处理，补码除法的符号位参与运算并最终获得结果。浮点加减法可分为

1、对阶，使两数的小数点位置对其；

2、尾数求和，将对阶后的两尾数按定点加减运算规则求和或差；

3、规格化；

4、舍入，要考虑尾数右移时失去的数值位；

5、溢出判断。浮点乘除运算，乘积的阶码应为相乘两数的阶码之和，乘积的尾数应为相乘两数的尾数之积，商的阶码为被除数的阶码减去减数的阶码，尾数为被除数的尾数除以除数的尾数所得的商。

六、指令系统 一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制代码，指令的基本格式如：操作码字段+地址码字段，其中操作码指明了指令的操作性质及功能，地址码则给出了操作数或操作数的地址。指令包括操作码域和地址域两部分。根据地址域所涉及的地址数量，常见的指令格式有以下几种：三地址指令、二地址指令、单地址指令、零地址指令。根据指令内容确定操作数地址的过程称为寻址。可分为指令寻址和数据寻址两大类。其中数据寻址可再细分为：

1、立即寻址：立即寻址的特点是操作数本身设在指令字内，即形式地址A不是操作数地址，而是操作数本身，又称之为立即数。数据采用补码形式存放；

2、直接寻址：特点是指令字中的形式地址A就是操作数的真实地址EA，即EA=A；

3、隐含寻址：隐含寻址是指指令中不明显给出操作数的地址，其中操作数的地址隐含在操作码或某个寄存器中；

4、间接寻址：有效地址是由形式地址间接给出来的，即EA=（A）；

5、寄存器寻址：在寄存器寻址的指令字中，地址码字段直接指出了寄存器的的编号，即EA=Ri；

6、寄存器间接寻址：Ri中内容不是操作数，而是操作数所在主存单元的地址号，即有效地址EA=（Ri）；

7、基址寻址：基址寻址需设有基址寄存器BR，其操作数的有效地址EA等于指令字中的形式地址与基址寄存器中的内容相加，即EA=A+(BR)；变址寻址：变址寻址与基址寻址极为相似，其有效地址EA等于指令字中的形式地址A与变址寄存器IX的内容相加之和，即EA=A+(IX)。

七、CPU的结构和功能

CPU具有控制程序的顺序执行（指令控制）、产生完成每条指令所需的控制命令（操作控制）、对各种操作加以时间上的控制（时间控制）、对数据进行算术运算和逻辑运算（数据加工）以及处理中断等功能。一条指令的执行过程按时间顺序可分为以下几个步骤：

1、CPU发出指令地址。将指令指针寄存器（IP）的内容——指令地址，经地址总线送入存储器的地址寄存器中。

2、从地址寄存器中读取指令。将读出的指令暂存于存储器的数据寄存器中。

3、将指令送往指令寄存器。将指令从数据寄存器中取出，经数据总线送入控制器的指令寄存器中。

4、指令译码。指令寄存器中的操作码部分送指令译码器，经译码器分析产生相应的操作控制信号，送往各个执行部件。

5、按指令操作码执行。

6、修改程序计数器的值，形成下一条要取指令的地址。若执行的是非转移指令，即顺序执行，则指令指针寄存器的内容加1，形成下一条要取指令的地址。指令指针寄存器也称为程序计数器。中断的作用：一方面，有了中断功能，PC系统就可以使CPU和外设同时工作，使系统可以及时地响应外部事件。而且有了中断功能，CPU可允许多个外设同时工作。这样就大大提高了CPU的利用率，也提高了数据输入、输出的速度；另一方面，有了中断功能，就可以使CPU及时处理各种软硬件故障。计算机在运行过程中，往往会出现事先预料不到的情况或出现一些故障，如电源掉电、存储出错，运算溢出等等。计算机可以利用中断系统自行处理，而不必停机或报告工作人员。

八、控制单元

控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)和操作控制器0C(Operation Controller)三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。它根据用户预先编好的程序，依次从存储器中取出各条指令，放在指令寄存器IR中，通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作，然后通过控制总线送至相应部件实现功能。常见的控制方式有同步控制、异步控制、联合控制和人工控制。控制单元的设计有两种方法：组合逻辑设计和微程序设计。组合逻辑设计首先要确定控制方式，然后决定微操作的节拍安排，再根据微操作列出微操作命令的操作时间表、求出最简逻辑表达式并画出微操作的逻辑图。这种方法思路清晰，但每一个微操作都对应一个逻辑电路，最终的控制单元会十分庞杂。微程序设计是指将一条机器指令编写成一个微程序，每一个微程序包含若干条微指令，每一条微指令对应一个或几个微操作命令，然后把这些微程序存到一个控制存储器中，用寻找用户程序机器指令的方法来寻找每一个为程序中的微指令。这些微指令以二进制代码形式表示，每位代表一个控制信号，因此逐条执行每一条微指令，也就相应的完成了一条机器指令的全部操作。微指令的编码方式有直接编码、字段直接编码、字段间接编码、混合编码等，微指令格式有水平型微指令和垂直型微指令。

计算机组成原理课程设计任务书11-周建国 篇6

王庆荣，兰州交通大学，甘肃分中心

感谢教育部举办全国高校教师《计算机组成原理》课程的网络培训，给我们这些讲计算机组成原理的教师提供了一个学习、进修、交流的机会，领略了国家级名师的风采，聆听了国家级名师的授课，拓宽了视野，受益匪浅。从哈工大的《计算机组成原理》国家级精品课程中学到了很多东西，从唐朔飞老师一丝不苟的教学态度中也得到了很多启迪。

在唐教授和向琳老师的讲授中，对《计算机组成原理》及实验课的教学中教学理念和教学内容、方法给予了充分的讲解与剖析。建立学员对该精品课程的深入、全面理解，了解精品课程的建设思路、理念及经验。对教学过程中的难、重点进行深度剖析，明确解决思路；通过相对细致的案例分析和现场示范课形式，使学员掌握实际教学要点。这次学习心得体会总结如下：

1．同一名称的课程，不同的学校，不同的培养目标，不同的学生基础，在课程的深度和广度上应该不同。我任教的学校是兰州交通大学，学生计算机基础知识偏差，在组成课教学中，本着讲基本、抓重点的原则，首先讲清楚最基本、最重要的内容。如果一开始学生就感觉很难，听不懂，那就很难调动学生学习该课程的积极性。所以要将难的东西讲简单、讲通俗，再配合一两个例子，讲清楚这部分内容的实际应用，能用它来干什么。

2．作为青年教师必须保证优质的教学质量，教师本身必须对本课程的基本内容非常熟悉，并能融会贯通，同时对该门课程的相关课程也要熟悉。提高教师素质对任何一所学校而言, 都是一个较难实行的问题。精品课程的建设，数字化网络资源的利用为提高教师素质提供了一个有效载体。教学资源的共享，使传统意义上的传、帮、带的模式，吸收了全新的血液。使青年教师有机会接触到名师大师教学的特色，为培养青年教师开辟了一个新模式，大大缩短了青年教师培训、提高的时间。在自身主观上，应该认识到丰富的知识是提高教学质量的前提，只有把教学内容为同学们很好吸收消化之后，才能达到提高教学质量的目的。分析组成教材，教师要根据自己学校的专业特点及个人的特长对教材认真研究，吃透内容，结合自己学生的特点进行取舍、增删。并且将教学内容利用讲稿的形式体现出来，因为讲稿不同于教材，在内容上要有重点、难点，要体现一个思路。

3．采用多媒体教学手段，配合板书讲授，教师要注意形象，上课要仪表大方，穿着整洁，讲话要干净利落，用词准确，内容上重难点突出，知识传递要贯穿一条主线，以便学生加深理解和记忆，也有利于培养学生兴趣。该课程通过对计算机组成原理的分析、讲解和配套实验，培养学生计算机硬件的系统级认知能力。总体上讲，课程内容理论性强、很抽象，学生学习还是有一定的困难，实验课的安排，是学生能动手去做，促进对课堂内容的理解。

4．设置疑点，提出悬念，激发学生主动探求答案。多年来“填鸭式”的教学，使学生已经习惯了上课时只听不想的思维习惯，习惯于死记硬背，不会引申、触类旁通，更谈不上创新意识了，所以在大学一定要改变教学方法，重点放在引导学生自己去思考，自己学习，自己理解的能力。就像唐老师所讲的，在教学过程中，多提问、留悬念，激发学生自主学习的能力。

5．根据教学进度和学时，合理选择书上习题，以达到进一步加深理解课堂讲授的内容。每一章讲授结束，收一次作业，给出成绩，并作一次集体答疑，讲解作业中的共性问题。作业成绩记入总成绩内。作为老师要敬业，大学教师这个职业是个“良心活”，付出的越多，学生收获就越大。老师要认真批改作业，登记成绩，如唐老师所讲，冲着老师这样认真仔细的批改，他也会相应认真做作业、认真听讲。“老师一句鼓励的话，学生也许会受益一生”。

6．考题设计的指导思想是注重能力的考核，而不是记忆的考核。现在我们学校有一个很不好的风气，就是考试前给学生划重点，学生只按重点复习。其实平时老师讲的多的地方、强调的地方就是重点，而考试只是重点中的一部分。学生养成这种习惯，平时听讲注意力不集中，也不思考，左耳朵进右耳朵出，就等着最后老师划范围，好像是为了考试而学习。

7．实现优质教育资源共享。在各高校，教学资源的利用往往局限于自己所在院校的现有资源的利用上, 处于一种半封闭的状态，使学校的教育受到一定的局限与制约。然而精品课程建设，一方面要求教师打破传统教学的授课模式，尽可能去拓展利用一切教育资源；另一方面，要求开放精品课程网站，扩大对外影响，让更多的人可利用这种资源来学习，使教育资源得到共享。如果说前者是开发利用资源，那么后者则是校际间的共享，这种共享只有在精品课程建设框架下方可实现。