计算机组成原理课程设计Word下载.docx

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同步控制方式是指统一发出的时序信号对各项操作进行同步控制。

在同步控制方式中，操作时间被划分为许多长度固定的时间段，一个时间段就是一个节拍，也称为时钟周期。

时钟周期作为基本的时序单位，一旦确定，便固定不变，这是同步控制方式的主要特点。

异步控制方式是指各项操作不受统一时序信号的约束，而是根据实际需要安排不同的时间。

在异步控制所涉及的操作范围内，没有统一的时钟周期划分和同步定是脉冲，只是异步控制方式的基本特点。

1.3控制器分类

组合逻辑控制器。

执行指令是，由组合逻辑电路在相应时间发出所需的微命令，控制有关操作。

这种产生微命令的方式就是组合逻辑控制方式。

组合逻辑控制器主要包括微命令发生器、指令寄存器IR、程序寄存器PC、状态字寄存器PSW、时序系统等部件。

所谓微程序控制方式，是指微命令不是由组合逻辑而是由微命令译码产生的。

微命令控制器与组合逻辑控制器的最大不同之处是微命令产生部件的实体发生了变化，它不是由一些组合逻辑电路的集合，而是一个控制寄存器CM和相应的微命令寄存器uIR，还有微地址形成电路以及微地址寄存器uRA等部件。

2.算术、逻辑运算部件

在计算机中，运算部件主要由输入逻辑、算术逻辑运算部件、输出逻辑三部分组成。

其中ALU是运算器部件的核心，即可完成算术运算，也可完成逻辑运算。

ALU的组成

一位加法器—包括由两个半加器构成的一位全加器和由与非门构成的一位进位门。

一位输入选择器由一对与或非门构成。

控制门—用来选择ALU做算术运算和逻辑运算。

3.CPU模型

模型机指令系统

3.1指令格式

从简单、规整出发，模型机采用定长指令格式，每条指令16位长，占据一个存储单元。

由于指令字长有限，采用寄存器型寻址，及指令格式中给出寄存器号，根据不同寻址方式形成相应地址。

3.2寻址方式

模型机寻址方式的特点是在指令中直接给出寄存器编号，供CPU编程访问、可编程寄存器R0~R3、堆栈指针SP、程序计数器PC、程序状态字PSW。

针对同一种寻址方式编码，制定不同的寄存器，可以派生出多种不同的寻址方式。

（1）寄存器寻址

操作数地址存放在制定的寄存器。

这种寻址方式可用来设置初始值，如设置某个寄存器的内容，或设置堆栈指针，或设置程序起始地址，或设置程序状态字等。

（2）寄存器间址

操作数地址存放在指定的寄存器中，而操作数则放在由该地址所指示的存储单元中。

因此这种寻址方式需要内容访存，从主存单元读取操作数，或将数据写入住存单元。

（3）自减型寄存器间址

将指定寄存器的内容减1后作为操作数地址再按此地址访存，从主存中读取操作数，或将数据写入主存。

（4）自增型寄存器间址

操作数地址在指定寄存器中，访存后将寄存器内容加1，作为新的地址指针。

（5）自增型双间址

将指定寄存器的内容作为操作数的间接地址，根据该地址访存后寄存器内容加1，指向下一个间址单元。

双间址需两次访存，第一次从间址单元中读取操作数地址；

第二次访存再从操作数地址单元中取得操作数，或向该单元写入数据。

（6）变址寻址方式

在变址方式中，形式地址存放在紧跟指令的存储单元中，所指定的变址寄存器内容作为变址量，将形式地址与变址量相加，其结果为操作数地址。

再根据该地址访存，读取或写入操作数。

（7）跳步方式

现行指令执行后，不是顺序执行下一条指令，而是执行再下一条指令。

因此在取指后PC+1,然后进行一次PC+1，使PC内容指向现行指令之后第二个单元。

这是一种实现程序分支的方法。

3.3指令类型

根据模型机指令格式，操作码有4位，现用14种操作码表示了15种指令，余下2种操作码组合可供扩展。

按操作数多少，可将模型机的指令分为双操作数指令和但操作数指令两大类；

按指令本身的功能又可将这些指令分为传送、运算、转移等三类。

3.4传送指令

由于可选用多种寻址方式，MOV指令可用来预置寄存器或单元内容，实现寄存器间、寄存器存储器间、各存储单元间的信息传送，还可实现堆栈操作PUSH、POP，不专设方寸指令。

在系统结构上将外围接口寄存器与主存单元统一编址，因而MOV指令可用来进行I/O操作，不再专门设置显示I/O指令。

3.5双操作数算逻指令

逻辑运算指令用来实现位检测、位清除、位设置、位修正等位操作功能，所用屏蔽字可由立即寻址方式提供。

异或指令可实现判符合操作。

3.6程序控制类指令

程序控制类指令包括转移指令、返回指令和转子指令，用来实现程序的转移。

3.7总线与数据通路结构

3.7.1总线

总线是一组能为多个部件分时共享的信息传送线

3.7.2内总线

模型机内部数据通路的特点是：

由ALU汇集各数据，单向内总线实现数据分配，寄存器在逻辑上分立。

各寄存器将其输出分别送至ALU的输入选择器，ALU输出经移位器送到内总线上，内总线是16根单项数据传送线，它们连接到各寄存器对应的D输入端。

数据究竟送入哪一个或哪几个寄存器，取决于及存取器是否收到CP脉冲，控制器只向需要接收数据的寄存器发同步打入脉冲。

这种通路结构的优点是简单、规整、控制集中，便于设置微命令；

缺点是只有一组基本数据通路，并行程度较低。

3.7.3系统总线

CPU通过总线与外部连接，如连接主存、各种外围设备。

系统总线可分为地址总线、数据总线、控制总线三种。

3.7.4指令

指令是程序可执行形态的基本单元，它以代码形式按一定格式给出要求计算机执行的操作类型，以及相应的操作数地址等控制信息，一条指令控制实现了一步操作。

3.7.5指令中的基本信息

操作码；

操作数或操作数地址；

存放运算结果的地址；

后继指令地址

3.8MOV指令图

第二章需求分析

1.导言

1.1目的

该文档是为用户学习计算机指令流程软件要求，主要描述了该软件的设计需求，以及所要达到的功能。

将作为以后开发以及概要设计阶段的设计输入。

本文档的预期读者有：

设计人员

开发人员

项目管理人员

测试人员

指导老师

客户

1.2范围

此软件用于初学计算机组成原理的学生用于模拟计算机指令流程学习用，教师也可用于教学之中。

2.系统定义

2.1项目来源及背景

在学习计算机指令执行流程的时候，由于其内容比较空洞抽象造成了老师教授和学生学习理解的不便。

在正常教学时也不方便进行展示。

运用该软件不但便于课堂教学同时也方便同学们的理解与掌握计算机的指令执行流程。

同时具有快捷性、方便性、检索迅速查找方便、可靠性高、寿命长、成本低等。

这些优点能够极大高学习效率降低学习的成本。

优化了教学方式，并有利与提高学生的积极性主动性。

2.2项目要达到的要求

此软件的现实意义在于方便老师的教学与同学的理解之余同时提高同学的积极性，是同学可以主动学习，更加深入理解计算机内部的指令执行流程，深入理解计算机硬件。

本项目目标如下：

1.软件能够提供友好的用户界面，使操作人员的工作量最大限度的减少

2.软件具有良好的运行效率，能够得到提高生产率的目的

3.软件应有良好的可扩充性，可以容易的加入其它系统的应用

4.平台的设计具有一定的超前性，灵活性

5.通过这个项目可以锻炼队伍，提高团队的开发能力和项目管理能力

6.尽可能方便用户需求，不会出现错误

2.3软件整体结构

本软件的整体结构为根据用户需求，以用户选择的指令为准，模拟指令的执行流程，显示出指令执行的过程，并在屏幕的图上进行显示，可刷新操作。

其关系图为：

指

令

流

程

模

拟

软

件

选择执行的指令

选择延迟

模拟指令流程

显示

刷新已执行指令流程

3.应用环境

本项目的应用环境可以分硬件环境、软件环境来描述。

3.1系统运行硬件环境

本系统的硬件环境如下：

用户机：

普通PC

CPU：

P41.8GHz

内存：

256MB以上

分辨率：

推荐使用1366*768像素

3.2软件运行软件环境

本系统的软件环境如下：

操作系统：

Windowsxp，Windows7

开发工具包：

VS2010

PC上装有.NET2.0或以上版本

4.功能规格

我们采用面向对象分析作为主要的系统建模方法，运用C#语言进行程序的编写。

UseCase描述的是“actor”（用户、外部系统以及系统处理）是如何与系统交互来完成工作的。

UseCase模型提供了一个非常重要的方式来界定系统边界以及定义系统功能，同时，该模型将来可以派生出动态对象模型。

4.1角色（Actor）定义

角色或者执行者（Actor）指与系统产生交互的外部用户或者外部系统。

4.2系统住UseCase图

本软件只有一种用户，用户只需下载使用即可。

系统主UseCase图如下：

4.3用户端

用户只需下载安装此软件即可使用此软件功能，可用于学习与教学。

用户

安装软件

选择需要模拟的指令

显示模拟的指令

用户端的主要功能为模拟并显示用户要求的流程，将计算机执行流程的顺序显示出来，并在缩略图上显示出顺序。

用户端功能描述：

功能一：

显示可模拟的计算机指令流程，在见面的右边可以看到。

功能二：

可显示出要模拟流程的执行过程，文字描述在右下角，缩略图描述在软件界面左边。

功能三：

可将已执行的计算机指令文字描述清空，有一按钮执行此功能。

4.3.1显示可模拟的计算机指令流程

用例描述：

显示可模拟的计算机指令流程

执行者：

前置条件：

用户进入软件主页面

后置条件：

点击下拉菜单

基本路径：

1.用户打开软件

2.点击下拉按钮可看到可模拟的流程

4.3.2显示出要模拟流程的执行过程

显示出要模拟流程的执行过程

点击打开执行功能

1．用户打开软件

2．点击下拉按钮选择要模拟的流程

3．显示文字描述与缩略图描述

4.3.3清空已模拟的指令流程

用例描述：

清空已模拟的指令流程

点击打开清空功能

4．点击清空按钮

5.性能需求

根据用户对的需要，确定系统在响应时间、可靠性、安全等方面有较高的性能要求。

5.1界面需求

系统的界面要求如下：

页面内容：

主题突出，站点定义、术语和行文格式统一、规范、明确，栏目、菜单设置和布局合理，传递的信息准确、及时。

内容丰富，文字准确，语句通顺；

专用术语规范，行文格式统一规范。

导航结构：

界面具有明确的导航指示，且便于理解，方便用户使用。

技术环境：

界面大小适当，方便不同的使用者使用。

艺术风格：

界面、版面形象清新悦目、布局合理,字号大小适宜、字体选择合理，前后一致，美观大方。

5.2响应时间需求

当客户使用软件的时候，进行任何操作的时候，系统应该及时的进行反应，反应的时间在5秒以内。

系统应能监测出各种非正常情况，如软件运行出错，与系统不兼容等，避免出现长时间等待甚至无响应。

5.3可靠性需求

系统正常运行，正确提示相关内容。

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