计算机组成原理.docx

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计算机组成原理

课程设计任务书

设计题目模型机设计与实现

设计目的

1.巩固和加深所学的硬件系统知识；

2.学习和掌握硬件系统的设计方法；

3．掌握计算机各模块的原理和相互关系,建立计算机整机概念

4．利用基本模型机的构建与调试实验，完整地建立计算机硬件的整机模型，掌握CPU的基本结构和控制流程，掌握指令执行的基本过程。

设计任务<在规定的时间内完成下列任务）

1．掌握CISC微控制器功能与微指令格式

2．设计五条机器指令,并编写对应的微程序

3．在TDN-CM+教案实验系统中调试机器指令程序,确认运行结果

时间安排

1.第19周周1（1月7日下午>:

全体集中讲解课程设计原理与方法

2.第19周周1～5（1月7～11日>:

分班调试，撰写设计报告

具体要求

1．1月7日周6：

熟悉任务，掌握设备

2．周日：

完成模型机的实验线路连接

3．周1：

调试模型机，记录实验结果

4．周2：

拟定课程设计报告大纲

5．周3：

撰写并打印课程设计报告

指导教师签名：

田小华2018年1月6日

教研室主任签名：

20年月日

一、程序设计4

1.1程序设计目的4

1.2实验设备4

1.3程序设计基本原理4

二、课程设计任务及分析4

3.1机器指令5

3.2微程序流程图5

3.3微指令代码7

3.4课程设计实现步骤8

3.4.1实验箱接线图8

3.4.2操作步骤9

四、实验运行结果11

五、课程设计总结12

5.1机器指令的微程序（十六进制格式>:

12

5.2个人总结13

六、参考文献14

一、程序设计

1.1程序设计目的

1.巩固和加深所学的硬件系统知识；

2.学习和掌握硬件系统的设计方法；

3．掌握计算机各模块的原理和相互关系,建立计算机整机概念

4．利用基本模型机的构建与调试实验，完整

地建立计算机硬件的整机模型，掌握CPU的基本结构和控制流程，掌握指令执行的基本过程

1.2实验设备

PC微机一台及TDN-CM组成原理实验系统一台，排线若干。

1.3程序设计基本原理

部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次课设是在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。

这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。

模型机设计四大类指令共十六条，其中包括算术逻辑指令、I／O指令、访问存储器及转移指令和停机指令

二、课程设计任务及分析

从输入设备中读取数据X并将其存入以K为直接地址的内存单元，计算2X，取反后加X减1并将结果存入以N为间接地址的内存单元，最后输出。

在进行这一次设计之前，我们先明确的这次设计的大体过程,画大体图—汇编程序—流程图—微指令代码—检查，然后我们进行了下一步骤，观察任务在进行这一次的设计之时首先我们看见了在读取与储存时的两种不同的寻址方式，想到了这两种的不同，具体表示在流程图上面就是间接寻址要通过地址先找地址再找数据所以要分两次，然后我们又看了看我们的运算所需要的过程，参考书本后，我们决定了将2X通过一次X加X算术运算来实现，因为2X的取反只需要做非运算即可，非运算书上有，加法运算书上有，减1运算书上面也有，于是我们就决定在预算过程过程中通过4次来实现，所以我们想到了先计算X加X然后在将2X求非再加X最后减1的运算流程，于是一个初步的构想于是就这样形成了，在写汇编程序时候我们也是忠实的按照这个构想来写的。

设计顺序大致如下：

先画出了程序的流程，然后写出了汇编程序，并且写出了机器指令，其次我们完成了总体的流程图，然后根据流程图写出了微指令以及微指令代码，将机器指令代码与微指令代码写成了一个txt文档用机器录入，运行程序，对照程序上面显示的图与我们画的流程图进行对照，检查来判断这次实验的成功与否。

三、设计原理

3.1机器指令

在部件实验中，我们是人为用二进制开关来模拟一些控制信号来完成数据通路的控制。

而在本课程设计中，数据通路的控制将由微程序控制器来完成，即一条机器指令对应一个微程序。

本设计的规定项目采用五条机器指令：

IN<输入）、MOV<将最终计算结果存入间接地址中）、ADD<二进制加法）、NOT（给2X取非>、STA<将X存入直接地址中）、DEC（减1>、OUT<输出）、HLT<保持执行结束状态，不再执行操作），其指令格式如下表3.1<前四位是操作码）：

表3.1机器指令格式

地址<二进制）

内容<二进制）

助记符

说明

00000000

00000000

INR0

“INPUTDEVICE<班号）”→R0

00000001

00010000

ADD[0AH],R0

R0+[0AH]→R0

00000010

00001010

00000011

00100000

STAR0,[0BH]

R0→[0BH]

00000100

00001011

00000101

00110000

OUT[0BH]

[0BH]→LED

00000110

00001011

00000111

01000000

JMP00H

00H→PC

00001000

00000000

00001001

00001010

00001001

学号<09号同学）

00001011

00010100

求和结果<班号加学号）=FF

3.2微程序流程图

图3.1微程序运行流程图

图3.2控制台运行流程图

3.3微指令代码

表3.2微指令代码

八进制

二进制格式

十六进制格式

微地址

S3S2S1S0MCnWEA9A8

A

B

C～

μA5～μA0

微地址

微指令内容

00Q

000000011

000

000

100

010000

00H

018110H

01Q

000000011

110

110

110

000010

01H

01ED82H

02Q

000000001

100

000

001

001000

02H

00C048H

03Q

000000001

110

000

000

000100

03H

00E004H

04Q

000000001

011

000

000

000101

04H

00B005H

05Q

000000011

010

001

000

000110

05H

01A206H

06Q

100101011

001

101

000

000001

06H

959A01H

07Q

000000001

110

000

000

001101

07H

00E00DH

10Q

000000000

001

000

000

000001

08H

001001H

11Q

000000011

110

110

110

000011

09H

01ED83H

12Q

000000011

110

110

110

000111

0AH

01ED87H

13Q

000000011

110

110

110

001110

0BH

01ED8EH

14Q

000000011

110

110

110

010110

0CH

01ED96H

15Q

000000101

000

001

000

000001

0DH

028201H

16Q

000000001

110

000

000

001111

0EH

00E00FH

17Q

000000001

010

000

000

010101

0FH

00A015H

20Q

000000011

110

110

110

010010

10H

01ED92H

21Q

000000011

110

110

110

010100

11H

01ED94H

22Q

000000001

010

000

100

010111

12H

00A117H

23Q

000000011

000

000

000

000001

13H

018001H

24Q

000000000

010

000

000

011000

14H

002018H

25Q

000001110

000

101

000

000001

15H

070A10H

26Q

000000001

101

000

110

000001

16H

00D181H

27Q

000001110

000

101

000

010000

17H

070A10H

30Q

000001101

000

101

000

010001

18H

068B11H

指令寄存器（IR>用来保存当前正在执行的一条指令。

当执行一条指令时，先把它从内存取到缓冲寄存器中，然后再传送至指令寄存器。

指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数构成。

为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试[P（1>]，通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。

“指令寄存器”（实验板上标有“INSDECODE”的芯片>根据指令中的操作码译码结果强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应得微程序首地址。

本系统使用两种外部设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备（INPUTDEVICE>。

另一种是数码管，它作为输出设备（OUPUTDEVICE>。

例如：

输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不变。

输出时，将输出的数据送到数据总线BUS上，当写信号（W/R>有效时，将数据打入输出锁存器，并在数码管显示。

其微指令格式为：

表3.3微指令格式

3.4课程设计实现步骤

3.4.1实验箱接线图

接线图如下图3.1所示，按图仔细接线，确保完全无误。

图3.1

3.4.2操作步骤

<1）微控器编程开关拨至RUN,“STEP”→STEP，“STOP”→RUN

<2）实验箱利用COM1口与微机连接，实验箱加电，启动微机：

①进入安装实验系统的目录，例如D:

\CMP；

②对实验箱复位；

③桌面上选择CMP图标，运行CMP.EXE，进入实验运行环境；

④选择转载菜单的装载功能：

C:

\TANGDU\CMP\SAMPLE\EX1.TXT；

⑤选择数据通路图标：

在INPUT单元开关置班号01,内存0AH单元置学号1B

⑥CLR:

1→0→1

⑦运行菜单的连续运行功能，若运行正确，将在“OUTPUT”模块看到十六进制的结果班号01加学号1B的和1C；

C:

\TANGDU\CMP\SAMP