计算机组成原理课程设计复杂模型机的设计与实现.docx
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计算机组成原理课程设计复杂模型机的设计与实现
课程设计报告书
所属课程名称计算机组成原理课程设计
题目复杂模型机的设计与实现
2012年6月8日
目录
第一章课程设计内容及要求2
第二章总体设计3
第三章数据格式及指令系统4
第四章实验步骤8
第五章课程设计心得14
第六章参考文献14
第一章课程设计内容及要求
综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。
⑴模型机规定采用定点补码表示法表示数据,且字长为8位。
⑵模型机设计四大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、存数指令、取数指令、转移指令和停机指令，设计一台微程序控制的模型机。
⑶根据设计，在实验台上组装调试通过。
⑷用16条指令，编写一个汇编语言程序，调试通过。
第二章总体设计
复杂模型机的数据通路框图如图3—16所示。
根据复杂模型机的硬件电路设计监控软件（机器指令），再根据机器指令要求，设计微程序流程图及微程序，最后形成16进制文件。
第三章数据格式及指令系统
1、数据格式
模型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为8位，其格式如下：
7
6543210
符 号
尾 数
其中第7位为符号位，数值表示范围是：
－1≤X＜1。
2、指令格式
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、存数指令、取数指令、转移指令和停机指令。
⑴算术逻辑指令
设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：
7654
32
10
OP-CODE
RS
RD
其中，OP—CODE为操作码，RS为源寄存器，RD为目的寄存器，并规定：
RS或RD
选定的寄存器
00
01
10
R0
R1
R2
9条算术逻辑指令的名称、功能具体见表3－8。
⑵访问指令及转移指令
模型机设计2条访问指令：
即存数STA、取数LDA；2条转移指令：
即无条件转移JMP、有进位转移指令BZC。
指令格式为：
76
54
32
10
00
M
OP-CODE
RD
D
其中，OP—CODE为操作码，RD为目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）。
D为位移量（正负均可），M为寻址模式，其定义如下：
寻址模式M
有效地址E
说 明
00
01
10
11
E＝D
E＝（D）
E＝（RI）+D
E＝（PC）+D
直接寻址
间接寻址
RI变址寻址
相对寻址
本模型机规定变址RI指定为寄存器R2。
⑶I/O指令
输入IN和输出OUT指令采用单字节指令，其格式如下：
7654
32
10
OP-CODE
addr
RD
其中，addr=01时，选中输入数据开关组KD0～KD7作为输入设备，addr=10时，选中2位数码管作为输出设备。
⑷停机指令
指令格式如下：
7654
32
10
OP-CODE
0 0
0 0
HALT指令，用于实现停机操作。
3、指令系统
本模型机共有16条基本指令，其中算术逻辑指令7条，访问内存指令和程序控制指令4条，输入输出指令2条，其它指令1条。
表3—8列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。
第四章实验步骤
⑴设计复杂模型机的监控软件，详细如下：
＄P0044IN01,R0
＄P0146IN01,R2
＄P0298ADCR2,R0
＄P0381MOVR0,R1
＄P04F5RLCR1,R1
＄P050CBZC00,00
＄P0600
⑵根据复杂模型机的监控软件设计微程序流程图
如图3—17所示
按照实验机设计的微指令格式,参照微指令流程图，设计微指令，并形成二进制代码表。
⑶将二进制代码表转换为联机操作时的十六进制格式文件（文件名C8JHE3）。
程序：
＄P0044
＄P0146
＄P0298
＄P0381
＄P04F5
＄P050C
＄P0600
微程序：
＄M00088105
＄M0182ED05
＄M0250C004
＄M0304A004
＄M04A0E004
＄M0506E004
＄M0607A004
＄M07A0E004
＄M088AED05
＄M098CED05
＄M0A3BA004
＄M0B018005
＄M0C3C2004
＄M0D0EA004
＄M0E0FB605
＄M0F25EA95
＄M1083ED05
＄M1185ED05
＄M128DED05
＄M13A6ED05
＄M14011004
＄M15010407
＄M16168005
＄M17019A3D
＄M18019205
＄M192AA205
＄M1A2CB205
＄M1B32A205
＄M1C33A205
＄M1D36A205
＄M1E378235
＄M1F398235
＄M20019004
＄M21018406
＄M2281DB05
＄M23E48005
＄M24018005
＄M25A0AA95
＄M2627A004
＄M2728BC05
＄M2829EA95
＄M29A0AA95
＄M2A2BB405
＄M2B419B95
＄M2C2DA405
＄M2D6EAB05
＄M2E2FAA0D
＄M2F30AA05
＄M3071810D
＄M31419B95
＄M32019A05
＄M3335B405
＄M3481DB05
＄M35419BBD
＄M36019A0D
＄M3738882D
＄M38019805
＄M393A881D
＄M3A019805
＄M3B080A07
＄M3C098A06
⑷实验接线
在实验八的基础上将跳线器J13和J14由右边相连改为左边相连，再将IJ1连IJ2。
详细如下：
a、跳线器J1～J12全部拨在右边（自动工作方式）；
b、跳线器J16、J18、J23、J24全部拨在左边；
c、跳线器J15、J19、J25全部拨在右边，跳线器J13、J14拨在左边；
d、跳线器J20～J22、J26、J27连上短路片；
e、UJ1连UJ2，JSE1连JSE2，SJ1连SJ2；
f、MBUS连BUS2；
g、REGBUS连BUS5；
h、PCBUS连EXJ2；
i、ALUBUS连EXJ3；
j、ALUO1连BUS1；
k、EXJ1连BUS3；
l、ALUO2连BUS4；
n、IJ1连IJ2。
接线图
⑸连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。
⑹写微程序和程序
①手动方法写微程序参看实验六。
手动方法写代码程序（机器指令）步骤如下：
通过上一步将机器指令对应的微代码正确地写入E2ROM2816芯片后，再进行机器指令程序的装入和检查。
A.将“编程开关”置“运行”位置，“运行方式”开关置“单步”位置。
B.拨动总清开关（0→1），微地址寄存器清零，程序计数器清零。
然后使控制开关SWC、SWA开关置为“01”，按动一次“启动运行”开关，微地址显示灯LUA0～LUA5显示“001001”，再按动一次“启动运行”开关，微地址显示灯LUA0～LUA5显示“001100”，此时数据开关的内容置为要写入的机器指令，再按动一次“启动运行”开关，即完成该条指令的写入。
若仔细阅读微程序流程，就不难发现，机器指令的首地址只要第一次给入即可，PC会自动加1，所以，每次按动“启动运行”开关，只有在微地址灯显示“001100”时，才设置内容，直到所有机器指令写完。
C.写完程序后须进行检验。
拨动总清开关（0→1）后，微地址清零，PC程序计数器清零，然后使控制开关SWC、SWA为“00”,按动“启动运行”开关，微地址灯将显示“001000”，再按“启动运行”开关，微地址灯显示为“001010”，第三次按“启动运行”开关，微地址灯显示为“111011”，此时总线数据显示灯LZD0～LZD7显示为该首地址的内容，再次按动“启动运行”开关，微地址灯显示为“001000”，此时，2位数码管显示的内容即为RAM中的数据，不断按动“启动运行”开关，可检查后续单元内容。
注意：
每次仅在微地址灯显示为“001000”时，2位数码管显示的内容才是相应地址中的机器指令内容。
②联机读/写微程序和程序
用联机软件的装载功能将16进制格式文件（文件名为C8JHE3）装入实验机即可（详细操作见联机软件的README）。
⑺运行程序
①单步运行程序
A.“编程开关”置“运行”状态，“运行方式”开关置为“单步”状态,“运行控制”开关置为“运行”状态。
B.拨动总清开关（0→1），微地址清零，PC计数器清零，程序首地址为OOH。
C.按动“启动运行”开关，即单步运行一条微指令。
对照微程序流程图，观察微地址显示灯是否和流程一致。
② 连续运行程序
A.“编程开关”置“运行”状态，“运行方式”开关置为“连续”状态,“运行控制”开关置为“运行”状态。
B.拨动总清开关，清微地址及PC计数器，按动“启动运行”开关，系统连续运行程序。
如果要停止程序的运行，只需将“运行控制”开关置为“停止”状态，系统就停机。
⑻采用单步或连续运行方式执行机器指令，参照机器指令及微程序流程图，将实验现象与理论分析比较，验证系统执行指令的正确性。
第五章课程设计心得
通过对模型机的设计与实现，我学会了如何将一套理论用于实践，把学过的知识转化成真正的东西，学会了如何融会贯通，虽然在设计的过程中也遇到了许多的困难和瓶颈，但是都可以通过努力来解决，这样自己会很有成就感，也学会了做任何事都要细心，不然就可能功亏一篑，通过反思这次课程设计的过程，我发现我们不仅需要正确的，有目的性的做出自己想要的东西，我们还要学会掌握速度，要高效率，高准确度的完成工作，要目的明确，这次设计，让我很有成就感，对这门课的知识的掌握也达到了一个新的高度与。
！
第六章参考文献
[1]蒋本珊.计算机组成原理[M].北京：
北京邮电大学出版社，2012年2月.
[2]计算机组成原理实验指导书[M].华东交通大学理工院
[3]黄颖.计算机组成原理[M].北京：
机械工业出版社，2008年
5月
[4]杨光煜.计算机组成原理[M].北京：
机械工业出版社，2009年4月
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