计算机组成原理课程设计的实验报告.doc
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长治学院
课程设计报告
课程名称：
计算机组成原理课程设计
设计题目：
设计一台性能简单的计算机
系别：
计算机系
专业：
计科1101班
组别：
第三组
学生姓名:
学号:
起止日期:
2013年7月4日~2013年7月10日
指导教师:
张剑妹
目录
一、课程设计的目的----------------------------------1
二、设计要求----------------------------------------1
三、设计的方法及过程---------------------------------2
3.1整机设计--------------------------------------2
3.1.1根据设计要求正确设置正确设置多路开关-------2
3.1.2操作控制信号及其实现方式-------------------2
3.1.3根据接线表画出整机的线路图-----------------2
3.2．设计指令系统----------------------------------3
3.3．设计微指令及指令的微程序----------------------4
3.3.1设计微地址--------------------------------4
3.3.2写出指令的执行流程-------------------------3
3.3.3编写指令的微程序---------------------------5
3.4．编写并执行应用程序----------------------------8
四、心得体会-----------------------------------------7
一课程设计的目的
通过课程设计更清楚地理解下列基本概念：
（1）计算机的硬件基本组成；
（2）计算机中机器指令的设计；
（3）计算机中机器指令的执行过程；
（4）微程序控制器的工作原理；
（5）微指令的格式设计原理；
二设计要求
题一研制以台性能如下的实验计算机。
（1）没有外部设备；
（2）运算器采用单累加器多寄存器结构；
（3）操作数寻址方式有：
立即数寻址、寄存器寻址、直接寻址；
（4）设计由如下指令组成的指令系统，其中L为累加器A，Jx为通用寄存器。
将指令的二进制编码填入表中；
序号
指令助记符
指令功能
指令编码
第一字节
第二字节
1
JIAL，JX
（L）+（JX）àL
2
YIDONGL，JX
（JX）àL
3
YIDONGJX，L
（L）àJX
4
ZHUANGZDIZHI
（DIZHI）àL
5
FASONGDIZHI
Là（DIZHI）
6
ZHUANZDIZHI
L是零转移
7
ZHUANCYDIZHI
有进位转移
8
ZHUANL0DIZHI
L0位是1转移
9
ZHUANYIDIZHI
无条件转移
10
YIDONGL，SHUJU
SHUJUàL
11
YIDONGJX，SHUJU
SHUJUàJX
12
TINGJI
停机
（5）计算各指令的微地址并写出各指令的微程序；
（6）将下列程序手工汇编、手工装入并运行，察看运行结果。
ORG100
START:
YiDONGL,#3（5F03H）
YIDONGJ1,#05（5905H）
JIAL,J1
FASONG00D
TINGJI·
（7）编写汇编语言程序实现如下功能：
将内存某两个单元的数据相加后存入另一个单元中，若有进位，则在00B单元中存入数据0，否则在00B单元中存入数据1；
（8）将该应用程序机器汇编、机器装入、并连续运行，察看运行结果并验证程序的正确性；
三设计的方法及过程
3.1整机设计
3.1.1根据设计要求正确设置正确设置多路开关
（1）设计单累加器多寄存器结构的运算器,要求开关KA、KB、KC、KR分别置左、右、右、下。
（2）为了便于微指令的设计,标出在运算器中数据的传输方向。
3.1.2操作控制信号及其实现方式
微操作控制信号设计的一般原则
1）对于电平有效的操作控制信号,可采用微指令码直接控制。
2）对脉冲型和电平跳变信号,需外加门电路实现。
3）对需多个控制信号的器件,通常将某些信号固定好,其他信号接某个Mi。
设计实验接线表
按模块逐个归纳整理,明确各模块中各器件各控制信号的处理方法,将其分别接在某个Mi上.
1）运算器模块
累加器A:
X0----M16X1----M17CA----φ
累加暂存器ACT:
CC----φCG----M5
暂存器TMP:
CT-----+5VOT----M10
算逻单元:
S3-S0----M23-M20Cn----M19M----M18
输出缓冲器BUF:
OB----M8
进位产生线路:
P2-P0不用SB、SA----X1X0CP----M13+φ
2）寄存器堆模块
RR----M1WR----M0·φA、B将有指令部件控制
3）指令部件模块
指令寄存器IR1:
GI----M7CI----φ
指令寄存器IR2:
CL----M14·φ
IR1、IR2输出控制:
OI----M15
程序计数器PC:
P+1----M6CLR----+5VCK----φ
LP由LP’通过M9间接控制
PC输出控制:
PCO由P+1通过M6间接控制
4）内存模块:
RC----M2（RC’）+φWC----M3（WC’）+φ
5）总线缓冲模块:
B1、B3----RFB2----RC’
6）微程序控制模块
微程序计数器MPC:
MCLR----ROMCLK----PO
MLD----M4MP+1----+5V
操作码散转控制:
MD10-MD6----GND
MD5-MD2----I7-I5,I2MD1-M0----+5V
微指令寄存器:
MIG----GNDMICP----启停模块产生
7）启停和时序模块:
DR----M5RCP----φ
3.1.3根据接线表画出整机的线路图如下：
图1.整机逻辑框图
3.2设计指令系统
表一指令系统
序号
指令助记符
指令功能
指令编码
第一字节
第二字节
1
JJLNL，JX
（L）+（JX）àL
111111JX
2
YIDONGL，JX
（JX）àL
110111JX
3
YIDONGJX，L
（L）àJX
110110JX
4
ZHUANGZDIZHI
（DIZHI）àL
10111a10a9a8
a7~a0
5
FASONGDIZHI
Là（DIZHI）
10011a10a9a8
a7~a0
6
ZHUANZDIZHI
L是零转移
01100a10a9a8
a7~a0
7
ZHUANCYDIZHI
有进位转移
01101a10a9a8
a7~a0
8
ZHUANL0DIZHI
L0位是1转移
01110a10a9a8
a7~a0
9
ZHUANYIDIZHI
无条件转移
01111a10a9a8
a7~a0
10
YIDONGL，SHUJU
SHUJUàL
01011111
SHUJU
11
YIDONGJX，SHUJU
SHUJUàJX
010110JX
SHUJU
12
TINGJI
停机
00000000
3.3设计微指令及指令的微程序
3.3.1计算微地址
微程序入口地址形成方法：
MD10MD9MD8MD7MD6MD5MD4MD3MD2MD1MD0
00000I7I6I5I211
取指微指令放在000H处。
表二微地址
序号
指令助记符
微地址
1
JIAL，JX
03FH
2
YIDONGL，JX
037H
3
YIDONGJX，L
033H
4
ZHUANGZDIZHI
02FH
5
FASONGDIZHI
027H
6
ZHUANZDIZHI
01BH
7
ZHUANCYDIZHI
01CH
8
ZHUANL0DIZHI
01DH
9
ZHUANYIDIZHI
01DH
10
YIDONGL，SHUJU
017H
11
YIDONGJX，SHUJU
013H
12
TINGJI
003H
3.3.2写出指令的执行流程
表三指令的执行流程
指令助记符
节拍
微操作
控制信号
控制信号有效性
JlAL，JX
T1
（ACT）+（JX）→BUF→IDB→L置CY
RR,A,B
/CN,M,S3,S2,S1,S0
OB,XO,X1，CA
SA,SB,CP
0,I1,I0
1,0,1,0,0,1
0,1,1,↑
1,1,↑
YIDONGL，JX
T1
（JX）→BUF→IDB→L
RR,A,B
/CN,M,S3,S2,S1,S0
OB,XO,X1,CA
0,I1,I0
1,1,0,0,0,0
1,1,1,↑
YIDONGJX，L
T1
（ACT）→BUF→IDB→JX
/CN,M,S3,S2,S1,S0
OB,WR,A,B
1,1,1,1,1,1,
0,0,I1,I0
ZHUANGZDIZHI
T1
（PC）→IAB→OAB
（M）→ODB→IDB→IR2
（PC）+1→（PC）
PCO,B1
RC,B2,B3,CL
P+1,CK
0,0
0,0,0,↑
1,↓
T2
（IR1、IR2）→IAB→
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