计算机组成原理课程设计.docx
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计算机组成原理课程设计
存档资料成绩：
华东交通大学理工学院
课程设计报告书
所属课程:
计算机组成原理课程设计
题目:
复杂模型机的设计与实现
分院:
电信分院
专业班级:
11级计算机科学与技术
（1）班
学 号:
20110210440129
学生姓名:
余小宝
指导教师:
蔡久评
2013年6月26日
目 录
目 录1
引言2
第一章：
课程设计目的2
第二章：
设计内容及要求2
第三章：
设计分析3
3.1：
数据格式3
3.2：
指令格式3
（1）：
算术逻辑指令3
（2）：
访存指令及转移指令4
（3）：
I/O指令4
（4）：
停机指令5
3.3：
指令系统5
第四章：
设计方法与步骤6
4.1：
设计复杂模型机的监控软件6
4.2：
微程序流程图6
4.3：
二进制转十六进制格式文件9
4.4：
实验步骤：
10
（1）实验的接线图为：
10
（2）接通电源11
（3）编程11
（4）校验11
（5）写程序/运行程序11
（6）运行程序。
12
提示：
13
第五章：
设计心得体会13
致谢14
参考文献14
引言
本课程设计是《计算机组成原理》课程结束以后开设的大型实践性教学环节。
通过 本课程设计，加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识，特别是对微程序控制器的理解，进一步巩固所学的理论知识，并提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；锻炼计算机硬件的设计能力、调试能力；培养严谨的科学实验作风和良好的工程素质，为今后的工作打下基础。
第一章：
课程设计目的
综合运用所学计算机原理实验知识，设计并实现较为完整的计算机。
第二章：
设计内容及要求
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3章：
设计分析
3.1：
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
654321
符号
尾数
3.2：
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、访问存储器、转移指令和停机指令。
（1）：
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：
D7D6D5D4
D3D2
D1D0
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：
选中的寄存器（Rs或Rd）
R0
R1
R2
寄存器的编码
00
01
10
（2）：
访存指令及转移指令
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）、结果为零或有进位转移指令（BZC）。
其格式如下：
D7D6
D5D4
D3D2
D1D0
D7····D0
OP-CODE
M
OP-CODE
Rd
D
其中，OP-CODE为操作码，Rd为目的寄存器，D为位移量（正负均可），M为寻址方式，其定义如下：
寻址方式
有效地址
说明
00
E=D
直接寻址
01
E=（D）
间接寻址
10
E=（RI）+D
RI变址寻址
11
E=（PC）+D
相对寻址
本模型机规定变址寄存器RI指定为寄存器R2。
（3）：
I/O指令
输入和输出指令采用单字节指令，其格式如下：
D7D6D5D4
D3D2
D1D0
OP-CODE
addr
Rd
其中，addr=01时，表示选中“输入单元”中的开关组作为输入设备，addr=10时，表示选中“输出单元”中的数码管作为输出设备。
（4）：
停机指令
这类指令只有1条，即停机指令HALT，用于实现停机操作，指令格式如下：
D7D6D5D4
D3D2
D1D0
0110
00
00
3.3：
指令系统
本模型机共有16条基本指令。
其中，算术逻辑指令9条，访问内存指令和程序控制指令4条，输入输出指令2条，其他它指令1条。
表1列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。
表1复杂模型机指令系统
序号
汇编符号
指令格式
功能说明
1
CLRRd
011100Rd
0→Rd
2
MOVRS,Rd
1000RSRd
RS→Rd
3
ADCRS,Rd
1001RSRd
RS＋Rd＋Cy→Rd
4
SBCRS,Rd
1010RSRd
RS－Rd－Cy→Rd
5
INCRd
1011--Rd
Rd＋1→Rd
6
ANDRS,Rd
1100RSRd
RS∧Rd →Rd
7
COMRd
110100Rd
Rd →Rd
8
RRCRS,Rd
1110RSRd
RS带进位右循环一位，RS→Rd
9
RLCRS,Rd
1111RSRd
RS带进位左循环一位，RS→Rd
10
LDAM,D,Rd
00M00Rd，D
E→Rd
11
STAM,D,Rd
00M01Rd，D
Rd→E
12
JMPM,D
00M1000，D
E→PC
13
BZCM,D
00M1100，D
当CY=1或ZI=1时，E→PC
14
INaddr,Rd
010001Rd
addr→Rd
15
OUTaddr,Rd
010110Rd
Rd→addr
16
HALT
01100000
停机
第四章：
设计方法与步骤
4.1：
设计复杂模型机的监控软件
＄P00 00
＄P01 10
＄P02 0A
＄P03 20
＄P04 0B
＄P05 30
＄P06 0B
＄P0740
＄P0800
＄P0A01
4.2：
微程序流程图
本模型机的数据通路如图1所示。
根据复杂模型机的监控软件，设计微程序流程图，如图2所示.
图1复杂模型机的设计的数据通路图
图2微程序流程图
4.3：
二进制转十六进制格式文件
按照系统建议的微指令格式，参照微指令流程图，将每条微指令代码化，译成二进制代码表，并将二进制代码表转换为联机操作时的十六进制格式文件，见表2。
表2
24
23
22
21
20
19
18
17
16
151413
121110
987
6
5
4
3
2
1
S3
S2
S1
S0
M
Cn
WE
A9
A8
A
B
C
uA5
uA4
uA3
uA2
uA1
uA0
A字段B字段
字段
15
14
13
选择
12
11
10
选择
9
8
7
选择
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
LDRi
0
0
1
RS-B
0
0
1
P
（1）
0
1
0
LDDR1
0
1
0
RD-B
0
1
0
P
（2）
0
1
1
LDDR2
0
1
1
RI-B
0
1
1
P（3）
1
0
0
LDIR
1
0
0
299-B
1
0
0
P（4）
1
0
1
LOAD
1
0
1
ALU-B
1
0
1
AR
1
1
0
LDAR
1
1
0
PC-B
1
1
0
LDPC
4.4：
实验步骤：
（1）实验的接线图为：
图4实验接线图
（2）接通电源
按图3连接实验线路，仔细查线无误后，接通电源。
（3）编程
A.将控制台单元的编程开关SP06设置为WRITE（编程）状态。
B.将控制台单元上的SP03置为STEP，SP04置为RUN状态。
C.用开关单元的二进制模拟开关设置微地址UA5~UA0。
D.在微控制器单元的开关LM24~LM01上设置微代码，24位开关对应24位显示灯，开关量为1时灯亮，开关量为0时灯灭。
E.按动START键，启动时序电路，即将微代码写入到28C16的相应地址单元中。
F.重复C~E步骤，将表3的微代码写入28C16中。
（4）校验
A.将编程开关SP06设置为READ（校验）状态。
B.将实验板的SP03开关置为STEP状态，SP04开关置为RUN状态。
C.用二进制开关置好微地址μA5～μA0。
D.按动START键，启动时序电路，读出微代码．观察显示灯LM24～LM01的状态（灯亮为“1”，灭为“0”），检查读出的微代码是否与写入的相同。
如果不同，则将开关置于WRITE编程状态，重新执行
（2）即可
（5）写程序/运行程序
A.将控制台单元上的SP03置为STEP状态，SP04置为RUN状态，SP05置为NORM状态，SP06置为RUN状态。
B.拨动开关单元的总情开关CLR（1→0→1），微地址寄存器清0，程序计数器清0。
然后使开关单元的SWB、SWA开关设置为“01”，按动一次START，微地址显示灯显示“001001”，再按动一次START，微地址灯显示“001100”，此时数据开关的内容置为要写入的机器指令，按动两次START键后，即完成该条指令的写入。
若仔细阅读KWE的流程，就不难发现，机器指令的首地址总清后为00H，以后每个循环PC自动加1，所以，每次按动START，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.写完程序后须进行校验。
拨动总清开关CLR（1→0→1）后，微地址清零。
PC程序计数器清零，然后使控制台开关SWB，SWA为“00”，按动启动START，微地址灯将显示“001000”；再按START，微地址灯显示为“001010”；第3次按START，微地址灯显示为“111011”；再按START后，此时输出单元的数码管显示为该首地址中的内容。
不断按动START，以后每个循环PC会自动加1，可检查后续单元内容。
每次在微地址灯显示为“001000”时，是将当前地址中的机器指令写入到输出设备中显示。
（6）运行程序。
（A）单步运行程序
①使编程开关SP06处于RUN状态，SP03为STEP状态，SP04为RUN状态，SP05为NORM状态，开关单元的SWB，SWA为“11”。
②拨动总清开关CLR（1→0→1），微地址清零，程序计数器清零，程序首址为00H。
③单步运行一条微指令，每按动一次START键，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。
④当运行结束后，可检查运行结果是否和理论值一致。
（B）连续运行程序
①使编程开关SP06处于RUN状态，SP03为RUN状态，SP04为
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