计算机组成原理课程设计报告基本模型机设计与实现.docx
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计算机组成原理课程设计报告基本模型机设计与实现
本科生课程实习
题目
基本模型机设计与实现
课程名称
计算机组成原理
学生姓名
学生学号
所在专业
所在班级
指导教师
职称
时间
成绩
目录
一、课程设计题目2
二、课程设计使用的实验设备2
三、课程设计内容与步骤2
1、所设计模型机的功能与用途3
2、数据通路图4
3、微代码定义4
4、微程序流程图5
5、微指令二进制代码6
6、本课程设计机器指令7
7、模型机的调试与实现7
（1）接线图7
（2）写程序8
（3）运行程序8
四、总结9
参考文献……………………………………………………………………………………9
.
一、课程设计题目
基本模型机设计与实现
二、课程设计使用的实验设备
TDN-CM计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干
三、课程设计内容与步骤
不见实验过程中，各部件单元的控制信号是认为模拟产生的，而本次课程实习将能在为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。
本课程设计采用六条机器指令：
IN（输入）、AND（与运算）、DEC（自增1）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件跳转），其指令格式如下：
序号
助记符
机器指令码
功能说明
1
IN
00000000
"DATAUNIT"中的开关状态→R0
2
ADDaddr
00010000********
R0+[addr]→R0
3
DEC
00100000
（R0+1）→R0
4
STAaddr
00110000********
R0→[addr]
5
OUTaddr
01000000********
[addr]→BUS
6
JMPaddr
01010000********
[addr]→PC
其中IN、DEC为单字长，其余为双字长指令，********为addr对应的二进制地址码。
1、所设计模型机的功能与用途
本次课程设计设计的模型机包括六条指令，输入、与运算、自增、存数、输出、无条件跳转。
利用此模型机可完成两个数的与运算，一个数从键盘输入，另个数从内存中读取，再将运算结果自增1，把最后结果保存到内存中，并且将运算结果输出
2、数据通路图
3、微代码定义
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
CE
LDPC
A
B
C
ua5
ua4
ua3
ua2
ua1
ua0
12
11
10
选择
0
0
0
0
0
1
RS-B
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
ALU-B
1
1
0
SW-B
1
1
1
PC-B
9
8
7
选择
0
0
0
0
0
1
P
（1）
0
1
0
0
1
1
1
0
0
P（4）
1
0
1
15
14
13
选择
0
0
0
0
0
1
LDRi
0
1
0
LDDR1
0
1
1
LDDR2
1
0
0
LDIR
1
0
1
LOAD
1
1
0
LDAR
A字段
B字段
4、微程序流程图
当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P
（1）测试；控制台操作为P（4）测试，它以控制台开关SWB、SWA作为测试条件，共三路分支。
5、微程序设计完毕后，将每条微指令代码化，将流程图转化为二进制代码表
微地址
S3S2S1S0MCNWECELDPC
A
B
C
UA5---UA0
00
000000011
101
110
101
010000
01
000000011
110
111
000
000010
02
000000000
100
000
001
001000
03
000000000
110
000
000
000100
04
000000000
011
000
000
000101
05
000000010
010
001
000
000110
06
101100010
001
101
000
000001
07
000000010
001
101
000
000001
10
000000010
001
110
000
000001
11
000000011
110
111
000
000011
12
000000010
010
001
000
000111
13
000000011
110
111
000
001110
14
000000011
110
111
000
010101
15
000000011
110
111
000
010111
16
000000000
110
000
000
001111
17
000000100
000
001
000
000001
20
000000011
110
111
000
010010
21
000000011
110
111
000
010100
22
000000000
000
000
000
010000
23
000000010
000
000
000
000001
24
000000100
000
110
000
010001
25
000000000
110
000
000
010110
26
000000000
000
000
000
000001
27
000000001
101
000
000
000001
6、本课程设计机器指令
地址（二进制）
内容（二进制）
助记符
说明
01000000
00000000
INR0
"DATAUNIT"→R0
01000001
00010000
ADD[4BH],R0
R0+[4BH]→R0
01000010
01001011
01000011
00100000
DECR0
（R0+1）→R0
01000100
00110000
STA[4CH]
R0→[4CH]
01000101
01001100
01000110
01000000
OUT[4CH]
[4CH]→BUS
01000111
01001100
01001000
01010000
JMP[40H]
40H→PC
01001001
00010000
01001010
01001011
00000010
自定
01001100
求和结果
7、模型机的调试与实现
（1）接线图
（2）写程序
A、现将机器指令对应的微代码正确写入2816中。
B、使用控制台KWE和KRD微程序惊醒机器指令程序的装入和检查。
使编程开关处于run，step为step状态，stop为run状态拨动总清开关CLR0——》1微地址寄存器清零。
此时用”DATAUNIT”单元的八位二进制开关给出要写入RAM区的首地址，控制台SWB、SWA开关置为“01”按动一次启动开关START，微地址显示灯显示“010001”，再按动一次START，微地址灯显示“010100”，此时数据开关的内容置为要写入的机器指令，按动一次START键，即完成该条指令的写入。
若仔细阅读KWE的流程，就不难发现，机器指令的首地址只要第一次给入计科，PC会自动加一，所以，每次按动START，只有在微地址灯显示“010100”时，才设置内容，知道所有机器指令写完。
C、写完程序后应该进行校验。
拨动总清开关CLR0——》1后，微地址清零。
此时用”DATAUNIT”单元的8位二进制开关置要读的RAM区的首地址，控制台开关SWB、SWA为00，按动启动开关START，微地址灯将显示010000，再按动START，微地址灯显示010010，第三次按START，微地址灯显示为010000，此时总线的显示灯显示为首地址的内容来不断按动START，可检查后续单元内容，注意：
每次仅在微地址显示灯为010000时，显示灯的内容才是相应地址中的机器指令内容
（3）运行程序
单步运行程序
A、使编程开关处于RUN状态，STEP为STEP状态，STOP为RUN状态。
B拨动总清开关CLR（0-1）微地址清零
C、将DATAUNIT，的8位数据开关D7-D0设为设置好的机器指令首地址。
D、按动START启动键，单步运行一条指令，没按动一次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跟流程一致
E、当运行结束后，可检查存数单元4CH中的结果是否和理论值一致
连续运行程序
A、使用“STATEUNIT”中的STEP开关置为‘EXEC’状态。
STOP开关置为RUN状态
B、将’DATAUNIT’的8位二进制开关设置为机器指令程序首地址然后按动START,系统连续运行程序，稍后将stop拨至stop时，系统停机。
C、停机后可检查数据单元4CH结果是否正确
四、总结
通过一周的课程实习，对模型机的设计，微指令是如何设计与运行，机器码又是怎样找到它所对应的微指令，从而实现各种功能，有了更深一步的了解，在实习中提高了与组员共同协作的能力，自己动手操作的能力也得到了很好的提高。
本设计的难点在于测试字位P
（1）、P（4）的功能，只要理解了它是怎么实现程序的顺序、分支、循环运行的，以及机器码是怎样找到所对应微指令的入口的，其它的步骤即可迎刃而解。
通过这次实践,使我们懂得，只要自己在每一次实践中都能仔细思考，能亲自动手，课程设计中遇到的难点都可以顺利解决。
只有多操作才能从中发现问题,及时解决问题,从而更好的掌握实验的基本原理。
课程设计目的除工作量和设计质量之外,更重要的是认真去对待,通过设计实践对理论知识有了更深刻的认识,并从中学到书本上学不到的知识和实践经验
参考文献
[《计算机组成原理实验指导书》，广东海洋大学信息学院计算机系统编，2011年2月]
[《计算机组成原理第四版》，白中英，科学出版社，2008年1月]
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