基本模型机与复杂模型机的设计与实现.docx
《基本模型机与复杂模型机的设计与实现.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基本模型机与复杂模型机的设计与实现.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基本模型机与复杂模型机的设计与实现
一、设计任务：
1、基本模型机设计与实现；
2、在基本模型机设计的基础上设计一台复杂模型机。
二、功能指标和设计要求：
利用所学过的理论知识，特别是微程序设计的思想，写出要设计的指令系统的微程序。
设计环境为TDN－CM＋计算机组成原理教学实验箱、微机，联机软件等。
将所设计的微程序在此环境中进行调试，并给出测试思路和具体程序段。
最后撰写出符合要求的课程设计说明书、完成答辩。
1.基本模型机设计与实现
1.1、设计一台简单模型机，要求其指令系统至少要包括五条不同类型指令：
如一条输入指令（假设助记符为IN），一条加法指令（假设助记符为ADD），一条存数指令（假设助记符为STA），一条输出指令（假设助记符为OUT）和一条无条件转移指令（假设助记符为JMP）；利用设计的模型机设计一个进行两个数求和运算的测试验证程序，验证模型机的功能。
1.2、在1.1的基础上，给基本模型机增加一条加法指令（假设助记符仍为ADD），但是该加法指令的寻址方式与1.1中的加法指令寻址方式不同。
利用设计的模型机设计一个进行两个数求和运算的测试验证程序，验证模型机的功能。
2.在任务1的基础上，设计具有不少于10条指令的复杂指令系统模型机。
其中，包含算术逻辑指令、访问内存指令、转移指令、程序控制指令（控制台指令）、输入输出指令、停机指等令。
数据的寻址方式要包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。
利用设计的复杂模型机实现两个数的减法运算并判断差得正负，差为正数则输出A，差为负数则输出B，差为零则输出C。
设计该测试验证程序，验证模型机的功能。
3、基本模型机和复杂模型机的CPU数据字长为8位，采用定点补码表示。
指令字长为8的整数倍。
微指令字长为24位。
三、设计步骤：
1、确定设计目标
进行全面深入的模型机设计需求分析，确定所设计计算机的功能和用途。
2、确定指令系统
确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式。
确定相对应指令所包含的微操作。
3、总体结构与数据通路与硬件实现
总体结构设计包括确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构。
在此基础上，就可以拟出各种信息传输路径，以及实现这些传输所需要的微命令。
综合考虑计算机的速率、性能价格比、可靠性等要求，设计合理的数据通路结构，确定采用何种方案的内总线及外总线。
数据通路不同，执行指令所需要的操作就不同，计算机的结构也就不一样。
硬件实现基于现有的基本实验箱平台，根据所设计模型机选择必要的元器件，并通过接插件（各种连线等）进行器件连接，组成所设计的模型机硬件系统（物理机）。
4、设计指令执行流程
数据通路确定和硬件实现后，就可以设计指令系统中每条指令所需要的机器周期数。
对于微程序控制的计算机，根据总线结构，需考虑哪些微操作可以安排在同一条微指令中，哪些微操作不能安排在同一条微指令中。
5、确定微程序地址
根据后续微地址的形成方法，确定每个微程序地址及分支转移地址。
6、微指令代码化
根据微指令格式，将微程序流程中的所有微指令代码化，转化成相应的二进制代码写入到控制存储器中的相应单元中。
7、组装、调试
7.1、在总调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有各功能模块工作正常后，才能保证整机的正常运行。
首先调试每条微指令功能，再调试每条机器指令功能。
连接所有模块，用单步微指令方式执行机器指令的微程序流程图，当全部微程序流程图检查完后，若运行结果正确，则在内存中装入一段机器指令，进行其他的运行方式等功能调试及执行指令的正确性验证。
7.2、当所有功能模块都调试正常后，进入总调试。
根据设计的模型机设计模型机功能测试验证程序，运行程序验证模型机功能。
四、课程设计报告要求：
课程设计报告要求打印,其中的数据通路框图、微程序流程图、实验接线图用VISIO等绘图工具软件绘制或用铅笔工工整整绘制，要求图文清晰，报告内容包括：
（1）封面
（包括：
题目、所在系、班级、学号、指导教师及时间等项）
（2）任务书
（3）目录
（目录要层次清晰，要给出标题及页次，目录的最后一项是无序号的“参考文献”）。
（4）正文
正文应按目录中编排的章节依次撰写，要求论述清楚，文字简练通顺，插图清晰，书写整洁，充分体现“设计”的思想。
文中图、表及公式应规范地绘制和书写。
正文是实践设计报告的主体，具体由以下几部分组成：
1）课程设计题目；
2）课程设计使用的实验设备；
3）课程设计步骤（包括确定所设计计算机的功能和用途、指令系统、总体结构与数据通路、设计指令执行流程、确定微程序地址、微指令代码化、组装、调试、测试验证程序与功能验证情况。
）
4）课程设计总结（包括自己的收获与体会；遇到的问题和解决的方法等）；
（5）附录
附录1：
数据通路图
附录2：
微程序流程图
附录3：
实验接线图
附录4：
实验程序及微程序
附录5：
参考文献（资料）
五、设计工作量：
（1）作品：
设计的最终作品包括硬件和软件两个部分，要求硬件实现正确，能够演示并达到设计指标的要求。
每个学生（或小组）在作品完成后，要经指导教师检查，同意拆除后方可拆卸。
（2）论文：
严格按上述课程设计说明书的要求撰写和装订。
每个学生一份。
六、成绩评定标准：
课程设计的成绩分为：
优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级。
优秀：
完成复杂模型机的设计与实现，指令系统完备有更新扩充。
调试成功。
文档规范齐全。
良好：
完成模型机的设计与实现，指令系统指令种类丰富有一定的更新。
调试成功。
文档规范齐全。
中等：
完成基本模型机的设计与实现，在老师指导下对指令系统有更新。
调试成功。
文档规范齐全。
及格：
完成基本模型机的设计与实现。
调试成功。
文档规范齐全。
不及格：
没有课程设计报告，无故缺勤，不能完成调试者不及格。
七、工作计划：
时间：
14周周1~周5（40课时）
讲授：
2课时
设计及调试：
26课时
设计报告编8课时
答辩：
4课时
1、课程设计题目-----------------------------------------------
2、课程设计的目的------------------------------------------
3、课程设计实验设备------------------------------------------
4、课程设计步骤-----------------------------------------------
4.1、所设计计算机的功能和用途------------------------------
4.2、指令系统----------------------------------------------
4.3、总体结构与数据通路与硬件实现-------------------------------
4.4、设计指令执行流程--------------------------------------
4.5、微指令代码化------------------------------------------
4.6、组装和调试-----------------------------------------
4.7系统测试----------------------------------------
5、课程设计总结-----------------------------------------------
6、附录-----------------------------------------------------------------------------------
附录1：
数据通路图----------------------------------------------------------
附录2：
微程序流程图--------------------------------------------------------
附录3：
实验接线图------------------------------------------------------------
附录4：
实验程序及微程序---------------------------------------------------
附录5：
参考文献（资料）-----------------------------------
1、课程设计的题目
基本模型机与复杂模型机的设计与实现
二、课程设计的目的
经过一系列硬件课程如计算机原理的学习及相关实验后，综合应用所学理论知识解决实际设计和应用问题，进行一个综合的系统的实验。
具体的来说就是在掌握各部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统构造一台基本模型计算机。
培养实际动手能力，进一步提高硬件设计能力。
培养实事求是和严肃认真的工作态度。
通过设计过程，熟悉和掌握微机系统的硬件设计方法、设计步骤，真正做到理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。
三、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，PC机一台，虚拟软件，排线若干。
四、课程设计步骤
4.1所设计计算机的功能和用途
对于起初设计的基本模型机来说
设计的基本模型机的指令系统包括至少五条不同类型指令：
一条输入指令（假设助记符为IN），一条加法指令（假设助记符为ADD），一条存数指令（假设助记符为STA），一条输出指令（假设助记符为OUT）和一条无条件转移指令（假设助记符为JMP）；
利用此模型机完成加法操作。
两个操作都能读入被加数，从内存中读取加数，运算后都能保存运算结果，并且都将结果输出。
在基本模型机的基础上，增加至少十条以上的指令十条指令的复杂指令系统模型机。
其中，包含算术逻辑指令、访问内存指令、转移指令、程序控制指令（控制台指令）、输入输出指令、停机指令等。
数据的寻址方式要包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。
利用设计的复杂模型机实现一个数的带进位右移和两个数的带进位减法。
能读入减数与被减数，从内存中读取两个数，进行进位减法后能保存运算结果，并且将结果输出。
4.2指令系统
本课程设计中的基本模型机采用五条机器指令：
IN（输入）,OUT（输出），ADD（二进制加法）,STA（存数），JMP（无条件转移）。
指
令格式及说明如下：
序号
助记符
机器指令码
功能说明
1
IN
00000000
"INPUTDEVICE"中的开关状态→R0
2
ADDaddr
00010000********
R0+[addr]→R0
3
STAaddr
00100000********
R0→[addr]
4
OUTaddr
00110000********
[addr]→DR1→LED
5
JMPaddr
01000000********
[addr]→PC
6
SUBaddr
01010000********
R0-[addr]→R0
表1指令系统编码
其中：
IN为单字长（8位），其余为双字长指令。
********为addr对应的二进制地址码。
本课程设计中的复杂模型机采用的十六条机器指令，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。
每种类型的指令格式如下：
（A）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）
R
升级会员 