面向对象程序设计课程设计划书模板.docx

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面向对象程序设计课程设计划书模板

课程设计（大作业）报告

课程名称：

计算机组成原理

设计题目：

复杂模型机实验

院系：

信息技术学院

班级：

09计算机科学与技术本1班

设计者：

李娜

学号：

20091101139

指导教师：

王玉见

设计时间：

2011-5-30至2011-6-3

昆明学院

昆明学院课程设计（大作业）任务书

姓名：

李娜院系：

信息技术学院

专业：

计算机科学与技术学号：

20091101139

任务起止日期：

2011年5月30至6月3

课程设计题目：

复杂模型机实验

课程设计要求：

（1）在掌握单元电路实验的基础之上，将微程序设计模块与运算器模块存储器模块结合在一起，进一步将其组成系统，够着一台复杂模型机。

（2）微程序控制器来控制模拟机的数据通道。

（3）为其定义指令，并编写相应的微程序，通过联机调试，观察计算机的执行指令，从取指令，指令译码，执行指令等过程中数据通路内数据的流动情况

，进一步掌握整机概念。

（4）动手操作实验设备，掌握微程序的实际思路与想法

。

（5）该模拟机由运算器寄存器译码电路存储器存储微指令uongde控制存储器组成，并能实现一些机器指令，因此根据设计好的机器指令程序，实现出输入、输出、存储器读写和简单的控制指令。

（6）整机调试

工作计划及安排

1、2011年5月30日早上在惟实楼3302机房，在老师的指导下进行了基本模型机实验为复杂模型机实验奠定基础。

2、2011年5月30日下午在图书馆查资料与同学探讨，为实验做准备。

3、2011年5月31日早上在惟实楼3302机房，跟指导老师做实验。

4、2011年5月31日下午实验过程结束，做实验总结。

5、2011年6月1日在老师的指导下又去重新做了一遍实验，对实验步骤更加清楚。

6、2011年6月2日，写实验报告。

7、2011年6月3日交实验报告

指导教师签字

年月日

课程设计（大作业）成绩

学号：

20091101139姓名：

李娜指导教师：

王玉见老师

课程设计题目：

复杂模型机实验

总结：

本次课程设计是在王玉见老师的帮助和指导下，以及一个组员的积极配合，通过大家共同的努力，实现了课程设计。

通过几天紧张有序的课程实践，不仅让我们对复杂模型机和微程序的编辑写入有了进一步的了解，辅助了课堂书本的学习，更加生动直观的为我们展示了模型机的工作原理，程序是如何运行的，实际体验，这些深化和巩固了自己的知识结构，同时本次实验对我们耐心和认真度得一个考验，因为本实验有这大量的线路连接，如果某一根线界限错误或者接触不良都会影响到实验结果。

通过这次实验，使我懂得，只要自己在每一次实践中都能仔细认真思考，能亲自动手，课程设计中遇到的问题都能迎刃而解，每个同学都要多操作演示，理解各步骤的意义，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。

课程设计的目的除了工作量和设计量之外，更重要的是去认真对待，通过设计实践对知识有更深刻的认识，并从中学到书本上学不上的知识。

指导教师评语：

成绩：

填表时间：

指导教师签名：

课程设计（大作业）报告

1课程设计介绍1

1.1课程设计内容1

1.2课程设计要求1

2总体设计2

3调试与性能分析6

4参考文献8

附录（程序清单）10

1、课程设计介绍

一.实验目的

综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的模型计算机。

二.实验设备

1.ZYE1601B计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。

2.PC机一台。

三.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：

数据位数

D7

D6D5D4D3D2D1D0

用途

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、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：

数据位数

D7D6D5D4

D3D2

D1D0

用途

操作码（OP-CODE）

源寄存器（RS）

目的寄存器（RD）

规定：

选中的寄存器（RS或RD）

R0

R1

R2

寄存器的编码

00

01

10

算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表2—3。

（2）访存指令及转移指令

模型机设计2条访存指令，即存数（STA）、取数（LD），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），指令格式为：

数据位数

D7D6

D5D4

D3D2

D1D0

D7……D0

用途

00

寻址模式M

操作码OP-CODE

目的寄存器编码RD

位移量D

其中，OP－CODE为操作码，rd为目的寄存器地址（LD、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

D

直接寻址

０１

（D）

间接寻址

１０

（RI）+D

RI变址寻址

１１

（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（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令，其格式如下：

数据位数

D7D6D5D4

D3D2

D1D0

用途

操作码（OP-CODE）

地址（addr）

目的寄存器（RD）

   其中，在IN指令中，addr=01，选中“INPUT”中的开关组作为输入设备，在OUT指令中，addr=10时，表示选中“OUTPUTUNIT”中的数码块作为输出设备。

（4）停机指令

指令格式如下：

数据位数

D7D6D5D4

D3D2

D1D0

值

0110

00

00

HALT指令，机器码为60H，用于实现停机操作。

3.指令系统

复杂模型机共有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2-3列出了各条

表2-3  复杂模型机指令系统

助记符

指令格式

指令长度（字节数）

指令功能

第一字节

第二字节

CLRrd

011000rd

无

1

0→RD

MOVrs,rd

1000rsrd

无

1

RS→RD

ADCrs,rd

1001rsrd

无

1

RS+RD+cy→RD

SBCrs,rd

1010rsrd

无

1

RS-RD-cy→RD

INCrd

1011××rd

无

1

RD+1→RD

ANDrs,rd

1100rsrd

无

1

RS^RD→RD

COMrd

1101××rd

无

1

→RD

RRCrs,rd

1110rsrd

无

1

RS带进位循环右移一位，然后RS→RD

RLCrs,rd

1111rsrd

无

1

RS带进位循环左移一位，然后rs→RD

LDAM,D,rd

00M00rd

D

2

有效数据E→RD

STAM,D,rd

00M01rd

D

2

RD→有效地址E

JMPM,D

00M1000

D

2

有效数据E→PC

BZCM,D

00M00rd

D

2

当CY=1或ZI=1时，有效数据E→PC

INrd

010001rd

无

1

INPUT设备的数据→RD

OUTrd

010110rd

无

1

RD→OUTPUTUNIT

HALT

01100000

无

1

停机

四.总体设计

复杂模型机的数据通路框图如图2-7。

根据机器指令系统要求，设计微程序流程图及确定微地址，如图2-8。

                                  图2-7  复杂模型机数据通路框图

       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。

微程序

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

控制信号

S3

S2

S1

S0

M

CN

RD

M17

M16

A

B

P

uA5

uA4

uA3

uA2

uA1

uA0

A字段

B字段

P字段

15

14

13

控制信号

12

11

10

控制信号

9

8

7

控制信号

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

LDRi

0

0

1

RS_G

0

0

1

P1

0

1

0

LDDR1

0

1

0

RD_G

0

1

0

P2

0

1

1

LDDR2

0

1

1

RI_G

0

1

1

P3

1

0

0

LDIR

1

0

0

299_G

1

0

0

P4

1

0

1

LOAD

1

0

1

ALU_G

1

0

1

AR

1

1

0

LDAR

1

1

0

PC_G

1

1

0

LDPC

五.实验步骤

1.根据复杂模型机的指令系统，编写实验程序。

实验例程如下：

本实验完全使用寄存器操作。

程序首先从数据输入开关采集数据放入R0中，经循环左移两次放入R1中。

然后再次从数据输入开关采集数据放入R0中，经循环右移一次与R1中的数据相加，其结果送到R1中，然后判断加法的结果是否有进位或为全零，若是就循环运行，否则，输出结果到数码管上显示。

实验的机器指令程序如下：

地址 内容    助记符                    说明

00    44             IN  R0              ；INPUT数据→R0，第一次采集数据（设输入数据为14H）

01    F0             RLCR0,R0        ；R0带进位左循环移位一次

02    F1             RLCR0,R1        ；第二次左移后保存到R1中

03   44       IN  R0              ；输入开关数据→R0，第二次采集数据（设输入数据 仍为14H）

04    E0             RRC R0,R0       ；R0带进位右循环移位一次

05    91             ADC R0,R1       ；两数据相加

06    0C             BZC 00             ；若有进位或结果为零，则跳到00地址单元

07              00

08              59             OUT R1             ；R1→OUTPUTUNIT显示；

09    60             HALT                   ；停机 

以上程序的机器指令如下：

$P0044$P01F0$P02F1$P0344$P04E0$P0591$P060$P0700$P0859$P0960

 微程序

$M00018108$M0101ED82$M0200C050$M0300A004$M0400E0A0$M0500E006$M0600A007$M0700E0A0$M0801ED8A$M0901ED8C$M0A00A03B$M0B018001$M0C00203C$M0D00A00E$M0E01B60F$M0F95EA25$M1001ED83$M1101ED85$M1201ED8D$M1301EDA6$M14001001$M15030401$M16018016$M173D9A01$M18019201$M1901A22A$M1A01B22C$M1B01A232$M1C01A233$M1D01A236$M1E318237$M1F318239$M20009001$M21028401$M2205DB81$M230180E4$M24018001$M2595AAA0$M2600A027$M2701BC28$M2895EA29$M2995AAA0$M2A01B42B$M2B959B41$M2C01A42D$M2D05AB6E$M2E0DAA2F$M2F01AA30$M300D8171$M31959B41$M32019A01$M3301B435$M3405DB81$M35B99B41$M360D9A01$M37298838$M38019801$M3919883A$M3A019801$M3B070A08$M3C068A09

2.按图2-9连接实验线路，仔细检查线路无误后接通电源。

（图中箭头表示需要接线的地方，接总线和控制信号时要注意高低位一一对应，可用彩排线的颜色来进行区分）

3.写程序

对于本实验箱可以用两种方法来写入程序。

方法一：

联机读/写程序

按照规定格式，将机器指令及微指令编辑成十六进制的规定格式文件，已经在前面列出。

使用联机软件的文件装载将实验程序和微程序下载到实验箱中，并用软件的读出功能进行检查。

本实验参考程序对应的文件名为“复杂模型机.TXT”（联机软件的使用方法参看附录2）。

方法二：

手动写入

接线图

（1）先将机器指令对应的微代码正确地写入28C16中，可以参照实验1.7微程序控制器的组成与微程序设计实验中微代码的写入方法，将本实验对应的微代码写入E2PR0M芯片中，对照前面的微程序内容校验正确后就可使用。

（2）使用控制台WRITE和READ微程序进行机器指令程序的手动装入和检查，其操作如下：

A.使SIGNALUNIT单元的SP03为“STEP”状态，SP04为“RUN”状态，CONTROLUNIT的开关SP05处于“NORM”状态，开关SP06处于“RUN”状态。

B.拨动SWITCH单元的总清开关CLR（1→0→1），微地址寄存器清零，程序计数器清零。

然后使SWITCH单元的SWB、SWA开关设置为“01”，按动一次CONTROLUNIT的触动开关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WRITE的流程，就不难发现，机器指令的首地址总清后为零，以后每个循环PC会自动加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.校验。

拨动SWITCH单元的总清开关CLR（1→0→1），微地址清零。

PC程序计数器清零，然后使SWITCH单元的开关SWB、SWA为“00”，按动CONTROLUNIT的触动开关START，微地址灯将显示“001000”，再按START，微地址灯显示为“001010”，第三次按START，微地址灯显示为“111011”，再按START后，此时OUTPUT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。

4.运行程序

方法一：

联机运行程序

首先使各个开关的状态为：

SIGNALUNIT中的SP03开关设置为“STEP”状态。

SP04开关设置为“RUN”状态；CONTROLUNIT的开关SP05处于“NORM”状态，SP06处于“RUN”状态；SWITCH单元的开关SWB、SWA为“11”。

使SWITCH单元的总清开关CLR（1→0→1）清零后，程序首址为00H。

通过联机软件进入调试界面（其操作方法参见附录2系统联机操作软件说明），可以通过调试程序的操作界面控制程序的运行，同时观察运行过程和结果。

方法二：

手动运行程序

（1）单步运行程序

A.使CONTROLUNIT的开关SP05处于“NORM”状态，SP06处于“RUN”状态，SIGNALUNIT中的SP03为“STEP”状态，SP04为“RUN”状态，SWITCH单元的开关SWB、SWA为“11”。

B.拨动SWITCH单元的总清开关CLR（1→0→1），微地址清零，程序计数器清零，程序首址为00H。

C.单步运行微指令，每按动一次CONTROLUNIT的START触动开关，即单步运行一条微指令。

对照微程序流程图2-8，观察微地址显示灯MA5-MA0是否和流程一致。

D.当运行结束后，可检查运行结果是否和理论值一致。

如果运行结果保存在RAM的某一个单元中，则可以使用手动写入中的校验方法将其读出。

（2）连续运行程序

A.使CONTROLUNIT的开关SP05处于“NORM”状态，SP06处于“RUN”状态，SIGNALUNIT中的SP03为“RUN”状态，SP04为“RUN”状态，SWITCH单元的开关SWB、SWA为“11”。

B.拨动SWITCH单元的总清开关CLR（1→0→1），微地址及程序计数器清零，然后按动CONTROLUNIT的START触动开关，系统连续运行程序，稍后将SIGNALUNIT中的SP04拨至“STOP”时，系统停机。

C.停机后，可检查运行结果是否正确。

如果运行结果保存在RAM的某一个单元中，则可以使用手动写入中的校验方法将其读出。

4、参考文献

计算机组成原理作者：

谭浩强