计算机组成原理课程设计复杂模型机的设计与实现.docx

1、计算机组成原理课程设计复杂模型机的设计与实现课 程 设 计 报 告 书所属课程名称 计算机组成原理课程设计 题 目 复杂模型机的设计与实现 2012年6 月 8日 目录第一章 课程设计内容及要求 2第二章 总体设计 3第三章 数据格式及指令系统 4第四章 实验步骤 8第五章 课程设计心得 14第六章 参考文献 14第一章 课程设计内容及要求综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。模型机规定采用定点补码表示法表示数据,且字长为8位。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。根据设计，在实验台

2、上组装调试通过。用16条指令，编写一个汇编语言程序，调试通过。 第二章 总体设计复杂模型机的数据通路框图如图316所示。根据复杂模型机的硬件电路设计监控软件（机器指令），再根据机器指令要求，设计微程序流程图及微程序，最后形成16进制文件。第三章 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： 76 5 4 3 2 1 0符号尾数其中第7位为符号位，数值表示范围是：1X1。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、存数指令、取数指令、转移指令和停机指令。 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

3、用寄存器直接寻址，其格式如下：7 6 5 43 21 0OP-CODERSRD其中，OPCODE为操作码，RS为源寄存器，RD为目的寄存器，并规定： RS 或 RD选定的寄存器000110R0R1R29条算术逻辑指令的名称、功能具体见表38。 访问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、有进位转移指令BZC。指令格式为： 7 65 43 2 1 00 0MOP-CODERDD其中，OPCODE 为操作码，RD为目的寄存器地址（LDA、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0001

4、1011EDE（D）E（RI）+DE（PC）+D直接寻址间接寻址RI变址寻址相对寻址本模型机规定变址RI指定为寄存器R2。 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： 7 6 5 43 21 0OP-CODEaddrRD其中，addr=01时，选中输入数据开关组KD0KD7作为输入设备，addr=10时，选中2位数码管作为输出设备。 停机指令指令格式如下： 7 6 5 43 21 0OP-CODE0000HALT指令，用于实现停机操作。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38列

5、出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。 第四章 实验步骤 设计复杂模型机的监控软件，详细如下： P00 44 IN 01, R0 P01 46 IN 01, R2 P02 98 ADC R2, R0 P03 81 MOV R0, R1 P04 F5 RLC R1, R1 P05 0C BZC 00, 00 P06 00 根据复杂模型机的监控软件设计微程序流程图如图317所示按照实验机设计的微指令格式,参照微指令流程图，设计微指令，并形成二进制代码表。 将二进制代码表转换为联机操作时的十六进制格式文件(文件名C8JHE3）。 程序： P00 44 P01 46 P02 98 P03 81 P0

6、4 F5 P05 0C P06 00 微程序： M00 088105 M01 82ED05 M02 50C004 M03 04A004 M04 A0E004 M05 06E004 M06 07A004 M07 A0E004 M08 8AED05 M09 8CED05 M0A 3BA004 M0B 018005 M0C 3C2004 M0D 0EA004 M0E 0FB605 M0F 25EA95 M10 83ED05 M11 85ED05 M12 8DED05 M13 A6ED05 M14 011004 M15 010407 M16 168005 M17 019A3D M18 019205 M

7、19 2AA205 M1A 2CB205 M1B 32A205 M1C 33A205 M1D 36A205 M1E 378235 M1F 398235 M20 019004 M21 018406 M22 81DB05 M23 E48005 M24 018005 M25 A0AA95 M26 27A004 M27 28BC05 M28 29EA95 M29 A0AA95 M2A 2BB405 M2B 419B95 M2C 2DA405 M2D 6EAB05 M2E 2FAA0D M2F 30AA05 M30 71810D M31 419B95 M32 019A05 M33 35B405 M34

8、81DB05 M35 419BBD M36 019A0D M37 38882D M38 019805 M39 3A881D M3A 019805 M3B 080A07 M3C 098A06 实验接线在实验八的基础上将跳线器J13和J14由右边相连改为左边相连，再将IJ1连IJ2。详细如下： a、跳线器J1J12全部拨在右边（自动工作方式）；b、跳线器J16、J18、J23、J24全部拨在左边；c、跳线器J15、J19、J25全部拨在右边，跳线器J13、J14拨在左边；d、跳线器J20J22、J26、J27连上短路片；e、UJ1连UJ2，JSE1连JSE2，SJ1连SJ2；f、MBUS连BUS2

9、；g、REGBUS连BUS5；h、PCBUS连EXJ2；i、 ALUBUS连EXJ3；j、 ALUO1连BUS1；k、EXJ1连BUS3；l、 ALUO2连BUS4；n、IJ1连IJ2。 接线图 连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。 写微程序和程序 手动方法写微程序参看实验六。手动方法写代码程序（机器指令）步骤如下： 通过上一步将机器指令对应的微代码正确地写入E2ROM 2816芯片后，再进行机器指令程序的装入和检查。A. 将“编程开关”置“运行”位置，“运行方式”开关置“单步”位置。B. 拨动总清开关（01），微地址寄存器清零，程序计数器清零。然后使控制开关SWC、SWA开关置为“0 1”

10、，按动一次“启动运行”开关，微地址显示灯LUA0LUA5显示“001001”，再按动一次“启动运行”开关，微地址显示灯LUA0LUA5显示“001100”，此时数据开关的内容置为要写入的机器指令，再按动一次“启动运行”开关，即完成该条指令的写入。若仔细阅读微程序流程，就不难发现，机器指令的首地址只要第一次给入即可，PC会自动加1，所以，每次按动“启动运行”开关，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. 写完程序后须进行检验。拨动总清开关(01)后，微地址清零，PC程序计数器清零，然后使控制开关SWC、SWA为“0 0”,按动“启动运行”开关，微地址灯将显示“

11、001000”，再按“启动运行”开关，微地址灯显示为“001010”，第三次按“启动运行”开关，微地址灯显示为“111011”，此时总线数据显示灯LZD0LZD7显示为该首地址的内容，再次按动“启动运行”开关，微地址灯显示为“001000”，此时，2位数码管显示的内容即为RAM中的数据，不断按动“启动运行”开关，可检查后续单元内容。注意：每次仅在微地址灯显示为“001000”时，2位数码管显示的内容才是相应地址中的机器指令内容。 联机读/写微程序和程序用联机软件的装载功能将16进制格式文件（文件名为C8JHE3）装入实验机即可（详细操作见联机软件的README）。 运行程序 单步运行程序A.

12、“编程开关”置“运行”状态，“运行方式”开关置为“单步”状态,“运行控制”开关置为“运行”状态。B. 拨动总清开关(01)，微地址清零，PC计数器清零，程序首地址为OOH。C. 按动“启动运行”开关，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。连续运行程序A. “编程开关”置“运行”状态，“运行方式”开关置为“连续”状态,“运行控制”开关置为“运行”状态。B. 拨动总清开关，清微地址及PC计数器，按动“启动运行”开关，系统连续运行程序。如果要停止程序的运行，只需将“运行控制”开关置为“停止”状态，系统就停机。 采用单步或连续运行方式执行机器指令，参照机器指令及微程序

13、流程图，将实验现象与理论分析比较，验证系统执行指令的正确性。第五章 课程设计心得 通过对模型机的设计与实现，我学会了如何将一套理论用于实践，把学过的知识转化成真正的东西，学会了如何融会贯通，虽然在设计的过程中也遇到了许多的困难和瓶颈，但是都可以通过努力来解决，这样自己会很有成就感，也学会了做任何事都要细心，不然就可能功亏一篑，通过反思这次课程设计的过程，我发现我们不仅需要正确的，有目的性的做出自己想要的东西，我们还要学会掌握速度，要高效率，高准确度的完成工作，要目的明确，这次设计，让我很有成就感，对这门课的知识的掌握也达到了一个新的高度与。！第六章 参考文献1蒋本珊.计算机组成原理M.北京：北京邮电大学出版社，2012年2月.2计算机组成原理实验指导书M.华东交通大学理工院 3黄颖.计算机组成原理M.北京：机械工业出版社，2008年5月4杨光煜.计算机组成原理M.北京：机械工业出版社，2009年4月