计算机组成课程设计.docx

1、计算机组成课程设计计算机组成原理课程设计1. 第一部分 复杂模型计算机的设计任务3设计目的3设计任务3设计指标3 实验类型3 实验设备32. 第二部分 模型计算机的总体设计4主要部件的工作原理4微程序的设计5微地址转移逻辑的设计73. 第三部分 模型及的组装的调试.9模型机的组装9模型机的调试10实验步骤114. 第四部分 附录11八位数据原理总图12微程序流程图12微程序控制器原理图13微程序代码表(十六位)14机器码汇17 编程序185. 第五部分 小结18第一部分 复杂模型计算机的设计任务一、 设计目的：建立清晰完整的整机概念；学习设计与调试计算机的基本方法与步骤；培养严谨的科研风格与独

2、立的工作能力。二、 设计任务：综合运用所学计算机原理知识，按给定的指令系统和数据格式，在所提供设备的范围内，设计一台字长八位的由微程序控制的模型计算机。设计并实现较为完整的八位模型计算机。设计微程序控制器的逻辑原理电路图；设计微地址转移的逻辑电路图；设计说明书。三、 设计指标：字长八位；时钟源MF=QB=1s;内存容量不得小于28；指令系统不得小于十四条。要求算术逻辑指令七条，访问内存和程序控制指令四条、输入输出指令两条、其他指令一条。四、 实验类型：设计型实验五、 实验设备：CM+试验仪一台；双总示波器一台；集成电路芯片及排线若干。第二部分 模型计算机的总体设计 总体设计的主要任务是根据设计

3、要求选出所需要的主要器件，计算机的工作过程实质是不同的数据流在控制信号的作用下，在限定的数据通道中进行传送。数据通路的不同指令所通过的操作过程也不同，机器结构也各不相同。因此对数据通道的设计及其应用也是非常重要的。总体设计的原则是性价比好，尽量使用大规模的集成电路器件，以便大大减少接线的工作量。一、 主要部件的工作原理：通常把许多寄存器之间传送信息的通道称为“数据通路”。信息从什么地方开始，中间进过哪些寄存器，最后传到哪个寄存器，都要加以控制。这些工作是由称为“操作控制器”的不见来完成的。对数据通路和时序部分，直接使用CM+实验仪器的现成电路。这次设计主要是微程序控制部分。对一台数字计算机基本

4、可分为两部分，即控制部件和执行部件。微程序控制器就是控制部件，而其他设备相对来讲则是执行部件。控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令并且通过反馈线向控制部件反馈情况，以便使用控制部件根据执行部件的状态发出新的命令，保证机器正常运行。微程序控制器的基本思想，就是仿照通常的解题方法，把操作控制信号编成为指令，存放在E2PROM中，当机器运行时，一条一条的读出这些微指令，从而产生全机所需的各种操作控制信号，是相应部分执行所规定的操作。二、 微程序的设计：将机器的全部指令系统采用微指令实现的过程，叫做微程序设计。一条机器指令对应一条微指令，本模型机要求至少14条机器指令应对应14条微程序。微程序

5、是由微指令解释执行的。一条机器指令对应一个指令周期。而一条伪指令对应一个CPU周期。微程序的设计包括横向设计和纵向设计。横向设计指的是正确的选择数据通路。保证一条微指令在一个CPU内完成而不发生数据冲突，纵向设计指的是正确的确定后继地址。横向设计： 由于指令功能不一样，有的简单，有的复杂，一次他们的指令周期也不一样，但他们都是由取指令周期和执行周期完成。取指周期包括把地址寄存器中的地址送到地址总线上，从内存中读取一条指令，打入指令寄存器中，然后地址寄存器中的地址加一。执行周期：对于访内指令，由于寻址模式不同，因此执行周期也不一样。直接寻址只要两个cpu周期，间接寻址需要三个cpu周期，R2变址

6、和相对寻址则需要四个cpu周期。在算术逻辑指令中，传送指令比较简单，只需要一个cpu周期，其他指令要长一些。纵向设计： 由于该设计的后继地址采用判定方式，其通常做法是首先确定微程序分支处的微地址，因为这些分支处需要判别测试。然后再确定其他地址。为了向RAM装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，还必须设计三个控制台操作的为程序。 存储器读操作（KRD）：波动总线开关CLR后，当控制台开关SWB、SWA置为“00”时，按START微动开关,可对RAM进行连续手动读出。 存储器写操作（KWE）:波动总线开关CLR后，当控制台开关SWB、SWA置为”01”时，按START微动开关，可对R

7、AM进行连续写入。 启动程序：波动总线开关CLR后，当控制台开关SWB、SWA置为”11”时，按START微动开关，即可转入到第13、01号微地址“取指”指令，启动程序运行。控制台指令的开关状态SWB、SWA的状态设置：SWBSWA控制台指令00读内存(KRD)01写内存(KWE)11启动程序(RP)根据以上要求设计数据通路框图，如下所示： 图1 模型及数据通路总框图三、 微地址转移逻辑的设计：1 微地址转移逻辑的设计：微地址6位，用三片双D正沿触发器（74LS74）组成，并带有预置端和清零端，在不判别测试情况下，微地址寄存器的内容为下条微指令的地址。执行的功能：测试字段功能P(1)用指令寄存

8、器中的IR7-IR4取代微地址的低四位P(2)当P(2)=1用IR3，IR4取代原微地址的第一位和第零位P(3)当P(3)=1时用FC或FZ取代原微地址第四位若CVE=1则将第0位置1，第一位置0，即转入公操作P(4)用SWA,SWB，取代原微地址的第1位，第0位2 微程序控制器的设计：本模型机微指令字长24，采用三片E2PROM（2816）并联，从而使伪指令寄存器的长度亦为24位，微指令寄存器由两片74LS273和一片74LS175构成，用来暂存18位微指令，而微地址寄存器用74LS175构成，用来暂存6位微地址，当地址出线在E2PROM地址线上时，只要CE有效，那么就将地址所示的内容在T2

9、的上升沿读入微指令寄存器，如下图示：E2PROM控制储存器，用来存放实现全部指令系统的所有为程序，它是一种制度储存器，一旦程序固化，机器运行是只读不写。其工作过程是读出一条指令执行一条指令：接着读出下一条指令，微命令寄存器存放当前执行指令的微命令，通过这些微命令亦控制全机的正常运行，转移逻辑用来修改微地址。根据控制器要求所产生如下图的微程序控制逻辑电路图：第三部分 模型及的组装的调试一、 模型机的组装：1 时序发生器、运算器、存储器、系统总线2 微程序控制器电路：这部分的连接是本次试验的核心。根据设计的为程序图纸和实验以上插座的引脚情况，布局好各个器件，然后列出整个电路的接线表，按照此接线表在

10、通用的组件安装板上进行连接。.器件安排：器件安排的原则是尽可能的按其功能相对紧密的电路器件安排要相对集中，这样是各个器件的连线较短，同样也便于组装和调试。.连线：规整布线，不仅对调试维护带来方便，也可以保证可靠性。布线采用规整布线法。这样尽管试验仪上拉线很多，也不至于显得太乱，整个连线接好后，再仔细检查一遍，确认接线无错误，然后打开电源进行调试。二、 模型机的调试：调试分为分调和总调两部分1 分调：按功能模块进行调试是实现总调的前提和基础，只有各个功能模块工作正常，才能保证全机的正确运行，分调的重点放在调试控制台和微程序控制部分，时序部分由于是由专用实验板提供的，一般情况下都是正常的，为了加快

11、调机进度可以先不调它，直接调试微程序控制器，如发现时序有问题时在来调试。微程序控制部分的调试任务：.用单拍方式（一个CPU周期）检查控制台之零度的指令是否正确，微地址是否正确。.用连续方式检查控制台指令读出的指令是否正确。2 总调：分调成功后，便可开始总调，总调试首先用单拍方式跑流程图。再用单拍指令方式执行各条指令，观察执行结果是否正确。编写一段演示程序是否正确.(见附录)以上结果都正常，证明这次设计成功。三、 实验步骤：1 按设计的图连接实验电路，仔细检查线无误后接通电源。2 写微程序。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，“STO

12、P”为“RUN”状态。b. 拨动总清开关CLR(0-1-0),微地址清零，程序计数器清零，程序首地址为00H.c. 单步运行一条微程序，每按动一次START，即单步运行一条微指令。对赵薇程序流程图，观察微地址显示灯是否与流程一致。.连续运行程序：a.“STATE UNIT”中的“STEP”开关置为“ECEX”状态。“STOP”开关置为“RUN”状态。b.拨动总清开关CLR，清微地址及程序计数器，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。第四部分 附录一、八位数据原理总图：二、微程序流程图：三、微程序控制器原理图：四、微程序代码表(二十四位)五、机器码（十六进制）六、 程序机器指令第五部分 小结本次试验结合了计算机组成原理，汇编语言等很多知识，以及必要的动手能力。在在这次试验中，我意识到，要实现自己的一个想法在计算机上还是能实现的，关键是要能动脑思考，把所学的东西融会贯通。在不懂的地方要勤问老师同学，这样才能不断的进步。虽然这次只是一个很小的练习，但它让我知道了计算机并不是那么的神秘，我也能亲自动手来“造“了。最后非常感谢老师的指导以及那些在我遇到困难时帮助我的同学。我相信在以后的学习中这次试验一定会成为我走向成功基石。