計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告課程名稱： 計(jì)算機(jī)組成原理 系 別： 姓 名： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 成 績： 指導(dǎo)教師： 開課時(shí)間：20 -20 學(xué)年 第 學(xué)期一設(shè)計(jì)題目計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)簡單模型機(jī)的微程序設(shè)計(jì)二主要內(nèi)容通過課程設(shè)計(jì)更清楚地理解下列基本概念：1.計(jì)算機(jī)的硬件基本組成；2.計(jì)算機(jī)中機(jī)器指令的設(shè)計(jì)3.計(jì)算機(jī)中機(jī)器指令的執(zhí)行過程；4.微程序控制器的工作原理。5.微指令的格式設(shè)計(jì)原則；在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)可以運(yùn)行一些基本機(jī)器指令的微程序的設(shè)計(jì) 三具體要求置數(shù)指令 IN 置數(shù)開關(guān)SW（KD0KD7）的狀態(tài)R0加法指令 ADD R0,，(addr)：(R0)+(addr)（R0）存數(shù)指令 STA R0

2、，（addr）：(R0)（addr）輸出指令 OUT （addr）：(addr)輸出設(shè)備"LED"跳轉(zhuǎn)指令 JMP （addr）：addrPC 或指令OR RD，RS：(RS)或(RD)(RD) 新加法指令 NADD (addr1)，(addr2)：(addr1)加(addr2)(RD) 異或指令XOR (addr1)，(addr2)：(addr1)異或(addr2)(RD) 與指令A(yù)ND RD，RS：(RS)與(RD)(RD) 求反指令 NOT RD：/(RD) （RD） 四進(jìn)度安排 共1.5周11天的時(shí)間，具體安排如下： 12天：對(duì)整個(gè)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容做詳細(xì)的講解，并輔導(dǎo)

3、學(xué)生完成課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書的學(xué)習(xí)，使其掌握和理解課程設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容； 3 5天：學(xué)生在機(jī)房學(xué)習(xí)熟悉課程設(shè)計(jì)所使用的仿真軟件，并深入了解該仿真軟件所實(shí)現(xiàn) 的模型機(jī)的指令系統(tǒng)（原有的5條指令）和微程序設(shè)計(jì)方法； 69天：在原有5條機(jī)器指令的基礎(chǔ)上增加實(shí)現(xiàn)下述各功能的機(jī)器指令，試設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)器指令的格式并改寫原來的微程序使其可以運(yùn)行所有的機(jī)器指令。 1011天：根據(jù)自己設(shè)計(jì)的微程序系統(tǒng)寫出相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 五成績?cè)u(píng)定 六. 正文 一、模型機(jī)的CPU及系統(tǒng)硬件   基本模型機(jī)的CPU及系統(tǒng)硬件組成如圖1所示：圖1 模型機(jī)的CPU及系統(tǒng)硬件組成 各部件的功能及控制信號(hào)如下： 運(yùn)算器

4、由算邏部件ALU（8位）、暫存器DR1、DR2及通用寄存器等組成。ALU的功能控制信號(hào)為 S3、S2、S1、S0、M、CN，可以實(shí)現(xiàn)48種算術(shù)和邏輯運(yùn)算功能，如圖2所示。  運(yùn)算器為單總線結(jié)構(gòu)，其輸入端分別連接到暫存器DR1和DR2，其裝入數(shù)據(jù)的微命令分別為LDDR1和LDDR2，當(dāng)它們?yōu)?電平時(shí)由節(jié)拍脈沖T4將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)裝入相應(yīng)的暫存器。R0、R1、R2為通用寄存器。R0的裝 入數(shù)據(jù)的微命令為LDR0，R1的裝入數(shù)據(jù)的微命令為LDR1，R2的裝入數(shù)據(jù)的微命令為LDR2。299為實(shí)現(xiàn)移位運(yùn)算的裝置，當(dāng)299B微命令有效時(shí)，其數(shù)據(jù)端和數(shù)據(jù)總線連接。  控制器由程序計(jì)數(shù)器

5、PC、指令寄存器IR、地址寄存器AR、時(shí)序電路、控制存儲(chǔ)器及相應(yīng)的譯碼電路組成。 程序計(jì)數(shù)器PC的功能是存放下一條指令的地址，其輸出是向地址寄存器提供要將執(zhí)行的指令在存儲(chǔ)器中的地址。在提供地址后立即加1，指向指令的下一個(gè)字節(jié)或下一條指令的地址。其控制微命令有三個(gè)。當(dāng)LOAD=0而LDPC=1時(shí)，由T4的正跳變將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)裝入PC；當(dāng)當(dāng)LOAD=1而LDPC=1時(shí)PC的內(nèi)容加1；當(dāng)PCB=1時(shí)，PC中的地址信息送到數(shù)據(jù)總線上。  指令寄存器IR用于存放當(dāng)前執(zhí)行的指令。當(dāng)微命令LDIR=1時(shí)，由節(jié)拍脈沖T3將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)裝入。  地址寄存器AR存放要從存儲(chǔ)器中讀出的數(shù)

6、據(jù)或指令的地址或要向存儲(chǔ)器寫入數(shù)據(jù)或指令的地址。 當(dāng)微命令LDAR=1時(shí)，由節(jié)拍脈沖T3將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)裝入。 存儲(chǔ)器RAM用于存放程序和數(shù)據(jù)。當(dāng)片選信號(hào)CE=0時(shí)，如果W/R為0，則根據(jù)AR中的地址，從存儲(chǔ)器讀出 數(shù)據(jù)并送到數(shù)據(jù)總線上；如果W/R為1，則根據(jù)AR中的地址，向存儲(chǔ)器中寫入數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)。片選信號(hào) CE是由微指令中的有關(guān)字段（B1B0）譯碼產(chǎn)生的。 模型機(jī)有兩個(gè)外部設(shè)備：輸入設(shè)備是置數(shù)開關(guān)SW，用于設(shè)置數(shù)據(jù)或地址，當(dāng)微命令SWB=0時(shí)，設(shè)置的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上；SWB也是由微指令中的有關(guān)字段（B1B0）譯碼產(chǎn)生的。輸出設(shè)備是兩位LED數(shù)碼管，當(dāng)微命令LEDB=1時(shí)，數(shù)據(jù)總線上

7、的數(shù)據(jù)送到數(shù)碼管顯示。 二、基本模型機(jī)的指令設(shè)計(jì) 根據(jù)基本模型機(jī)的硬件設(shè)計(jì)五條機(jī)器指令：外設(shè)輸入指令I(lǐng)N、二進(jìn)制加法指令A(yù)DD、存數(shù)指令STA、輸出到外設(shè)指令OUT、 無條件轉(zhuǎn)移指令JMP。指令格式如下： 助記符 機(jī)器指令碼說明 IN 0000 0000 ； 置數(shù)開關(guān)SW（KD0KD7）的狀態(tài)R0 ADD addr 0001 0000 ×××× ××××； (R0)+(addr)（R0） STA addr 0010 0000 ×××× ×××&#

8、215;； (R0)（addr） OUT addr 0011 0000 ×××× ××××； (addr)輸出設(shè)備"LED" JMP addr 0100 0000 ×××× ××××； addrPC 說明： 指令I(lǐng)N為單字節(jié)指令，其余均為雙字節(jié)指令， ××××××××為要讀寫的主存儲(chǔ)器單元的二進(jìn)制地址碼。 三、指令微流程分析&#

9、160;  這十條指令的微流程圖如圖所示運(yùn)行微程序RDDR2RAMBUSBUSAR0CNOTR0DR1R0DR1PCARPC+1PCARPC+1RSDR101RAMBUSBUSPC16PCARPC+101DR1LED15RAMBUSBUSDR114RAMBUSBUSAR13PCARPC+1R0BUSBUSRAM12RAMBUSBUSAR11PCARPC+1(D1+DR2)R0100FR0DR1RAMBUSBUSDR2RAMBUSBUSARPCARPC+1010B0A09080706050403ADDXORNADDORJMPOUTSTAANDINPCARPC+1RAMBUSBUSIRP

10、(1)測試0102SWR027251F19170DRDDR2RAMBUSBUSAR求反RD20261A1801或結(jié)果RDRAMBUSBUSDR1RAMBUSBUSDR1與結(jié)果RD0E211B0101PCARPC+1PCARPC+101221CRAMBUSBUSARRAMBUSBUSAR231DRAMBUSBUSDR2RAMBUSBUSDR224011E異或結(jié)果RDDR1+DR2RD0101 用數(shù)據(jù)流表示的微程序流程運(yùn)行微程序01PCBLDARLDPC02CE有效W/R=0LDIRP(1)測試NOTANDORSUBMOVJMPOUTSTAADDIN090A0B0C080706050304RSB有

11、效LDDR1RCB LDARLDPCRDB有效RSB有效LDDR1RCB LDARPC+1PCBLDARLDPCPCBLDARLDPCPCBLDARLDPCPCBLDARLDPCSWB有效LDRi110D01131617191F25 27CE有效W/R=0LDARRDB有效LDDR2CE有效W/R=0LOADCE有效W/R=0LDARALU做反運(yùn)算LDRiALUBRDB有效LDDR2CE有效W/R=0LDARCE有效W/R=0LDARCE有效W/R=0LDAR12010E0114181A2026ALU做或LDRiALUBCE有效W/R=0LDDR1CE有效W/R=0LDDR1ALU做與LDRi

12、ALUBCE有效W/R=0LDDR1R0BCE有效W/R=1CE有效W/R=0LDDR20F0101151B21RCB LDARLDPCRCB LDARLDPC01ALUBLEDBALU=AW/R=1R0B有效LDDR1101C22CE有效W/R=0LDARCE有效W/R=0LDAR01ALU做加LDRiALUB1D23CE有效W/R=0LDDR2CE有效W/R=0LDDR201 用微命令表示的執(zhí)行十條基本指令的微指令流程1E24ALU做加LDRiALUBALU做異或LDRiALUB0101 該圖中每個(gè)框上的數(shù)字表示該條微指令在控存中的地址（與指令格式有關(guān)，也與設(shè)計(jì)者的意愿有關(guān)）。 如何在一條

13、微指令中實(shí)現(xiàn)一個(gè)框中的微操作與微指令的格式密切相關(guān)。 五、編寫微程序 108:09:0A: 0B:0C:0D:0E:0F:10:11:12:13:14:15:16:17:18:19:1A: 1B:1C:1D:1F此后就可以手動(dòng)地用開關(guān)將微程序輸入機(jī)器的控存。然后將控存的啟動(dòng)地址置為0，運(yùn)行微程序， 將要執(zhí)行的測試程序存入主存，也可從主存中讀出指令，檢查輸入的指令是否正確。下面是利用該軟件設(shè)計(jì)的微程序編碼及各條微指令的功能分析。注意第一條微指令的微地址為01H，其它各條微指令的微地址都由上一行文字最后的數(shù)字（16進(jìn)制）指定。不難看出，上面的文字說明和我們所畫的用微命令表示的微程序流程圖中各個(gè)框中

14、所列的微命令是一一對(duì)應(yīng)的。這個(gè)微程序可以根據(jù)用微命令表示的微程序流程圖在本仿真軟件上很方便地設(shè)計(jì)出來。六測試程序00H:00110000; IN R0:（SW）（R0） 01H:01000000; ADD R0,10:（RS）+（10）（RD）02H:0001000003H:01010000; STA 11,R0:（R0）1104H:0001000105H:01100000; OUT 11:11（LED）06H:0001000107H:10000001; OR RS,RD:RS或RDRD08H:10010001; NADD (addr1),(addr2):(addr1)+(addr2)RD09H:000100100AH:000100110BH:10100001; XOR (addr1),(addr2):(addr1)或(addr2)RD0CH:000101000DH:00010101 0EH:10110001； AND RS,RD:(RS)與（RD）RD 0FH:11000001； NOT RS:RS取反RD 10H:00010001 11H: 12H:00010001 13H:00010001 14H:00010001 15H:00010001七總結(jié) 經(jīng)過一周左右的努力,終于完成了計(jì)算機(jī)組成原理的課程設(shè)計(jì). 課程設(shè)計(jì)中，我對(duì)計(jì)算機(jī)的基本