計(jì)算機(jī)組成與原理課程設(shè)計(jì)之繁雜模型機(jī)設(shè)計(jì)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——計(jì)算機(jī)組成與原理課程設(shè)計(jì)之繁雜模型機(jī)設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)

課程名稱計(jì)算機(jī)組成原理

題目模型機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

專業(yè)交通信息工程班級(jí)24020904姓名黃暉（2402090407）同組人員張雪娜（2402090426）陳佼（2402090427）李媛媛（2402090428）指導(dǎo)教師蘭勇

2023年12月12日

長(zhǎng)安大學(xué)信息工程學(xué)院交通信息工程1《計(jì)算機(jī)組成原理》

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

一、設(shè)計(jì)任務(wù)：

1、基本模型機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；

2、在基本模型機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一臺(tái)繁雜模型機(jī)。

二、功能指標(biāo)和設(shè)計(jì)要求：

利用所學(xué)過的理論知識(shí)，特別是微程序設(shè)計(jì)的思想，寫出要設(shè)計(jì)的指令系統(tǒng)的微程序。設(shè)計(jì)環(huán)境為TDN－CM＋計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)試驗(yàn)箱、微機(jī)，聯(lián)機(jī)軟件等。將所設(shè)計(jì)的微程序在此環(huán)境中進(jìn)行調(diào)試，并給出測(cè)試思路和具體程序段。最終撰寫出符合要求的課程設(shè)計(jì)說明書、完成辯論。

1.基本模型機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1、設(shè)計(jì)一臺(tái)簡(jiǎn)單模型機(jī)，要求其指令系統(tǒng)至少要包括五條不同類型指令：如一

條輸入指令（假設(shè)助記符為IN），一條加法指令（假設(shè)助記符為ADD），一條存數(shù)指令（假設(shè)助記符為STA），一條輸出指令（假設(shè)助記符為OUT）和一條無條件轉(zhuǎn)移指令（假設(shè)助記符為JMP）；利用設(shè)計(jì)的模型機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)行兩個(gè)數(shù)求和運(yùn)算的測(cè)試驗(yàn)證程序，驗(yàn)證模型機(jī)的功能。

1.2、在1.1的基礎(chǔ)上，給基本模型機(jī)增加一條加法指令（假設(shè)助記符仍為ADD），

但是該加法指令的尋址方式與1.1中的加法指令尋址方式不同。利用設(shè)計(jì)的

模型機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)行兩個(gè)數(shù)求和運(yùn)算的測(cè)試驗(yàn)證程序，驗(yàn)證模型機(jī)的功能。

2.在任務(wù)1的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)具有不少于10條指令的繁雜指令系統(tǒng)模型機(jī)。其中，包含算術(shù)規(guī)律指令、訪問內(nèi)存指令、轉(zhuǎn)移指令、程序控制指令（控制臺(tái)指令）、輸入輸出指令、停機(jī)指等令。數(shù)據(jù)的尋址方式要包括直接、間接、變址和相對(duì)尋址等多種尋址方式。利用設(shè)計(jì)的繁雜模型機(jī)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)的減法運(yùn)算并判斷差得正負(fù)，差為正數(shù)則輸出A，差為負(fù)數(shù)則輸出B，差為零則輸出C。設(shè)計(jì)該測(cè)試驗(yàn)證程序，驗(yàn)證模型機(jī)的功能。

3、基本模型機(jī)和繁雜模型機(jī)的CPU數(shù)據(jù)字長(zhǎng)為8位，采用定點(diǎn)補(bǔ)碼表示。指令字長(zhǎng)為8的整數(shù)倍。微指令字長(zhǎng)為24位。

三、設(shè)計(jì)步驟：1、確定設(shè)計(jì)目標(biāo)

進(jìn)行全面深入的模型機(jī)設(shè)計(jì)需求分析，確定所設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的功能和用途。

2、確定指令系統(tǒng)

長(zhǎng)安大學(xué)信息工程學(xué)院交通信息工程2確定數(shù)據(jù)的表示格式、位數(shù)、指令的編碼、類型、需要設(shè)計(jì)哪些指令及使用的尋址方式。確定相對(duì)應(yīng)指令所包含的微操作。

3、總體結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通路與硬件實(shí)現(xiàn)

總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括確定各部件設(shè)置以及它們之間的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，就可以擬出各種信息傳輸路徑，以及實(shí)現(xiàn)這些傳輸所需要的微命令。

綜合考慮計(jì)算機(jī)的速率、性能價(jià)格比、可靠性等要求，設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)，確定采用何種方案的內(nèi)總線及外總線。數(shù)據(jù)通路不同，執(zhí)行指令所需要的操作就不同，計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)也就不一樣。

硬件實(shí)現(xiàn)基于現(xiàn)有的基本試驗(yàn)箱平臺(tái)，根據(jù)所設(shè)計(jì)模型機(jī)選擇必要的元器件，并通過接插件（各種連線等）進(jìn)行器件連接，組成所設(shè)計(jì)的模型機(jī)硬件系統(tǒng)（物理機(jī)）。

4、設(shè)計(jì)指令執(zhí)行流程

數(shù)據(jù)通路確定和硬件實(shí)現(xiàn)后，就可以設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)中每條指令所需要的機(jī)器周期數(shù)。對(duì)于微程序控制的計(jì)算機(jī)，根據(jù)總線結(jié)構(gòu)，需考慮哪些微操作可以安排在同一條微指令中，哪些微操作不能安排在同一條微指令中。

5、確定微程序地址

根據(jù)后續(xù)微地址的形成方法，確定每個(gè)微程序地址及分支轉(zhuǎn)移地址。

6、微指令代碼化

根據(jù)微指令格式，將微程序流程中的所有微指令代碼化，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的二進(jìn)制代碼寫入到控制存儲(chǔ)器中的相應(yīng)單元中。

7、組裝、調(diào)試

7.1、在總調(diào)試前，先按功能模塊進(jìn)行組裝和分調(diào)，由于只有各功能模塊工作正常后，

才能保證整機(jī)的正常運(yùn)行。首先調(diào)試每條微指令功能，再調(diào)試每條機(jī)器指令功能。

連接所有模塊，用單步微指令方式執(zhí)行機(jī)器指令的微程序流程圖，當(dāng)全部

微程序流程圖檢查完后，若運(yùn)行結(jié)果正確，則在內(nèi)存中裝入一段機(jī)器指令，進(jìn)行其他的運(yùn)行方式等功能調(diào)試及執(zhí)行指令的正確性驗(yàn)證。

7.2、當(dāng)所有功能模塊都調(diào)試正常后，進(jìn)入總調(diào)試。根據(jù)設(shè)計(jì)的模型機(jī)設(shè)計(jì)模型機(jī)功

能測(cè)試驗(yàn)證程序，運(yùn)行程序驗(yàn)證模型機(jī)功能。

長(zhǎng)安大學(xué)信息工程學(xué)院交通信息工程3目錄

任務(wù)書錯(cuò)誤！未定義書簽。目錄4一、課程設(shè)計(jì)題目5二、課程設(shè)計(jì)目的和任務(wù)5三、試驗(yàn)設(shè)備5四、繁雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)內(nèi)容5

1.數(shù)據(jù)格式52.指令格式53.指令系統(tǒng)7五、總體設(shè)計(jì)9

1.設(shè)計(jì)繁雜模型機(jī)的監(jiān)控軟件92.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通路圖83.設(shè)計(jì)微程序流程圖94.轉(zhuǎn)換格式105.設(shè)計(jì)指令執(zhí)行流程11