计算机组成原理课程设计.docx
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计算机组成原理课程设计
存档资料成绩:
华东交通大学理工学院
课程设计报告书
所属课程:
计算机组成原理课程设计
题目:
复杂模型机的设计与实现
分院:
电信分院
专业班级:
11级计算机科学与技术
(1)班
学 号:
20110210440129
学生姓名:
余小宝
指导教师:
蔡久评
2013年6月26日
目 录
目 录1
引言2
第一章:
课程设计目的2
第二章:
设计内容及要求2
第三章:
设计分析3
3.1:
数据格式3
3.2:
指令格式3
(1):
算术逻辑指令3
(2):
访存指令及转移指令4
(3):
I/O指令4
(4):
停机指令5
3.3:
指令系统5
第四章:
设计方法与步骤6
4.1:
设计复杂模型机的监控软件6
4.2:
微程序流程图6
4.3:
二进制转十六进制格式文件9
4.4:
实验步骤:
10
(1)实验的接线图为:
10
(2)接通电源11
(3)编程11
(4)校验11
(5)写程序/运行程序11
(6)运行程序。
12
提示:
13
第五章:
设计心得体会13
致谢14
参考文献14
引言
本课程设计是《计算机组成原理》课程结束以后开设的大型实践性教学环节。
通过 本课程设计,加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识,特别是对微程序控制器的理解,进一步巩固所学的理论知识,并提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力;锻炼计算机硬件的设计能力、调试能力;培养严谨的科学实验作风和良好的工程素质,为今后的工作打下基础。
第一章:
课程设计目的
综合运用所学计算机原理实验知识,设计并实现较为完整的计算机。
第二章:
设计内容及要求
⑴模型机规定采用定点补码表示法表示数据,且字长为8位。
⑵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。
⑶根据设计,在实验台上组装调试通过。
⑷用16条指令,编写一个汇编语言程序,调试通过。
第3章:
设计分析
3.1:
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:
7
654321
符号
尾数
3.2:
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:
D7D6D5D4
D3D2
D1D0
OP-CODE
Rs
Rd
其中,OP-CODE为操作码,Rs为源寄存器,Rd为目的寄存器,并规定:
选中的寄存器(Rs或Rd)
R0
R1
R2
寄存器的编码
00
01
10
(2):
访存指令及转移指令
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)、结果为零或有进位转移指令(BZC)。
其格式如下:
D7D6
D5D4
D3D2
D1D0
D7····D0
OP-CODE
M
OP-CODE
Rd
D
其中,OP-CODE为操作码,Rd为目的寄存器,D为位移量(正负均可),M为寻址方式,其定义如下:
寻址方式
有效地址
说明
00
E=D
直接寻址
01
E=(D)
间接寻址
10
E=(RI)+D
RI变址寻址
11
E=(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
输入和输出指令采用单字节指令,其格式如下:
D7D6D5D4
D3D2
D1D0
OP-CODE
addr
Rd
其中,addr=01时,表示选中“输入单元”中的开关组作为输入设备,addr=10时,表示选中“输出单元”中的数码管作为输出设备。
(4):
停机指令
这类指令只有1条,即停机指令HALT,用于实现停机操作,指令格式如下:
D7D6D5D4
D3D2
D1D0
0110
00
00
3.3:
指令系统
本模型机共有16条基本指令。
其中,算术逻辑指令9条,访问内存指令和程序控制指令4条,输入输出指令2条,其他它指令1条。
表1列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。
表1复杂模型机指令系统
序号
汇编符号
指令格式
功能说明
1
CLRRd
011100Rd
0→Rd
2
MOVRS,Rd
1000RSRd
RS→Rd
3
ADCRS,Rd
1001RSRd
RS+Rd+Cy→Rd
4
SBCRS,Rd
1010RSRd
RS-Rd-Cy→Rd
5
INCRd
1011--Rd
Rd+1→Rd
6
ANDRS,Rd
1100RSRd
RS∧Rd →Rd
7
COMRd
110100Rd
Rd →Rd
8
RRCRS,Rd
1110RSRd
RS带进位右循环一位,RS→Rd
9
RLCRS,Rd
1111RSRd
RS带进位左循环一位,RS→Rd
10
LDAM,D,Rd
00M00Rd,D
E→Rd
11
STAM,D,Rd
00M01Rd,D
Rd→E
12
JMPM,D
00M1000,D
E→PC
13
BZCM,D
00M1100,D
当CY=1或ZI=1时,E→PC
14
INaddr,Rd
010001Rd
addr→Rd
15
OUTaddr,Rd
010110Rd
Rd→addr
16
HALT
01100000
停机
第四章:
设计方法与步骤
4.1:
设计复杂模型机的监控软件
$P00 00
$P01 10
$P02 0A
$P03 20
$P04 0B
$P05 30
$P06 0B
$P0740
$P0800
$P0A01
4.2:
微程序流程图
本模型机的数据通路如图1所示。
根据复杂模型机的监控软件,设计微程序流程图,如图2所示.
图1复杂模型机的设计的数据通路图
图2微程序流程图
4.3:
二进制转十六进制格式文件
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,见表2。
表2
24
23
22
21
20
19
18
17
16
151413
121110
987
6
5
4
3
2
1
S3
S2
S1
S0
M
Cn
WE
A9
A8
A
B
C
uA5
uA4
uA3
uA2
uA1
uA0
A字段B字段
字段
15
14
13
选择
12
11
10
选择
9
8
7
选择
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
LDRi
0
0
1
RS-B
0
0
1
P
(1)
0
1
0
LDDR1
0
1
0
RD-B
0
1
0
P
(2)
0
1
1
LDDR2
0
1
1
RI-B
0
1
1
P(3)
1
0
0
LDIR
1
0
0
299-B
1
0
0
P(4)
1
0
1
LOAD
1
0
1
ALU-B
1
0
1
AR
1
1
0
LDAR
1
1
0
PC-B
1
1
0
LDPC
4.4:
实验步骤:
(1)实验的接线图为:
图4实验接线图
(2)接通电源
按图3连接实验线路,仔细查线无误后,接通电源。
(3)编程
A.将控制台单元的编程开关SP06设置为WRITE(编程)状态。
B.将控制台单元上的SP03置为STEP,SP04置为RUN状态。
C.用开关单元的二进制模拟开关设置微地址UA5~UA0。
D.在微控制器单元的开关LM24~LM01上设置微代码,24位开关对应24位显示灯,开关量为1时灯亮,开关量为0时灯灭。
E.按动START键,启动时序电路,即将微代码写入到28C16的相应地址单元中。
F.重复C~E步骤,将表3的微代码写入28C16中。
(4)校验
A.将编程开关SP06设置为READ(校验)状态。
B.将实验板的SP03开关置为STEP状态,SP04开关置为RUN状态。
C.用二进制开关置好微地址μA5~μA0。
D.按动START键,启动时序电路,读出微代码.观察显示灯LM24~LM01的状态(灯亮为“1”,灭为“0”),检查读出的微代码是否与写入的相同。
如果不同,则将开关置于WRITE编程状态,重新执行
(2)即可
(5)写程序/运行程序
A.将控制台单元上的SP03置为STEP状态,SP04置为RUN状态,SP05置为NORM状态,SP06置为RUN状态。
B.拨动开关单元的总情开关CLR(1→0→1),微地址寄存器清0,程序计数器清0。
然后使开关单元的SWB、SWA开关设置为“01”,按动一次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KWE的流程,就不难发现,机器指令的首地址总清后为00H,以后每个循环PC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.写完程序后须进行校验。
拨动总清开关CLR(1→0→1)后,微地址清零。
PC程序计数器清零,然后使控制台开关SWB,SWA为“00”,按动启动START,微地址灯将显示“001000”;再按START,微地址灯显示为“001010”;第3次按START,微地址灯显示为“111011”;再按START后,此时输出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。
(6)运行程序。
(A)单步运行程序
①使编程开关SP06处于RUN状态,SP03为STEP状态,SP04为RUN状态,SP05为NORM状态,开关单元的SWB,SWA为“11”。
②拨动总清开关CLR(1→0→1),微地址清零,程序计数器清零,程序首址为00H。
③单步运行一条微指令,每按动一次START键,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。
④当运行结束后,可检查运行结果是否和理论值一致。
(B)连续运行程序
①使编程开关SP06处于RUN状态,SP03为RUN状态,SP04为
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- 计算机 组成 原理 课程设计