计算机组成原理课程设计――基本模型机

课程设计说明书题目：1、基本模型机设计与实现2、扩展8255并行口设计院系：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：2010年月日I课程设计（论文）任务书计算机科学与工程学院硬件教研室学号*******学生姓名****专业（班级）计算机07级3班设计题目基本模型机（算术运算，包括IN,OUT,STA,加ADD,减SUB,循环左移RLC六条指令）设计技术参数微指令，程序，微程序控制器设计要求设计机器指令和微指令，将机器指令和微指令编写成规定格式的十六进制文件，然后下载到实验箱上模拟验证。工作量1、画出流程图,编写微指令代码和程序2、课程设计说明书1000字工作计划第13周学习微程序控制器第14周画出流程图,设计微指令，将机器指令和微指令编写成规定格式的十六进制文件第15周连线,在实验箱上运行参考资料计算机组成原理第三版（网络版）白中英主编计算机组成原理实验指导书指导教师签字教研室主任签字2009年9月28日II课程设计（论文）成绩评定表指导教师评语：成绩：指导教师：年月日III摘要随着社会科技的发展，计算机被应用到各行各业，人们步入自动化、智能化的生活阶段。本次课程设计课题是基本模型机的设计与实现，它正体现了这一点。利用CPU与简单模型机来实现计算机组成原理课程及实验中所学到的实验原理和编程思想，硬件设备自拟，编写指令的应用程序，用微程序控制器实现了一系列的指令功能，最终达到将理论与实践相联系。本次设计完成了各指令的格式以及编码的设计，实现了各机器指令微代码，形成具有一定功能的完整的应用程序。部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，本课程设计将能在微程序控制下自动产生各部件单元的控制信号，实现特定指令的功能，通过设计流程图，编写机器指令，微指令和控制信号程序。首先向存储器（RAM）中装入数据和程序，然后检查写入是否正确，启动程序执行。另外，还需设计三个控制台操作微程序：存储器读操作（READ），存储器写操作（WRITE），运行程序(RUN)。以上各微指令设计完毕后，连接线路在ZY15CompSys12BB计算机组成原理教学实验箱运行程序，并将实验结果显示输出。这一课题的实现不仅使我们对各种微指令有了熟练的掌握，更对以后的学习、工作中有深远的影响。关键词：微指令，机器指令，READ，WRITE,RUN，ZY15CompSys12BBIV目录摘要.....................................................III1设计背景................................................12设计目标................................................13概要设计................................................23．1设计目的............................................................................................................................................23．2设计仪器............................................................................................................................................23．3设计内容............................................................................................................................................24详细设计................................................84．1系统需求分析....................................................................................................................................84．2系统目标............................................................................................................................................84．3功能分析............................................................................................................................................84．4详细步骤............................................................................................................................................85总结...................................................12参考文献（资料）..........................................13课程设计（论文）11设计背景通过计算机组成原理理论课和几次实验的学习，尝试设计六条机器指令，并编写相应的微程序，完成由基本单元电路构成一台基本模型机，再经过调试指令和模型机使其在微程序的控制下自动产生各部件单元的正常工作控制信号。在设计基本模型机4的实验过程中，个别部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本课程设计将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期，全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一条微程序。本课程设计要求实现六条机器指令：IN（输入)，与AND（逻辑乘），STA（存数），OUT（输出），或OR（逻辑加），异或XOR（逻辑异）的输入，输出。重点主要在逻辑运算的设计中。2设计目标在“微程序控制器的组成与微程序设计实验”的基础上，将第一部分中的各单元组成系统，构造一台基本模型计算机。本次课程设计主要是为其定义六条机器指令，编写相应的微程序，并上机调试运行，形成整机概念。用微程序控制器实现以下指令功能，设计各指令格式以及编码，并实现各机器指令微代码，根据定义的机器指令，自拟编写加ADD,减SUB,循环左移RLC的应用程序。全部微指令设计完毕后，编写二进制代码，即使每条指令代码化。连接线路在ZY15CompSys12BB计算机组成原理教学实验箱上运行，并显示输出实验结果。课程设计（论文）23概要设计3．1设计目的1.在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统构造一台稍微复杂的模型计算机；2.为其定义六条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试掌握整机概念3．2设计仪器TDX—CM+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干；PC机一台。3．3设计内容部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能，这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。本实验采用六条机器指令：IN,OUT,STA,加ADD,减SUB,循环左移RLC其指格式如下：地址内容助记符说明0000IN；输入开关数据→R0，采集数据0110ADD[0AH]；R0+[0AH]→R0020A；地址0320STA[0BH]；R0→[0BH]040B；地址0530OUT[0BH]；[0BH]→BUS,输出显示060B；地址0740SUB[0AH]；R0-[0AH]→R0080A；地址课程设计（论文）30950RLC0A010B为了向RAM中装入程序和数据,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微程序.存储器读操作:拨动总清开关CLR后,控制台开关SWB,SWA为”00”时,按START微动开关,可对RAM连续手动读操作.存储器写操作:拨动总清开关CLR后,控制台开关SWBSWA置为”01”时,按START微动开关可对RAM进行连续手动写入.启动程序:拨动总清开关CLR后,控制台开关SWBSWA置为“11”时,按START微动开关,既可转入到第01号“取址”微指令,启动程序运行.上述三条控制台指令用两个开关SWBSWA的状态来设置,其定义如下表3-1读写变化SWBSWA控制台指令001011读内存（KRD）写内存（KWE）启动程序（RP）根据以上要素设计数据通路框图,如图3-2：图3-1数据通路框图微代码定义如表1-2所示：表3-2微代码的定义微程序2423222120-19181716151413课程设计（论文）4控制信号S3S2S1S0MCNRDM17M16A121110987654321BPuA5uA4uA3uA2uA1uA0表3-3A，B，P字段内容A字段B字段P字段151413控制信号121110控制信号987控制信号000.000000001LDRI001RS_G001P1010LDDR1010010011LDDR2011011100LDIR100100P4101LOAD101ALU_G101110LDAR110PC_G110LDPC当拟定“取指令”微指令时，该微指令的判别测试字段为P1测试。由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P1测试结果出现多路分支。本次课程设计用指令寄存器的前4位（I7-I4）作为测试条件，出现6路分支，占用6个固定微地址单元。控制台操作为P4测试，它以控制台开关SWB，SWA作为测试条件，出现了3路分支，占用3个固定微地址单元。当分支微地址单元固定后，剩下的其他地方就可以一条微指令占用控存一个微地址单元随意填写。课程设计（论文）5PC-ARPC+1RAM-BUSBUS-IRP1SW-R0R0-299PC-ARPC+1PC-ARPC+1PC-ARPC+1PC-ARPC+1RAM-BUSBUS-DR2R0-DR1DR1+DR2-R0DR1-LEDRAM-BUSBUS-ARRAM-BUSBUS-ARRAM-BUSBUS-ARR0-BUSBUS-RAMRAM-BUSBUS-DR1RAM-BUSBUS-DR2DR1-LEDDR1-LEDDR1-LEDR0-DR1DR1-DR2-R0R0-DR1带进位循环右移299-G-R0R0-DR1当全部微程序设计完毕之后，应将每条微指令代码化：运行：010210INADDSTAOUTSUBRLC1011121314150103071631350426173236050125333706342501370101课程设计（论文）6PC—ARPC+1DR1—RAMRAM—BUSBUS—DR1RAM—BUSBUS—DR1PC—ARPC+1P4DR1—RAM2501控制台0020WRITE（01）READ(00)RUN(11)2120232422013027图3-1微程序流程图表3-4二进制微代码表微地址S3~CNRDM17M16ABPuA5~uA00000000001100000010001000001000000011