计算机组成原理课程设计报告

序号:学号:CHANGZHOUUNIVERSITY计算机组成原理课程设计报告题目：8位机微程序控制器模型计算机的设计与实现学生姓名：学号:学院（系）：专业班级：校内指导教师：专业技术职务：实习时间：年月日年月日计算机组成原理课程设计任务书一、设计题目8位机微程序控制器模型计算机的设计与实现二、设计目的深入了解计算机各种指令的执行过程，以及控制器的组成，指令系统微程序设计的具体知识，进一步理解和掌握动态微程序设计的概念；完成微程序控制的特定功能计算机的指令系统设计和调试。三、设计说明要完成该课程设计，必须清楚地懂得：（1）TEC-9机的功能部件及其连接关系；（2）TEC-9机每个功能部件的功能与具体组成；（3）TEC-9机支持的指令格式；（4）TEC-9机的微指令格式；（5）已实现的典型机器指令的执行实例，即相应的微指令与其执行次序的安排与衔接；（6）要实现的新指令的格式与功能。四、内容及目标设计内容：1、通过知识的综合运用，设计一台新的微程序控制器模型计算机。2、根据设计图纸，在TEC-9实验台上进行组装、调试。3、画出微程序控制器设计图，根据设计图编写控制器代码。设计目标：1、掌握模型计算机的微程序控制器功能与结构特点；2、熟悉TEC-9教学实验系统的微指令格式；3、设计新的机器指令，并编写对应的微程序；4、在TEC-9教学实验系统中调试机器指令程序，确认运行结果。计算机组成原理课程设计报告五、进度安排周次工作内容预定目标第17周周一任务安排；图书馆查相关资料查阅相关资料第17周周二至周四设计新的机器指令，并编写对应的微程序实现微程序方案设计第17周周五设计成果检查及指导确定设计成果第18周周一至周五上机调试完善微程序调试，并验证结果是否正确第19周周一至周三完成实习报告写好实习报告，调试好系统第19周周四答辩并且验收实习报告答辩并且验收实习报告第19周周五修改实验报告，提交所有资料归档完成实习资料归档六、设计时间：2016年12月26日到2017年1月13日计算机科学与技术系指导教师计算机组成原理课程设计报告目录1、课程设计的目的..............................................................................................12、课程设计的环境..............................................................................................13、课程设计的内容..............................................................................................13.1课程设计的原理.............................................................................................13.2课程设计机器指令.........................................................................................33.3微指令格式.....................................................................................................43.4数据通路图.....................................................................................................64、设计方案..........................................................................................................74.1设计指令.........................................................................................................94.2微程序流程图...............................................................................................104.3微指令二进制微代码表...............................................................................105、验证与结果分析............................................................................................135.1课设过程中所遇问题...................................................................................235.2对应问题的解决...........................................................................................236、课程设计总结................................................................................................246.1任务分工.......................................................................................................246.2心得体会.......................................................................................................24参考文献......................................................................................................................26计算机组成原理课程设计报告第1页共29页1、课程设计的目的深入了解计算机各种指令的执行过程，以及控制器的组成，指令系统微程序设计的具体知识，进一步理解和掌握动态微程序设计的概念；完成微程序控制的特定功能计算机的指令系统设计和调试。总体概括而言，分为两点：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，构造一台基本模型计算机。2、为其定义两条以上的机器指令，并编写相应的微程序，上机调试，掌握整机概念。2、课程设计的环境硬件环境：TEC-9实验系统一台，排线若干，连接有关联的开关，使信号同步。软件环境：HQFC-B1计算机组成原理软件，进行微程序的写入。3、课程设计的内容1、通过知识的综合运用，设计一台新的微程序控制器模型计算机。2、选择合适的寻址方式，进行数据的提取。3、确定你需要做的两条指令，并画出对应指令的流程图。4、根据流程图，设计控制器代码。5、根据控制器代码，在TEC-9实验系统上进行连线、调试，修改控制器代码。6、最后，得出正确的控制器代码并完成实验报告、答辩，课程设计完成3.1课程设计的原理TEC-9实验系统的组成：控制台、数据通路、控制器、时序电路、数字逻辑实验区、电源模块时序发生器时序发生器产生计算机模型所需的时序和数字逻辑实验所需的时钟。时序电路由一个500KHz晶振、2片GAL22V10组成。根据本机的设计，执行一条微程序指令需要4个节拍脉冲T1、T2、T3、T4，执行一条机器指令需要三个节拍电位W1、W2、W3，因此本机的基本时序如下：计算机组成原理课程设计报告第2页共29页图1时序发生器微程序控制器1、微程序控制器由5片58C65/28C64组成，存储容量为8K,本实验系统共使用128个字节。微指令格式采用全水平型，微指令字长37位，其中顺序控制部分10位：后继微地址uA5~uA0,判断标志位P3~P0操作控制字段：27位，全部采用直接表示法，用于控制数据通路的操作2、标志位P3和控制台开关SWC~SWA结合在一起确定微程序的分支，完成不同的控制台操作。3、标志位P2和指令操作码（IR寄存器的高4位IR7~IR4)结合确定微程序的分支，转向各种指令的不同微程序流程。4、标志位P1标志一条指令的结束，与中断请求信号INTQ结合，实现对程序的中断处理。5、标志位P0与C结合确定微程序的分支，实现条件转移指令。计算机组成原理课程设计报告第3页共29页图2微程序控制器的组成3.2课程设计机器指令1、取立即数时，立即数的地址为取值后的当前PC地址（PC自动加1）。2、从数据通路图中可以看出从存储器中读取数据到数据总线只能从左端口读出，而PC地址为右端口数据，因此取立即数，需要通过中间把PC地址数赋值给存储器左端口地址寄存器。3、从数据通路图中观察可以发现，PC地址可以通过中断地址寄存器。暂存后送到数据总线，左端口地址和右端口地址都可以从数据总线上得到数据。4、寄存器与立即数运算时，运算器一个操作数从寄存器取数，另一个从数据总线取数（存储器输出），因此M1、M2、LDDR1、LDDR2不能合并成1组信号，微程序控制器输出有2个空余的信号NC0、NC1，因此可使用NC0输出到M2，NC1输出LDDR2。使运算的二个操作数从不同的数据来源取数计算机组成原理课程设计报告第4页共29页表1指令表名称助记符功能指令格式IR7~IR4IR3、IR2IR1、IR0取数LDRRd,datadata-Rd0000XXRD1RD0相加ADDRd,dataRd+data-Rd0001XXRD1RD03.3微指令格式1、微指令格式采用全水平型，微指令字长37位，其中顺序控制部分10位：后继微地址uA5~uA0,判断标志位P3~P0操作控制字段：27位，全部采用直接表示法，用于控制数据通路的操作2、标志位P3和控制台开关SWC~SWA结合在一起确定微程序的分支，完成不同的控制台操作。3、标志位P2和指令操作码（IR寄存器的高4位IR7~IR4)结合确定微程序的分支，转向各种指令的不同微程序流程。4、标志位P1标志一条指令的结束，与中断请求信号INTQ结合，实现对程序的中断处理。5、标志位P0与C结合确定微程序的分支，实现条件转移指令。TEC-9实验系统有11条机器指令功能，和数据通路总体图的控制信号，采用的微指令格式见下图。微指令字长共38位。其中顺序控制部分10位：后继微地址６位，判别字段４位，操作控制字段28位，各位进行直接控制。微指令格式中，信号名为高有效信号。为了适合运算器LS181，进位信号与其一至，CN#为运算器最低进位/借位，低有效。计算机组成原理课程设计报告第5页共29页图3微指令格式控制存储器采用5片EEPROM28C64(U8、U9、U10、U11、U12)。28C64的输出是D0—D7，分别与引脚11、12、13、15、16、17、18、19相对应，CM0是最低字节，CM4是最高字节。微地址寄存器６位，用一片8D触发器74LS273组成，带有清零端。两级与门、或门构成微地址转移逻辑，用于产生下一微指令的地址。在每个T1上升沿时刻，新的微指令地址会打入微地址寄存器中，控制存储器随即输出相应的微命令代码。微地址转移逻辑生成下一地址，等下一个T1上升沿时打入微地址寄存器。5片EEPROM的地址A6（引脚4）直接与控制