计算机组成原理报告

学号102104165武汉华夏理工学院课程设计课程名称计算机组成原理题目模型机设计与实现专业计算机科学与技术班级计算机1165姓名成绩指导教师田夏利2018年1月8日1课程设计任务书设计题目：模型机设计与实现设计目的：利用基本模型机的构建与调试实验，完整地建立计算机硬件的整机模型，掌握CPU的基本结构和控制流程，掌握指令执行的基本过程。设计任务（在规定的时间内完成下列任务）1.掌握CISC微控制器功能与微指令格式2.设计五条机器指令,并编写对应的微程序3.在TDN-CMA教学实验系统中调试机器指令程序,确认运行结果时间安排（集中时间）1.第19周周一(1-4):全体集中讲解课程设计原理与方法2.第19周周一～周四(1-4):分班调试，撰写设计报告3.第19周周五：验收及答辩。具体要求1.周一：熟悉任务，掌握设备2.周一：完成模型机的实验线路连接3.周二：调试模型机，记录实验结果24.周三：拟定课程设计报告大纲5.周四、五：撰写并打印课程设计报告目录1.课程设计..................................................................................................31.1课程设计题目..........................................................................................................31.2课程设计目的..........................................................................................................31.3实验设备.................................................................................................................32概要设计..................................................................................................32.1原理........................................................................................................................32.2数据通路框图..........................................................................................................52.3微指令格式.............................................................................................................52.4微程序流程图..........................................................................................................62.5微指令二进制代码表...............................................................................................62.6实验步骤..............................................................................................72.6.1实验接线图..................................................................................................72.6.2操作步骤......................................................................................................83实验过程................................................................................................123.1输入数据...............................................................................................................1233.2结果......................................................................................................................134设计总结................................................................................................134.1设计体会...............................................................................................................131.课程设计1.1课程设计题目基本模型机设计与实现1.2课程设计目的在掌握计算机系统组成及内部工作机制、理解计算机各功能部件工作原理的基础上，深入掌握信息流和控制信息流的流动过程，进一步加深计算机系统各模块间相互关系的认识和整机的概念，培养开发和调试计算机的技能。1.3实验设备1．TDN-CM+或TDN-CM++教学实验系统一台。2．PC微机一台。2概要设计2.1原理部件实验过程中，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段微程序。4本实验采用五条机器指令：IN（输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件转移）、其指令格式如下（前４位为操作码）：地址（二进制）内容（二进制）助记符说明0000000000000000INR0“INPUTDEVICE”R00000000100010000ADD[0AH],R0R0+[0AH]R000000010000010100000001100100000STAR0,[0BH]R0[0BH]00000100000010110000010100110000OUT[0BH][0BH]LED00000110000010110000011101000000JMP00H00HPC0000100000000000000010010000101000000001自定00001011求和结果其中IN为单字长（８位），其余为双字长指令，××××××××为addr对应的二进制地址码。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（KRD）：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。5存储器写操作（KWE）：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA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SWB、SWA置为“１１”时，按START微动开关，即可转入到第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SWB、SWA的状态来设置，其定义如下：图片12.2数据通路框图图片22.3微指令格式当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化。图片362.4微程序流程图图片42.5微指令二进制代码表表1微地址S3S2S1S0MCNWEA9A8ABCμA5…μA00000000001100000010001000001000000011110110110000010020000000011000000010010000300000000111000000000010070400000000101100000000010105000000011010001000000110061001010110011010000000010700000000111000000000110110000000000001000000000001110000000111101101100000111200000001111011011000011113000000011110110110001110140000000111101101100101101500000010100000100000000116000000001110000000001111170000000010100000000101012000000001111011011001001021000000011110110110010100220000000010100000000101112300000001100000000000000124000000000010000000011000250000011100001010000000012600000000110100011000000127000001110000101000010000300000011010001010000100012.6实验步骤2.6.1实验接线图图片582.6.2操作步骤(1)按图5连接实验线路。(2)写程序方法一：手动写入①先将机器指令对应的微代码正确地写入2816中，由于在实验三微程序控制实验中已将微代码写入E2PROM芯片中，对照表6－2校验正确后就可使用。②使用控制台KWE和KRD微程序进行机器指令程序的装入和检查。Ａ.使编程开关处于“RUN”，STEP为“STEP”状态，STOP为“RUN”状态。Ｂ.拨动总清开关CLR（1→0→1），微地址寄存器清零，程序计数器清零。然后使控制台SWB、SWA开关置为“01”，按动一次启动开关START，微地址显示灯显示“010001”，再按动一次START，微地址灯显示“010100”，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零，以后每个循环PC会自动加1，所以，每次按动START，只有在微地址灯显示“010100”时，才设置内容，直到所有机器指令写完。9Ｃ.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“010000”，再按START，微地址灯显示为“010010”，第三次按START，微地址灯显示为“010111”，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“010000”时，是将当前地址中的机器指令写入到输出设备中显示。方法二：联机读／写程序按照规定格式，将机器指令及表1微指令二进制表编辑成十六