计算机组成原理课程设计报告(基本模型机设计与实现)

('本科生课程实习题目基本模型机设计与实现课程名称计算机组成原理学生姓名学生学号所在专业所在班级指导教师职称时间成绩1目录一、课程设计题目...............................................................................................................2二、课程设计使用的实验设备..........................................................................................2三、课程设计内容与步骤..................................................................................................21、所设计模型机的功能与用途......................................................................................32、数据通路图..................................................................................................................43、微代码定义..................................................................................................................44、微程序流程图..............................................................................................................55、微指令二进制代码......................................................................................................66、本课程设计机器指令..................................................................................................77、模型机的调试与实现..................................................................................................7(1)接线图........................................................................................................................7(2)写程序........................................................................................................................8(3)运行程序....................................................................................................................8四、总结..............................................................................................................................9参考文献……………………………………………………………………………………9.2一、课程设计题目基本模型机设计与实现二、课程设计使用的实验设备TDN-CM计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干三、课程设计内容与步骤不见实验过程中，各部件单元的控制信号是认为模拟产生的，而本次课程实习将能在为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。本课程设计采用六条机器指令：IN（输入）、AND（与运算）、DEC（自增1）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件跳转），其指令格式如下：序号助记符机器指令码功能说明1IN00000000"DATAUNIT"中的开关状态→R02ADDaddr00010000R0+[addr]→R03DEC00100000(R0+1)→R04STAaddr00110000R0→[addr]5OUTaddr01000000[addr]→BUS6JMPaddr01010000[addr]→PC其中IN、DEC为单字长，其余为双字长指令，为addr对应的二进制地址码。1、所设计模型机的功能与用途本次课程设计设计的模型机包括六条指令，输入、与运算、自增、存数、输出、无条件跳转。利用此模型机可完成两个数的与运算，一个数从键盘输入，另个数从内存中读取，再将运算结果自增1，把最后结果保存到内存中，并且将运算结果输出32、数据通路图3、微代码定义242322212019181716151413121110987654321S3S2S1S0MCnWECELDPCABCua5ua4ua3ua2ua1ua0151413选择000001LDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDARA字段B字段121110选择000001RS-B010011100101ALU-B110SW-B111PC-B987选择000001P(1)010011100P(4)101C字段44、微程序流程图00KWE(01)RP(11)KRD(00)212401222320(SW)→PCKTP(4))PC→ARPC+1RAM→BUSPC→ARPC+1(SW)→BUSBUS→RAM控制程序流程图5当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P(1)测试；控制台操作为P(4)测试，它以控制台开关SWB、SWA作为测试条件，共三路分支。微指令流程图JMPOUTSTADECAND272625171607141513120101010605040311IN010101100201RPPC→ARPC+1RAM→BUSBUS→IRP(1)SW→R0PC→ARPC+1RAM→BUSBUS→ARRAM→BUSBUS→DR2R0→DR1(DR1DR2)→R0R0→DR1(R0+1)→R0PC→ARPC+1RAM→BUSBUS→ARR0→BUSBUS→RAMPC→ARPC+1RAM→BUSBUS→ARRAM→BUSPC→ARPC+1RAM→BUSBUS→PC65、微程序设计完毕后，将每条微指令代码化，将流程图转化为二进制代码表微地址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、本课程设计机器指令7地址（二进制）内容（二进制）助记符说明0100000000000000INR0"DATAUNIT"→R00100000100010000ADD[4BH],R0R0+[4BH]→R001000010010010110100001100100000DECR0(R0+1)→R00100010000110000STA[4CH]R0→[4CH]01000101010011000100011001000000OUT[4CH][4CH]→BUS01000111010011000100100001010000JMP[40H]40H→PC0100100100010000010010100100101100000010自定01001100求和结果7、模型机的调试与实现(1)接线图8(2)写程序A、现将机器指令对应的微代码正确写入2816中。B、使用控制台KWE和KRD微程序惊醒机器指令程序的装入和检查。使编程开关处于run，step为step状态，stop为run状态拨动总清开关CLR0——》1微地址寄存器清零。此时用”DATAUNIT”单元的八位二进制开关给出要写入RAM区的首地址，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，按动一次START键，即完成该条指令的写入。若仔细阅读KWE的流程，就不难发现，机器指令的首地址只要第一次给入计科，PC会自动加一，所以，每次按动START，只有在微地址灯显示“010100”时，才设置内容，知道所有机器指令写完。C、写完程序后应该进行校验。拨动总清开关CLR0——》1后，微地址清零。此时用”DATAUNIT”单元的8位二进制开关置要读的RAM区的首地址，控制台开关SWB、SWA为00，按动启动开关START，微地址灯将显示010000，再按动START，微地址灯显示010010，第三次按START，微地址灯显示为010000，此时总线的显示灯显示为首地址的内容来不断按动START，可检查后续单元内容，注意：每次仅在微地址显示灯为010000时，显示灯的内容才是相应地址中的机器指令内容(3)运行程序单步运行程序A、使编程开关处于RUN状态，STEP为STEP状态，STOP为RUN状态。B拨动总清开关CLR（0-1）微地址清零C、将DATAUNIT，的8位数据开关D7-D0设为设置好的机器指令首地址。D、按动START启动键，单步运行一条指令，没按动一次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跟流程一致E、当运行结束后，可检查存数单元4CH中的结果是否和理论值一致连续运行程序A、使用“STATEUNIT”中的STEP开关置为‘EXEC’状态。STOP开关置为RUN状态B、将’DATAUNIT’的8位二进制开关设置为机器指令程序首地址然后按动START,系统连续运行程序，稍后将stop拨至stop时，系统停机。C、停机后可检查数据单元4CH结果是否正确9四、总结通过一周的课程实习，对模型机的设计，微指令是如何设计与运行，机器码又是怎样找到它所对应的微指令，从而实现各种功能，有了更深一步的了解，在实习中提高了与组员共同协作的能力，自己动手操作的能力也得到了很好的提高。本设计的难点在于测试字位P(1)、P（4）的功能，只要理解了它是怎么实现程序的顺序、分支、循环运行的，以及机器码是怎样找到所对应微指令的入口的，其它的步骤即可迎刃而解。通过这次实践,使我们懂得，只要自己在每一次实践中都能仔细思考，能亲自动手，课程设计中遇到的难点都可以顺利解决。只有多操作才能从中发现问题,及时解决问题,从而更好的掌握实验的基本原理。课程设计目的除工作量和设计质量之外,更重要的是认真去对待,通过设计实践对理论知识有了更深刻的认识,并从中学到书本上学不到的知识和实践经验参考文献[《计算机组成原理实验指导书》，广东海洋大学信息学院计算机系统编，2011年2月][《计算机组成原理第四版》，白中英，科学出版社，2008年1月]',)