计算机组成原理课程设计报告.docx

课程设计报告计算机组成原理典型模型机设计与实验院系：专业：计算机科学与技术姓名：学号：班级：计*指导教师：*2016年12月24日*大学6目录一、设计目的2二、设计任务2三、实验设备2四、设计原理2五、指令系统设计21.指令格式22.指令系统33.微程序入口地址的形成方法3六、设计过程41.生成指令系统42.生成源代码43.编写微程序54.联机运行5七、设计心得5一、 设计目的在掌握部件单元电路实验的基础上，构造一台基本模型计算机。 为其设计815条机器指令，编写相应的微程序，并在实验系统上调试通过，以理解CPU控制原理以及计算机整机系统概念。二、 设计任务设计815条机器指令，用对应的微程序实现。示例程序给出了5条指令：0000:IN R0, IOL（输入） ； IOLR0 ADD R0, 0260H（加法） ；(R0)+(0260) R0 STA 0261h, R0（存数） ； (R0) (0261) OUT 0261h, IOH（输出）； (0261) IOH JMP 0000（无条件转移）可以参考、修改。三、 实验设备Dais-CMX16+计算器组成原理教学实验系统一台四、 设计原理在已完成的实验课程中，我们完成了手动(在线)控制实验。其中各部件单元的控制信号是以手动模拟产生为主。而本次设计是在微程序控制下，自动产生各部件单元的控制信号，实现特定指令的功能。计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，即：CPU从主存EM中取出一条机器指令、分析指令、执行指令的一个指令周期处理过程，全部由微指令组成的序列来完成，设计并验证机器指令由对应的微程序控制实现的过程。五、 指令系统设计1.指令格式76543210OP-CODERdRsAddr其中：OP-CODE为操作码段，位于指令字节高四位(IR7IR4）；Addr 定义操作数或操作数地址；Rd为目的寄存器，Rs为源寄存器。它们的编码见下表：Rs或Rd选定的寄存器00R001R110R211R32.指令系统本实验装置微控制器的微地址寄存器11位，高2位指定为“11”，实际使用低9位，用于所定义的指令起始微地址（亦可称为指令的微程序入口地址）。 所以，指令系统微程序地址的寻址范围为：6007FFH，最多可支撑256条微指令的运行，其容纳率达到了通用计算机控制器的设计水准。3.微程序入口地址的形成方法（1） 多路转移法微总线ud10ud9ud8ud7ud6Ud5ud4ud3ud2ud1ud0指令总线11id7id6id5id400000id8id5是机器指令操作码的高四位，对应机器指令操作码：00h、10H、20h、30H、40h、50H、60h、70H、80h、90H、A0h、B0H、C0h、D0H、E0h；由上表可产生：600h、620h、640h、660h、680h、6A0h、6C0h、700h、720h、740h 共16个微地址，分别作为16个微程序的入口地址。（2） 直接地址法按照直接地址法（断定法）原理，直接由本条微指令给出下一条微指令的地址，实现微程序的转移。微指令格式：微操作控制字段测试字段下地址字段六、 设计过程1.生成指令系统生成指令系统如下：助记符操作数指令码长度微指令入口指令功能INR0，IOL201640I/O偶字节R0ADDR0，*403680R0+RAMR0NORR2E217C0R0取反R2SUBR0，R2381660R2-R0R0ANDR2，R0121620R0R2R2STA*,R06036C0R0RAMOUTIOH,*803700RAMI/O奇字节CLER0C01780R0=0SERR0，*5056A0RAMRAMR0(间接寻址，结果送R0)JMP*A03740RAMPC2.生成源代码根据指令系统生成的指令，源代码如下：；基本模型机程序#LOAD “MXJ1.IS” ;预调入指令系统微程序#SET RAM 0438H=0450H ;数据区0438H单元预置数据0450H#SET RAM 0450H=6666H;数据区0450H单元预置数据6666Hdata serment ;将程序装载到数据存储器assumeds:dataorg0start：inr0，ioladdr0,0438hNOR R2SUB R0，R2 AND R2，R0STA 0450H,R0 OUT OIH,0450H CLE R0SER R0，0438HJMP STARTDATA ENDSEND START3.编写微程序按照指令系统中指令的指令码求出相应的微程序入口，然后跳转到微程序入口，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。4.联机运行保存微程序及源代码，然后点击工具栏“装载”按钮开始装载，如源程序，语法错误即可完成装载，进入调试状态。七、 设计心得首先，非常感谢老师对我的指导与帮助，让我能顺利完成这次课程设计。这次课程设计让我们学到了许多的知识，其中有许多是在课本上学不到的。课程设计增加了我对微指令与机器指令设计的经验，也提高了自己的动手能力。在对微程序的设计过程中，我进一步理解了计算机指令系统的组成。在设计过程中，难免遇到困难，通过解决问题，我们学会了独立思考，增强了团队意识，同时也加深了对控制台操作的理解，这为我们今后的学习与工作，提供了良好的锻炼机会，进一步增强了我们的实践能力，提高了我们对本专业知识的运用能力。虽然最后做得