计算机组成原理课件设计(段萍萍)

1、武汉理工大学毕业论文网 络 教 育 学 院继 续 教 育 学 院毕 业 设 计（ 论 文 ）题 目 计算机组成原理课件设计 .函授站(学习中心) 株 洲 .计算机应用技术 专业 2010 级（秋）层次 专科 学 生 姓 名 ： 段萍萍 指 导 老 师 ： .武汉理工大学毕业论文摘 要本文描述了五条机器指令（IN、ADD、STA、OUT、JMP）在模型机计算机上的运用，微指令格式、机器指令格式和二进制、机器指令程序的相互关系。设计实现一个简单的模型机，该模型机包含若干条简单的计算机指令，其中至少包括输入、输出指令，存储器读写指令，寄存器访问指令，运算指令，程序控制指令。关键词： 微指令；机器指令

2、；二进制目 录一、设计的目的及内容11、课程设计目的：12、设计内容和要求：1二、设计原理11、基本模型机的设计与实现12、带移位运算的模型机的设计与实现3三、微程序流程图41、基本模型机的设计与实现42、带移位运算的模型机的设计与实现5四、二进制微代码表的设计61、基本模型机的设计与实现（实现减法运算）62、带移位运算的模型机的设计与实现7五、机器指令程序设计81、基本模型机的设计与实现82、带移位运算的模型机的设计与实现8六、线路连接图91、基本模型机的设计与实现92、带移位运算的模型机的设计与实现9七、程序设计结果及程序流程说明101、基本模型机的设计与实现（实现减法运算）102、带移位

3、运算的模型机的设计与实现13参考文献18计算机组成原理课件设计一、设计的目的及内容1、课程设计目的：通过课程设计，使学生将掌握的计算机组成基本理论应用于实践中，在实际操作中加深对计算机各部件的组成和工作原理的理解，掌握微程序计算机中指令和微指令的编码方法，深入理解机器指令在计算机中的运行过程。2、设计内容和要求：1、内容概括要求在一周的实验中，设计实现一个简单的模型机，该模型机包含若干条简单的计算机指令，其中至少包括输入、输出指令，存储器读写指令，寄存器访问指令，运算指令，程序控制指令。我们须根据要求自行设计出这些机器指令对应的微指令代码，并将其存放于控制存储器，并利用机器指令设计一段简单机器

4、指令程序。将实验设备通过串口连接计算机，通过联机软件将机器指令程序和编写的微指令程序存入主存中，并运行此段程序，通过联机软件显示和观察该段程序的运行，验证编写的指令和微指令的执行情况是否符合设计要求，并对程序运行结果的正、误分析其原因。2、课程设计准备：（1）分析实验模型机CPU结构（2）分析给出的机器指令的功能（3）在CPU模型图上画出每条指令的指令执行流程，并分析相应的微程序控制信号序列，理解各条微指令的编码意义。3、课程设计具体内容：（1）安要求在模型机上接好线路（2）分析设计基本机器指令的微程序（3）手工或通过串口连接计算机输入微程序（4）测试指令执行过程是否与要求相符（5）记录每条指

5、令的执行流程（6）改写微程序完成指定的指令功能并实现多种寻址方式。（7）验证改写后指令的执行情况是否符合设计要求（8）记录实验运行结果二、设计原理1、基本模型机的设计与实现部件实验过程中，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）。其中IN为单字长

6、，其余为双字长指令。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。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：SWB SWA 控制台指令001011读内存（KRD）写内存（KWE）启动程序（RP）微代码定义如表1-1所示。2423222120191817161514 1312 11 109 8 7654321S3S2S1S0MCnWEA9A8 A B CuA5uA4uA3uA2u

7、A1uA0A字段 B字段 C字段 表1-1根据以上要求设计数据通路框图如下：系统涉及到的微程序流程见图1-1，当拟定“取址”微指令时，该微指令的判别测试字段为P（1）测试。由于“取址”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P（1）的测试结果出现多路分支。本机用指令寄存器的前4位（IR7-IR4）作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定微地址单元。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，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一个微地址单元随意填写。2、带移位运算的模型机的设计与实现 在基本模型机的基础上搭

8、接移位控制电路，实现移位控制运算。 实验中新增4条移位运算指令：RL(左环移)、RLC(带进位左环移)、 RR(右环移)、RRC(带进位右环移)，其指令格式如下： 操作码 RR 01010000 RRC 01100000 RL 01110000 RLC 10000000 以上4条指令都为单字长(8位)。 RR为将R0寄存器中的内容循环右移1位。 RRC为将R0寄存器中的内容带进位右移1位，它将R0寄存器中的数据右边第1位移入进位，同时将进位寄存器的数移至R0寄存器的最左位。 RL为将R0寄存器中的数据循环左移1位。 RLC为将R0寄存器中的数据带进位循环左移1位。 为了向RAM中装入程序和数据

9、，检查写入是否正确，并能启动程序执行，还设计了3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启动纽，可对RAM连续手动读操作。 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，按动START启动纽可对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，按动启动键，即可转入到第01号“取址”微指令上述3条控制台指令用两个开关SWB，SWA的状态来设置，其定义如表6所示。SWB SWA 控制台指令001011读内存（KRD）写内存（KWE）启动程

10、序（RP）实验数据通路框图入图1-2所示(可忽略其中的R1和R2)。微代码定义与上一个试验相同。三、微程序流程图1、 基本模型机的设计与实现2、带移位运算的模型机的设计与实现四、二进制微代码表的设计1、基本模型机的设计与实现（实现减法运算）当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，下表即为将微程序流程图按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”。 表1-2 二进制代码表微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8A BCUA5UA0 0 00 0 0 0 0 0 0 1 10 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01

11、1 01 1 0 0 0 0 0 1 0 0 20 0 0 0 0 0 0 0 11 0 00 0 00 0 10 0 1 0 0 0 0 30 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 0 0 40 0 0 0 0 0 0 0 10 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 1 0 50 0 0 0 0 0 0 1 10 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 0 0 61 0 0 1 0 1 0 1 10 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1 0 70 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0

12、 1 1 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 1 1 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 1 1 20 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 1 1 1 1 30 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 1 1 1 0 1 40 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 1 0 1 50 0 0 0 0 0 1 0 10 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 1 1 60 0 0 0 0 0

13、0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 1 1 70 0 0 0 0 0 0 0 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 0 1 2 00 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 0 1 0 2 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 0 0 2 20 0 0 0 0 0 0 0 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 1 1 2 30 0 0 0 0 0 0 1 10 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 1 2 40 0 0 0 0 0 0 0 00 1 00 0 00 0

14、 00 1 1 0 0 0 2 5 0 0 0 0 0 1 1 1 00 0 01 0 10 0 00 0 0 0 0 1 2 60 0 0 0 0 0 0 0 11 0 10 0 01 1 00 0 0 0 0 1 2 70 0 0 0 0 1 1 1 00 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 0 3 00 0 0 0 0 1 1 0 10 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 1按照规定格式，将机器指令及表中微指令二进制表编辑成十六进制的如下格式文件。程 序 机器指令格式说明：$ P0000 $ X X X X$ P0110 机器指令代码$ P0205 十六进制地址$ P

15、0320 $ P040B 微指令格式说明：$ P0530 $ M X X X X X X X X$ P060B 微指令代码$ P0740 十六进制地址$ P0800 $ P0501 $ M0D018202$ M00108101 $ M0E0FE000$ M0182ED01 $ M0F15A000$ M0248C000 $ M1092ED01$ M0304E000 $ M1194ED01$ M0505B000 $ M1217A000$ M0506A201 $ M13018001$ M06019A61 $ M14182000$ M070DE000 $ M15010A07$ M08011000 $

16、M1681D100$ M0983ED01 $ M17100A07$ M0A87ED01 $ M18118A06$ M0B8EED01$ M0C96ED012、带移位运算的模型机的设计与实现 程序 $P0000$P0720 $P0110$P080E $P0205$P0930 $P0380$P0A0E $P0400$P0B40 $P0560$P0C00 $P0670$P0540微程序 $M0D068A09 $M0E070A08 $M0F028201 $M10001001 $M1101ED83 $M1201ED87 $M1900E01A $M1900EO1A$M1A00A01B $M1B070A01

17、 $M1C00D181$M1D21881E $M1E019801 $M00018108$M0101ED82$M0200C050 $M0300E004$M0400B005$M0501A206 $M06959A01$M1F298820$M20019801$M21118822$M22019801$M23198824$M24019801$M1301ED99$M1401EDgC$M1531821D $M1631821F $M17318221 $M18318223 $M0700E00F $M0S01ED8A $M0901ED8C $M0A00A00E $M0B018001 $M0C00200D五、机器指令

18、程序设计1、基本模型机的设计与实现本实验设计机器指令程序如下：地 址（二进制） 内 容（二进制） 助记符 说 明0000 0000 0000 0000 IN “INPUT DEVICE”R00000 0001 0001 0000 sum 0AH R0-0AH R00000 0010 0000 10100000 0011 0010 0000 STA 0BH R00BH0000 0100 0000 10110000 0101 0011 0000 OUT 0BH 0BH BUS0000 0110 0000 10110000 0111 0100 0000 JMP 00H 00HPC0000 1000

19、0000 00000000 10010000 1010 0000 0001 自定0000 1011 求和结果2、带移位运算的模型机的设计与实现 本实验设计机器指令程序如下： 地址(二进制) 内 容(二进制) 助记符 说 明 00000000 00000000 IN “INPUT DEVICE” R0 00000001 00010000 ADD 0DH R0+0DH R0CR0CR0R0 00000010 00001101 00000011 10000000 RLC00000100 00000000 IN“INPUT DEVICE” R000000101 01100000 RRC 0000011

20、0 01110000 RL 00000111 00100000 STA 0EHR00EH 00001000 00001110 00001001 00110000 OUT 0EH 0EHLED 00001010 00001110 00001011 01000000 JMP 00H 00HPC 00001100 00000000 00001101 01000000 自定 00001110 存数单元六、线路连接图1、基本模型机的设计与实现2、带移位运算的模型机的设计与实现该试验比基本模型机的设计试验多两条线:BUS UNITALU UNIT,ALU UNIT 299-B-MICRO-CONTROLLER 299-B.七、程序设计结果及程序流程说明1、基本模型机的设计与实现（实现减法运算）执行IN指令。将输入数据写入R0。微程序运行到流程图中微地址为10的指令。执行减法指令：将操作数存入数据寄存器之后，将DR1中的内容与DR2中的内容执行减法运算，将结果送入R0寄存器中。微程序运行到流程图中微地址为06的指令。执行STA指令：将R0寄存器中的内容保存到内存中。微程序运行到流程图中微地址为15的指令执行OUT指令：将内存中的数据放入到地址寄存器DR1中。微程序运行到流程图中微地址为25的指令输出结果：实验结果分析：进行减法运算的两个操作数分别为05、02。理论分析结果为03