复杂模型计算机设计_任务书1

1、 课 程 设 计 报 告课程名称 计算机组成原理 课题名称 复杂模型计算机的设计 专 业 计算机科学与技术 班 级 计算机1001班 学 号 姓 名 指导教师 陈华光、陈多、邓作杰 2012年 9 月 12 日湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 计算机组成原理 课 题 复杂模型计算机的设计 专业班级 计算机1001班 学生姓名 学 号 指导老师 陈华光、陈多、邓作杰 审 批 陈华光 任务书下达日期 2012年 9 月03 日任务完成日期 2012年 9月 12 日一、设计内容与设计要求1设计内容模型机是由五个部分组成的计算机，通过它可以理解计算机整机的结构及功能，理解CPU、存储器

2、、中断控制器、总线的结构及实现逻辑和各部件之间的接口关系。本次课程设计的主要内容是利用西安唐都公司的TDN-CM+的内部可编程资源，设计一个模型计算机。本课程设计的主要目的是通过部件级的模型机的设计和调试，使学生理解计算机由5部分组成，掌握计算机的工作过程，从“指令微指令微操作”概念的理解，从而清晰地建立计算机的整机概念，并培养学生分析和解决实际问题的能力，同时增强学生的动手能力。2设计要求(1) 借助于TDN-CM+的内部可编程资源，运算器单元，控制存储器，微命令寄存器，地址转移逻辑，微地址寄存器，控制时序信号单元，寄存器组，总线，输入输出单元等，用微程序的方式设计一台的模型计算机。设计包括

3、模型计算机组成的设计，指令系统的设计，并用汇编语言完成设计并调试成功。(2) 复杂模型机的设计要求 (参考P107-115)模型机设计四大类指令共十六条，其中包括算术逻辑指令、I/O 指令、访问及转移指令和停机指令。设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址。设计2条访内指令，即存数（STA）、取数（LDA），2 条转移指令，即无条件转移（JMP）、结果为零或有进位转移指令（BZC）。设计2 条I/O 指令，输入（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令。设计停机指令1条用单字节表示。(3) 调试的程序第二组地址（H） 内容（H） 助记符 说明$P00 45 IN 01 R

4、1 INPUT device-R1 $P01 00 LDA 00 00 R0 (20)- R0$P02 20 $P03 86 MOV R1 R2 R1-R2$P04 A8 SBC R2 R0 R2-R0-CY-R0$P05 F5 RLC R1 R1 R1右移一位 $P06 0C BZC 00 00 00-PC$P07 00在规定的时间内以小组为单位完成相关的系统功能实现、数据测试和记录并进行适当的分析。要求,同一小组的每个同学必须分析一条不同的机器指令的微程序的组成,说明组成该机器指令的每一条微指令的微命令(不同的控制信号的组成)。第1组第3组的要求修改一条微指令。(4)按本任务书的要求，编写

5、课程设计报告（Word文档格式）。并用A4的复印纸打印并装订。 (5)在规定的时间内，请各班学习委员收齐课程设计报告在星期五交陈华光老师。3分组及安排分5组，学号除以5取余数，余数为0的同学做复杂模型机5、余数为1的同学做复杂模型机1，余数为2的同学做复杂模型机2，余数为3的同学做复杂模型机3，余数为4的做做复杂模型机4，每个组必须独立完成指定的题目，每个同学按要求独立完成课程设计报告。4成绩评定程序设计方案是否合理；程序设计是否正确；调试结果；设计说明书的质量高低；答辩时回答问题情况；课程设计周表现情况；总评成绩记入“课程设计成绩评分表”。二、进度安排第 1周-2周，具体安排如下：星期时间班

6、级内容地点第1周任务安排E-510接线E-510调试E-510系统调试实现E-510接线E-510调试E-510系统调试实现E-510附：课程设计报告装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（A4大小的图纸及程序清单）。 正文总字数要求在5000字以上（不含源程序代码）。目 录一、课题的主要功能- 1 -二、总体设计方案- 1 -1 复杂模型机的逻辑框图- 1 -2用框图语言表示模型机的指令执行流程- 2 -三、数据格式和寻址方式的设计- 3 -1数据格式- 3 -2模型机的寻址方式- 3 -3指令格式- 4 -四、指令和和微程序的设计- 6 -1指令系统- 6 -2修改微指令- 6

7、-五、线路连接图- 7 -六、微程序流程及说明- 8 -七、课程设计的收获及体会- 11 -八、附件- 12 -1源程序- 12 -2参考资料- 13 -计算机科学与技术系课程设计评分表- 14 -湖南工程学院组成原理课程设计实验报告一、课题的主要功能1.掌握计算机的运算工作过程；2.通过模型机的设计和调试，认识计算机由五部分组成；3.培养我们分析和解决问题的能力。二、总体设计方案1 复杂模型机的逻辑框图 以控制器为中心，首控制器从指令寄存器取得指令，编译指令，再输出微控制信号，控制ALU的运算，PC加一，并且从RAM中取出数据运算，运算后再把结果通过数据总线存到RAM，在指令寄存器读去下一条

8、指令，依次循环。 图1 复杂模型计算机逻辑框图2用框图语言表示模型机的指令执行流程图2 模型计算机逻辑框图 三、数据格式和寻址方式的设计1数据格式模型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为位，其格式如下： 符号尾 数其中第 7 位为符号位，相对于十进制数值表示范围是：2 7X2 71。 2模型机的寻址方式操作数的寻址就是寻找形成操作数在主存中的地址的方法。设指令格式如下：操作码（OP） 寻址特征 形式地址形式地址（D）：指令地址字段中给出的地址。 有效地址（EA）：形式地址经过一定计算而得到的操作数的实际地址。 常用寻址方式如下： (1)隐含寻址：指令中不指出操作数的地址，而是隐含在累加器

9、或堆栈等，由它们给出操作数。 (2)立即寻址：指令的地址字段指出的不是操作数的地址，而是操作数本身。即数据 data = D。 (3) 直接寻址：操作数的地址直接在指令中给出，即操作数的有效地址为EA = D。 (4)间接寻址：指令的形成地址 D 在主存相应单元中的内容是操作数的地址，即操作数的有效地址为EA =（D）。 (5)寄存器寻址：指令中给出的是寄存器号 R，操作数就是寄存器中的内容，即 data=（R）。 (6) 寄存器间接寻址：指令中给出的是寄存器号 R，而操作数的地址就是寄存器中的内容，即 EA =（R）。 (7)相对寻址：操作数地址为程序计数器 PC 中的内容与指令中给出的地址

10、偏移量 D 之 和，位移量 D 通常以补码形式给出，可正可负。即 EA=（PC）+D。 (8) 基址寻址：操作数地址为基址寄存器中的内容与指令中给出的地址偏移量 D 之和，即 EA=（R）基址 +D(9)变址寻址：操作数地址为变址寄存器中的内容与指令中给出的地址偏移量 D 之和， 3指令格式由于本模型机机器字长只有8位二进制长度，故使用单字长指令和双字长指令。根据要求,设计该模型机能执行的不同指令，例指令格式及功能如下：(1) 算术逻辑运算指令 9 条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表 7.2-1。 算术逻辑运算指令用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下： OP-CODErs

11、rd其中，OP-CODE 为操作码，rs 为源寄存器，rd 为目的寄存器，并规定：Rs 或 rd选定的寄存器000110R0R1R2 (2) 访问指令及转移指令 模型机设计 2 条访内指令，即存数（STA）、取数（LDA），2 条转移指令，即无条件转移（JMP）、结果为零或有进位转移指令（BZC），指令格式为： 7 65 43 21 000MOP-CODERD D其中，OP-CODE 为操作码，rd 为目的寄存器地址（LDA、STA 指令使用）。D 为位移量 （正负均可），M 为寻址模式，其定义如下： 寻址模式 M有效地址 E说 明 00 01 10 11 E= D E=（D） E=（RI）+

12、D E=（PC）+D 直接寻址 间接寻址 RI 变址寻址 相对寻址 (3) I/O 指令输入（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令，其格式如下： 其中，addr=01 时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为输入设备，addr=10 时，选中“OUTPUT DEVICE”中的数码块作为输出设备。(4) 停机指令指令格式如下：HALT 指令，用于实现停机操作。四、指令和和微程序的设计1指令系统本模型机共有16 条基本指令，其中算术逻辑指令条，访问内存指令和程序控制指令条，输入输出指令条，其它指令1 条。表X列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能按照系统建议的微指令格式，参照微指令

13、流程图，将每条微指令代码化，译成二进制代码表， 表X 即为将图X微程序流程图按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”。并将二进制代码表转换为联机操作时的十六进制格式文件，见下表X。2423222120191817161514 1312 11 109 8 7654321S3S2S1S0MCnWEA9A8ABCA5A5A5A5A5A52修改微指令 确定要修改的机器指令，从指令系统能够中找到该指令的指令格式，修改rs或者rd来修改机器指令。从微程序流程图中找到条需要修改的机器指令，明白该条机器指令由几条微指令组成，取需修改的微指令的序号，把序号先换成八进制，再换成十六进制；从源程序清单中找到换成的十

14、六进制序号，取序号后面的六位数。把六位数中的前两位数换成十六进制，在74LS181 的逻辑功能表中看第一位数的十六进制（即S3 S2 S1 S0）与微指令操作是否相符，以确认方法无误。然后把需修改的微指令中的S3 S2 S1 S0修改为想要的微指令的S3 S2 S1 S0。把第2位数的十六进制的前2个（即M Cn）进行修改。算术运算M=0，逻辑运算则M=1.有进位Cn=0，无进位Cn=1.把修改后的结果写入源程序中即可要求,同一小组的每个同学必须分析一条不同的机器指令的微程序的组成,说明组成该机器指令的每一条微指令的微命令(不同的控制信号的组成)。五、线路连接图六、微程序流程及说明1.程序开始

15、执行，在输入端输入数据3 图1程序开始执行2.程序执行，PC加一，程序控制把输入端数据03锁存到RO中 图2输入数据3存放在R0存储器中3. PC加一，程序控制把输入端数据04锁存到R2中 图3 输入数据4存放在R2存储器中4. PC加一，程序控制把锁存器RO中的内容送到DR1寄存器中 图4把R0中数据寄存到DR1寄存器中5.程序控制把锁存器R2中的内容送到DR2寄存器中进行计算 图5 计算开始6.计算单元ALU把计算结果存放到锁存器R2中。 图6 计算结束7. PC加一，程序控制把锁存器R2中的内容移动到锁存器R0中 图7计算结果从R2中移动到R0中8. PC加一，程序控制把锁存器R0中的内

16、容输出 图8把R0中的数据输出9. PC加一，程序控制使机器停机 图9 程序结束七、课程设计的收获及体会课程设计可以很好的检测本学期所学的内容，同时也可以帮助我们巩固以前所学习的知识，在此次课设过程中，我对计算机组成原理有重新学习、温习了一遍，课程设计也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。通过这次课程

17、设计，培养和提高独立工作能力，巩固与扩充了计算机组成原理等课程所学的内容，因为课程设计是要求将以前在课堂上学的理论知识运用到实际的设计当中去，所以在设计过程中，我们会碰到各种各样的问题，为了解决这些问题，我认真的去翻阅自己以前学过但是以为已经了解熟悉的东西。这在无形中帮助我们加深对所学知识的了解及运用能力，并且让我们明白什么地方是我们真正需要去关注的，而且这样我们对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解，而课程设计需要我们不但通过翻阅复习以前学过的知识而且需要查阅更多的相关信息，我更进一步了解了计算机的组成，尤其对数据选择器、移位器、加法器、运算器、存储器和微程序控制器，有了非常透彻的

18、认识，并且对线路的连接与模型机的各个硬件的结构，以及微程序微指令的一些编制与设计有了一定的了解，从一种微观的角度更加了解计算机模型机，这样对于计算机的了解更加深入，对于计算机的工作原理也有部分更深入的认识通过本次课程设计，我明白了在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可。同时也感谢老师这一周对我们的指导、帮助和关心。八、附件1源程序$P0044$P0146$P0292$P0389$P0459$P0560$M00018108$M0101ED82$M0200C050$M0300A004$M0400E0A0$M0500E006$M0600A007$M0700E0A0$M0801ED8A$M0901ED8C$M0A00A03B$M0B018001$M0C00203C$M0D00A00E$M0E01B60F$M0F95EA25$M1001ED83$M1101ED85$M1201ED8D$M1301EDA6$M14001001$M150