计算机组成原理课程设计

1、东 莞 理 工 学 院本 科 课 程 设 计课程设计题目：具有存储器变址寻址及逻辑运算功能的复杂模型机的设计学 生 姓 名：学 号： 系 别：计算机学院专 业 班 级： 指导教师姓名： 目录主要内容：1. 课程设计目的2. 所用的设备及软件：EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。3. 课程设计的基本工作原理4. 课程设计的详细设计5. 课程设计的调试、运行步骤6. 课程设计的运行结果7. 课程设计的心得体会8. 回答问题。课程设计题目： n 题目5：具有存储器变址寻址及逻辑运算功能的复杂模型机的设计n 运行SUC R0,R1 时，讨论有进位和无进位两种情况。1. 课程设计目的

2、计算机组织与体系结构课程设计是计算机科学与技术专业本科学生在学习完计算机组织与体系结构课程之后的一个重要的实践环节。要求学生在教师的指导下，综合运用已学过的计算机组织与体系结构中的各种知识和技能，独立完成一项较为完整、并具有一定难度的课程设计任务。使学生初步掌握用微程序控制器控制模型机的数据通路，进一步学习模型机系统设计与实现。2. 所用的设备及软件：EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。3. 课程设计的基本工作原理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8位，其格式如下：76 5 4 3 2 1 0符号尾 数其中第7位为符号位，数值表示范围是： -27X27

3、-12指令格式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。(1) 算术逻辑指令设计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，其格式如下：7 6 5 43 21 0OP-CODERSRD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00R001R110R29条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表8-1。 表8-1 算术逻辑指令的助记符、功能和具体格式助记符指令格式功能CLR RD011100RD0àRDMOV RS,RD 1000 RSRDRSàRDADC R

4、S,RD 1001RSRDRS+RD+CYàRDSBC RS,RD 1010RSRDRS-RD-CYàRDINC RD 1011RDRDRD+1àRDAND RS,RD 1100 RSRDRSRDàRDCOM RD 1101 RDRDRDàRDRRC RS RD 1110RSRDRLC RS,RD 1111RSRDLDA M,D,RD 00M00RD(E)àRD RDà(E) EàPCDSTA M,D,RD 00M01RDDJMP M,D 00M1000DBZC M,D00M1100当CY=1或Z=1时 E

5、4;PCDIN addr,RD 010001RD(addr)àRDOUT addr,RD 010110RDRDà(addr)HALT 01100000停机(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-CODERDD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：寻址模式有效地址E说明00E=D直接寻址01E=(D)间接寻址10E=(RI

6、)+DRI变址寻址11E=(PC)+D相对寻址本模型机规定变址寄存器 RI指定为寄存器R2。(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：7 6 5 4 3 21 0OP-CODEaddrRD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：7 6 5 4 3 21 0OP-CODE0000HALT 指令，用于实现停机操作。4. 课程设计的详细设计1.复杂模型的数据通路图如图8-1所示，首先根据指令要求设计微程序流程图并确定

7、微地址，我们第五组的复杂模型机的微程序流程图如图8-2所示 图8-1 复杂模型的数据通路图SW->BUSBUS->rdrd->BUSPC->AR,PC+1RAM->BUS,BUS->IRP(1)PC->AR,PC+1RAM->BUS,BUS->DR1(R1)->DR2DR1+DR2->BUS->ARDR1+DR2->BUS->DR1P(2)STOPrs->BUSBUS->DR2RAM->BUSBUS->DR1DR1-DR2->BUS->DR1，带进位rd->BUSBUS

8、->DA1DR1->BUSBUS->rd440101010101010101075554YN64434241404032262524220306050435200201SUCCOMHLTOUTIN10（变址） CLR 27ALU=0->BUS BUS->rd 01 56DR1->rd01BZCRAM->BUSBUS->rdrd->BUSBUS->RAMDR1->BUSBUS->PCP(3)DR1->BUSBUS->PC 44PC->ARPC+1RAM->SUBBUS->DR1RAM->B

9、USBUS->AR00(直接)208-2微指令流程图控制台100010P（4）110143 首先根据指令要求编写机器指令代码，根据表8-1及数据通路图8-1，编写程序。 1根据表8-1编写机器指令代码如下所示：题目5：具有存储器变址寻址及运算功能的复杂模型机的设计机器指令程序如下：$P0046$P0145$P02D5$P0320$P0420$P0558$P06A1$P0759$P0870$P090C$P0A0C$P0B60$P0C58$P0D60$P32402.根据微指令格式表6-1，并参照微指令流程图8-2，编写微指令（将该微程序存于一个12.txt文本中）。微程序如下：微 程 序 $

10、M00018108 $M0101ED82 $M0200C050$M230180E4 $M2205DB81 $M24018001$M0695AAA0 $M0300A004 $M0401B605$M0595EA06 $M1201ED83 $M14001001$M15030401 $M16018016 $M173D9A01$M1C01A20A $M1D01A207 $M20009001$M21028401 $M3405DB81 $M070D9A01$M2C01A42D $M2D65AB6E $M2E0D9A01$M1A01B22C $M3405DB81 $M1001ED88$M0800A009 $M

11、0900E0A0 $M1301EDA65. 课程设计的调试步骤（1）按图8-4连接实验线路，检查无误后接通电源。 （2）联机读写程序用联机软件的“【转储】【装载】”功能将该实验对应的文件12.txt载入实验系统。（3）联机运行l 使编程开关处于“RUN”状态，STEP 为“STEP”状态，STOP 为“RUN”状态。拨动总清开关CLR（101），微地址清零，程序计数器清零，程序首址为00H。联机运行程序时，进入软件界面，装载机器指令及微指令后，选择“【运行】【通路图】【复杂模型机】”功能菜单打开相应动态数据通路图，按相应功能键即可联机测试、运行、监控、调试程序。 单步运行程序。l 单步运行一条

12、微指令，对照微程序流程图，观察微地址显示灯是否和流程一致。 连续运行程序l 使“STATE UNIT”中的STEP 开关置为“ECEX”状态。STOP 开关置为“RUN”状态。l 拨动CLR 开关，清微地址及程序计数器，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。 图8-4 实验连线图6. 课程设计的运行结果及回答问题。n IN 01,R2 ；（R2）=12H设计时同学们不可以送入其它数值n IN 01,R1 ；（R1）=F6H设计时同学们可以给R1送入其它数值n COM R1 R1取反 R1=09Hn LAD 10,20H,R0 ；将R2作为变址寄存器

13、，32H存储单元的数据40Hn OUT 10,R0 输出R0=40n SUC R0,R1 R0和R1相减n OUT 10,R1 输出R1=37n CLR R0 将R0清零n BZC 00,SHUC n HALT 结束运行n SHUC: OUT 10,R0 输出R0=00n HALT 结束运行微指令的控制信号：ININCOMLDAOUTSUCOUTCLRBZCHALTOUTHALTT3SW-BUS,LDR2,T4,SW-BUSSW-BUS,LDR1,T4,SW-BUSLDDR1,T4,R1-BUST4,LDPC,PC-BUS,LDARLED-BUS,R0-BUS R0-BUS,LDDR2,T4R

14、1-BUS,LED-BUS,LED-BUS ALU-BUS,LDR0,T4LDAR,T3,LDPC,T4RO-BUS,LED-BUS,LED-BUST4ALU-BUS,LDR1,T4T4,LDR1,W/R,CE LDDR1,T4,R1-BUS LDR1,W/R,CE,T4T5M,S0S1S2S3CN,ALU-BUSLDR1,T4R2-BUS,LDDR2,T4LDDR1,T4,ALU-BUS LDAR,T3,CE,W/RT6ALU-BUS,LDAR,T3LDR1,T4,ALU-BUSALU-BUS,LDPC,T4,LDADT7ALU-BUS,LDDR1,T4T8LDR0,T4,W/R,CE T9

15、7. 课程设计的心得体会通过这次的计算机组成原理与系统结构的课程设计我学到了很多东西，虽然之前做实验的时候也连过复杂模型机，并且也装载过微指令，但是课程设计对我来讲却是不一样的，因为之前的实验装载的微程序都是老师编写好的，而这次我们得自己摸索，对照着题目写出微指令。这次的课程设计是把各个部件通过理论和实践相结合设计出一个复杂模型机。虽然之前做实验的时候就连过复杂模型机，这次课程设计在连接路线时并没有花费我很长的时间跟精力，但是连好线后测试并不是一次性通过的，经过较长的时间才完成了，不过较做实验的时候显然是更加熟悉仪器的操作了。 最让我头疼的就是编写微程序，我们第五组的同学都编写了各自的机器指令和微程序，可是装载的时候出现了各种各样的错误，我跟其他人做了讨论，另外我还选择了把测试的程序从头到尾一步一步地运行，过程中仔细观察通路图的控制信号及微指令的写法，通过一个上午慢慢对控制信号的观察有了更进一步的