计算机组成原理课程设计的实验报告

1、精选优质文档-倾情为你奉上 长治学院 课程设计报告 课程名称： 计算机组成原理课程设计 设计题目： 设计一台性能简单的计算机 系 别： 计算机系 专 业： 计科1101班 组 别： 第三组 学生姓名: 学 号: 起止日期: 2013年7月4日 2013年7月10日指导教师: 张剑妹 目 录一、课程设计的目的 -1二、设计要求 -1三、设计的方法及过程-2 3.1整机设计 -23.1.1 根据设计要求正确设置正确设置多路开关-23.1.2操作控制信号及其实现方式-23.1.3根据接线表画出整机的线路图-2 3.2设计指令系统-3 3.3设计微指令及指令的微程序-43.3.1设计微地址 -4 3.

2、3.2写出指令的执行流程-3 3.3.3编写指令的微程序-5 3.4编写并执行应用程序-8四、心得体会-7 一 课程设计的目的通过课程设计更清楚地理解下列基本概念：（1）计算机的硬件基本组成；（2）计算机中机器指令的设计；（3）计算机中机器指令的执行过程；（4）微程序控制器的工作原理；（5）微指令的格式设计原理；二 设计要求 题一研制以台性能如下的实验计算机。（1）没有外部设备；（2）运算器采用单累加器多寄存器结构；（3）操作数寻址方式有：立即数寻址、寄存器寻址、直接寻址；（4）设计由如下指令组成的指令系统，其中L为累加器A，Jx为通用寄存器。将指令的二进制编码填入表中；序 号指令助记符指令功

3、能指令编码第一字节第二字节1JIA L，JX(L)+(JX) àL2YIDONG L，JX(JX)àL3YIDONG JX，L(L)àJX4ZHUANGZ DIZHI(DIZHI)àL5FASONG DIZHILà(DIZHI)6ZHUANZ DIZHIL是零转移7ZHUANCY DIZHI有进位转移8ZHUANL0 DIZHIL0位是1转移9ZHUANYI DIZHI无条件转移10YIDONG L，SHUJUSHUJUàL11YIDONG JX，SHUJUSHUJUàJX12TINGJI停机（5）计算各指令的微地址并写出各

4、指令的微程序；（6）将下列程序手工汇编、手工装入并运行，察看运行结果。ORG 100START: YiDONG L,#3 （5F03H） YIDONG J1,#05 （5905H） JIA L,J1 FASONG 00D TINGJI·（7）编写汇编语言程序实现如下功能：将内存某两个单元的数据相加后存入另一个单元中，若有进位，则在00B单元中存入数据0，否则在00B单元中存入数据1；（8）将该应用程序机器汇编、机器装入、并连续运行，察看运行结果并验证程序的正确性；三 设计的方法及过程3.1 整机设计3.1.1 根据设计要求正确设置正确设置多路开关 (1) 设计单累加器多寄存器结构的运

5、算器, 要求开关KA、KB、KC、KR分别置左、右、右、下。(2) 为了便于微指令的设计, 标出在运算器中数据的传输方向。3.1.2操作控制信号及其实现方式 微操作控制信号设计的一般原则 1) 对于电平有效的操作控制信号, 可采用微指令码直接控制。 2) 对脉冲型和电平跳变信号, 需外加门电路实现。 3) 对需多个控制信号的器件,通常将某些信号固定好, 其他信号接某个Mi。 设计实验接线表 按模块逐个归纳整理, 明确各模块中各器件各控制信号的处理方法, 将其分别接在某个Mi上. 1) 运算器模块累加器A: X0-M16 X1-M17 CA-累加暂存器ACT: CC- CG-M5暂存器TMP:

6、CT-+5V OT-M10算逻单元: S3-S0-M23-M20 Cn-M19 M-M18输出缓冲器BUF: OB-M8 进位产生线路: P2-P0不用 SB、SA-X1X0 CP-M13+ 2) 寄存器堆模块 RR-M1 WR-M0· A、B将有指令部件控制 3) 指令部件模块 指令寄存器IR1: GI-M7 CI- 指令寄存器IR2: CL- M14· IR1、IR2输出控制: OI-M15 程序计数器PC: P+1-M6 CLR-+5V CK- LP由LP通过M9间接控制 PC输出控制: PCO由P+1通过M6间接控制 4) 内存模块: RC-M2(RC)+ WC-M

7、3(WC)+5) 总线缓冲模块: B1、B3-RF B2-RC6)微程序控制模块 微程序计数器MPC: MCLR-RO MCLK-PO MLD-M4 MP+1-+5V 操作码散转控制: MD10-MD6-GND MD5-MD2-I7-I5,I2 MD1-M0-+5V 微指令寄存器: MIG-GND MICP-启停模块产生 7) 启停和时序模块: DR-M5 RCP-3.1.3根据接线表画出整机的线路图如下： 图1. 整机逻辑框图3.2 设计指令系统 表一 指令系统序 号指令助记符指令功能指令编码第一字节第二字节1JJLN L，JX(L)+(JX) àLJX2YIDONG L，JX(J

8、X)àLJX3YIDONG JX，L(L)àJXJX4ZHUANGZ DIZHI(DIZHI)àL10111a10a9a8a7a05FASONG DIZHILà(DIZHI)10011 a10a9a8a7a06ZHUANZ DIZHIL是零转移01100a10a9a8a7a07ZHUANCY DIZHI有进位转移011 01a10a9a8a7a08ZHUANL0 DIZHIL0位是1转移01110 a10a9a8a7a09ZHUANYI DIZHI无条件转移01111a10a9a8a7a010YIDONG L，SHUJUSHUJUàLSHUJU

9、11YIDONG JX，SHUJUSHUJUàJXJXSHUJU12TINGJI停机3.3 设计微指令及指令的微程序 3.3.1计算微地址微程序入口地址形成方法：MD10 MD9 MD8 MD7 MD6 MD5 MD4 MD3 MD2 MD1 MD0 0 0 0 0 0 I7 I6 I5 I2 1 1取指微指令放在000H处。 表二 微地址序号指令助记符微地址1JIA L，JX03FH2YIDONG L，JX037H3YIDONG JX，L033H4ZHUANGZ DIZHI02FH5FASONG DIZHI027H6ZHUANZ DIZHI01BH7ZHUANCY DIZHI01C

10、H8ZHUANL0 DIZHI01DH9ZHUANYI DIZHI01DH10YIDONG L，SHUJU017H11YIDONG JX，SHUJU013H12TINGJI003H 3.3.2写出指令的执行流程 表三 指令的执行流程指令助记符节拍微操作控制信号控制信号有效性JlA L，JXT1 (ACT)+(JX)BUFIDBL 置CYRR,A,B/CN,M,S3,S2,S1,S0OB,XO,X1，CASA,SB,CP0,I1,I01,0,1,0,0,10,1,1,1,1,YIDONG L，JXT1（JX）BUFIDBLRR,A,B/CN,M,S3,S2,S1,S0OB,XO,X1,CA0,I

11、1,I01,1,0,0,0,01,1,1,YIDONG JX，LT1（ACT）BUFIDBJX/CN,M,S3,S2,S1,S0OB,WR,A,B1,1,1,1,1,1,0,0,I1,I0ZHUANGZ DIZHIT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBIR2(PC)+1(PC)PCO,B1RC,B2,B3,CLP+1,CK0,00,0,0,1,T2(IR1、IR2)IABOAB(M)ODBIDBLOI,B1RC,B2,B3,XO,X1,CA0,00,0,0,1,1,FASONG DIZHIT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBIR2(PC)+1(PC)PCO,B1RC,B2,B3,CL

12、P+1,CK0,00,0,01,T2(IR1、IR2)IABOAB（ACT）BUFIDBODBOI,B1/CN,M,S3,S2,S1,S0OB,B2,B3,WC0,01,0,0,0,0,00,1,0,0ZHUANZ DIZHIZHUANCY DIZHIZHUANL0 DIZHIZHUANYI DIZHIT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBIR2(PC)+1(PC)PCO,B1RC,B2,B3,CLP+1,CK0,00,0,0,1,T2（IR1、IR2）IABIABPC(条件成立)OILP01YIDONG L,SHUJUT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBL(PC)+1(PC)PCO

13、,B1RC,B2,B3,X0,X1,CAP+1,CK0,00,0,0,1,1,1,YIDONG JX，SHUJUT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBJX(PC)+1(PC)PCO,B1RC,B2,B3,WR,A,BP+1,CK0,00,0,0,0,I1,I01,TINGJIT1置“0”RUNDR,RCP0,3.3.3编写指令的微程序 指令的微地址及微指令M23 M22 M21 M20 M19 M18 M17 M16 M15 M14 M13 S0 S1 S2 S3 X0 X1 M /CN / CP CLM12 M11 M10 M9 M8 M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 M0 OI

14、 OB LP OT CG MLD DR P+1 GI WR RR RC WC 表四 微指令表 指令助记符位23 22 21 2019 18 17 1615 14 13 1211 10 9 87 6 5 43 2 1 0信号S0S1S2S3X0X1MCn/CPCLOIObLPOtCgMld dr p+1 giwrrr rcwc微指令码(十六进制)有效信号* * * * * * * 1 1 00 0 0 00 1 1 01 0 0 0微地址取指微指令000H0 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E65001002TINGJI0030 0 0 00

15、0 0 00 0 0 01 1 1 11 0 0 10 1 1 1 001F970040 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E6500500600700800900A00B00C00D00E00F010011012YIDONG JX，SHUJU0130 0 0 00 0 0 00 0 0 11 1 1 11 1 1 1 1 1 0 1001FFD0140 0 0 00 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E65015016YIDONG L，SHUJU0170 0 0 01 1 0

16、 00 0 0 11 1 1 11 1 1 10 1 0 10C1FF50180 0 0 00 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E6501901AZHUANZ DIZHIZHUANCY DIZHIZHUANL0 DIZHIZHUANYI DIZHI01B0 0 0 00 0 0 0 0 0 1 11 1 1 11 1 1 10 1 0 1003FF501C0 0 0 00 0 0 00 0 0 01 0 1 11 1 0 10 1 1 1000BD701D0 0 0 00 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 0

17、0 1 0 1001E6501E01F020021022023024025026FASONG DIZHI0270 0 0 00 0 0 00 0 1 11 1 1 11 1 1 10 1 0 1003FF50280 0 0 00 0 0 10 0 0 00 1 1 11 1 0 10 1 1 00107D60290 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E6502A02B0 0 0 00 0 0 00 0 1 11 1 1 11 1 1 10 1 0 1003FF502C0 0 0 00 0 0 10 0 0 00 1 1 11 1 0 10 1

18、1 00107D602D0 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E6502EZHUANGZ DIZHI02F0 0 0 00 0 0 0 0 0 1 11 1 1 11 1 1 10 1 0 1003FF50300 0 0 01 1 0 00 0 0 01 1 1 11 1 0 10 1 0 10C0FD50310 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E65032YIDONG JX，L033111100110001011111011111F317DF0340 0 000 0 0 00 0 0 11

19、1 1 00 1 1 00 1 0 1001E65035036YIDONG L，JX0370000111110011111110100110F9F030380 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E6503903A03B03C03D03EJIA L，JX03F1 0 0 11 1 0 10 1 0 10 1 1 11 1 0 10 0 1 19D57D30400 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E653.4 编写并执行应用程序汇编程序为： ORG 100START: YIDONG L,#03 Y

20、IDONG J1,#05 JIA L,J1 FASONG 00D TINGJI 要求使用机器汇编和手工汇编两种方法执行应用程序,最后结果放在00D中，即显示08。（1）手工汇编(对照表一系统) ORG 100START: YIDONG L,#03 ； 5F03H YIDONG J1,#05 ； 5905H JIA L,J1 ； fd98H FASONG 00D ； 0D00H TINGJI ； 00 包括微指令存控存，将指令存入主存。a将微指令装入控存CM中(开关拨至CM端) 指令助记符微地址节拍T0T1T2YIDINGL L,SHUJU 017H 0C1FF5001E65 YIDONG JX

21、，SHUJU 013H 001FFD 001E65JIA L,J1 03FH 9D57D3 001E65FASONG DIZHI 027H 003FF5 0107D6001E65TINGJI 003H 001F97 001E65 b.将指令装入主存M中(开关拨至M端) 指令指令功能主存地址手工汇编ORG 100 程序段首地址100YiDONG L,#03 将03送至累加器中1005F10103 YIDONG J1,#05将05送至寄存器1中1025910305JIA L,J1 (L)+(J1)(L)104FDFASONG 00D 将累加器内容送至00d单元106981070DTINGJI 停机

22、10800c.检查结果如下：键入的指令显示运行结果注释主存地址指令内容100 LOAD1005F送程序的首地址STEP1005F 执行第一条指令 YiDONG L,#03 STEP10103STEP10259执行第二条指令 YIDONG J1,#05 STEP10305STEP104FD执行第三条指令JIA L,J1 STEP1FF08显示运算结果STEP10598执行第四条指令FASONG 00D STEP106ODSTEP00D08显示00D的内容STEP10700执行第五条指令 TINGJI STEP1FFFF 停机完成(2) 机器汇编方法 FD-CES系统软件视为FD-CES实验仪于P

23、C机相连以构成高层次试验系统用的配套软件，它提供屏幕编辑、汇编、反汇编、文件传送及调试等功能，该软件在Windows 下运行。 在设计实验计算机时，需要通过屏幕编辑来设计四类文件，即： a. 微指令定义文件(BIT.DEF)： 用户可定义24位长的微指令的各位意义，在调试时将显示对应位的微指令的有效操作、高电平操作、低电平操作或无效操作。 源程序：S0 S1 S2 S3 X0 X1 M /CN NONE CP CL OI OB LP OT CG MLD DR P+1 GI WR RR RC WC b.指令定义文件(INS.DEF) 源程序: ;This is an example for mu

24、lti accumulator ( book page-153): ?2 -JIA -YIDONG -YIDONG 4 4 4 L,JX L,JX JX,L JX JX JX -ZHUANGZ -FASONG -ZHUANZ 3 3 3 DIZHI DIZHI DIZHI 10111aaa 10011aaa 01100aaa a7-a0 a7-a0 a7-a0 -ZHUANCY -ZHUANL0 -ZHUANYI 3 3 3 DIZHI DIZHI DIZHI 01101aaa 01110aaa 01111aaa a7-a0 a7-a0 a7-a0 -YIDONG -YIDONG -TINGJ

25、I 2 2 1 L,#SHUJU JX,#SHUJU JX SHUJU SHUJU c.微程序文件（MOP*.MID）;This is an example for multi accumulator ( book page-155 ):;get the first instrution ;TINGJI;000H002H ;003H006H ;007H00AH ;00BH00EH-001E65 -001F97 - - -001E65 - - - - - - - -;00FH012H ;YIDONG JX,#SHUJU ;YIDONG L,#SHUJU ;ZHUANZ DIZHI- ;013H0

26、16H ;017H01AH ;01BH- -001FFD -0C1FF5 -003FF5- -001E65 -001E65 - - - - -;ZHUANCY DIZHI ;ZHUANL0 DIZHI ;ZHUANYI DIZHI ;ZHUANZ DIZHI;01CH ;01DH ;01EH ;01FH-000BD7 -001E65 - -003FF5;ZHUANCY DIZHI ;ZHUANL0 DIZHI ;ZHUANYI DIZHI;020H ;021H ;022H-000BD7 -001E65 -;FASONG DIZHI ;FASONG DIZHI ;ZHUANGZ DIZHI ;Z

27、HUANGZ DIZHI;023H026H ;027H02AH ;02BH02EH ;02FH032H-003FF5 -003FF5 -003FF5 -003FF5 -0107D6 -0107D6 -0C0FD5 -0C0FD5-001E65 -001E65 -001E65 -001E65- - - -;YIONG JX,L ;YIDONG L,JX ;03BH03EH ;JIA L,JX;033H036H ;037H03AH - ;03FH042H-F317DF -0F9F03 - -9D57D3-001E65 -001E65 - - - - - - -d.两个汇编程序文件（*.ASM） 汇

28、编源程序编译之后将产生目标文件（*.OBJ），当调试时则需将目标文件下载至内存。程序一： 程序二： ORG 100 ORG 100 YIDONG L,#03 YIDONG J2,#02 FASONG 00BH YIDONG J1,#05 YIDONG L,#05 ZHUANYI M2 JIA L,J1 JIA L,J2 M1: YIDONG L,#00 FASONG 00D ZHUANCY M1 FASONG 00BH END YIDONG L,#01 M2: END（3）文件下载 a.下载Micor Program此项功能将用户的微程序的目标代码（*.DAT）从PC机下载到实验计算机的控存中

29、，用户可选择所需传送程序的文件名，并定义其在Control Memory中的起始地址，确认前需将MCM开关置于CM端。 b.BIT.DEF此项功能系统将用户的微指令位定义文件（BIT.DEF）读入。c.下载Program 此项功能将用户的调机程序的目标文件（*.OBJ）从PC机下载到实验计算机的内存中，用户可选择所需传送程序的文件名，并定义其在实验计算机内存中的起始地址，确认前需将MCM开关置于M端。（4）实验机运行用户完成逻辑框图的选择、内存的源程序目标代码装入、控存的微程序代码装入以及BIT.DEF的装入后，就可以开始调试、运行了。运行功能包括三种：Start at、Step、Run。Strat at要求用户输入运行程序的起始地址，地址用十六进制表示。Step允许用户单步运行程序。Run 提供连续运行程序的功能。（5