计算机组成原理课程设计(全)

学生姓名刘建成计算机科学班级学号课程设计题目评语课程设计任务书：（,,,,实验计算机的设计整机逻辑框图设计及整机的逻辑框图指令系统的设计微操作控制部件的设计微指令编码的格式设计微操作控制信号设计微程序顺序控制方式设计编写调试程序调试前准备调试步骤和调试结果心得体会实验计算机的设计整机逻辑框图设计及整机的逻辑框图此模型机是由运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备五大部分组成。图模型机结构图运算器又是有，完成控制信号功能的算逻部件，暂存器及三个通控制器由程序计数器、指令寄存器、地址寄存器、时序电路、控制存储器及相应的译码电存储器是通过和两个微命令来完成数据和程序的的存放功能的。输入设备是由置数开关控制完成的。输出设备有两位数码管和控制完成的存储器部分由两片构成位存储器，地址总线只有低八位有效，因而其存储空间为输出设备由底板上的四个数码管及其译码、驱动构成，当和均为低电平时将数据构成，当为低电平时将位开关状态送上数据总线。在键盘方式或联机方式下，数据可由键盘或上位机输入，然后由监控程序直接送上数据总线，因而外加的数据输入电路可以不用。本系统的数据总线为位，指令、地址和程序计数器均为位。当数据总线上的数据打入指令寄存器、地址寄存器和程序计数器时，只有低八位有效。选定寄存器R0R1R2为零或有进位转移指令指令格式见表存储器的访问表：表存储器的访问表D寻址模式寻址模式M有效地址E说明注：本机规定变址寄存器R1指定为寄存器R2。且时，将数据送到“输出显示电路”中的数码管显示。()指令助记符，功能及格式见表：表指令格式汇编符号汇编符号指令的格式INCANDLDABZCHALTDDDDEEEEPCEE地址（二进制）地址（二进制）指令（二进制）指令（十六进制）助记符A2000000000100存储器读操作拨动清零开关对地址、指令寄存器清零后，指令译码输入为“”时，按“单步”键，可对连续读操作。存储器写操作拨动清零开关对地址、指令寄存器清零后，指令译码输入为“”时，按“单步”键，可对连续写操作。时，按“单步”键，即可转入到第号“取指”微指令，启动程序运行表本系统的微程序字长共位，其控制顺序为“”6uA574uA31uA05uA43uA22uA120M为三个译码字段，分别由三个控制位经指令译码电路译码输出种状态，前种状态分别对应一组互斥性微命令中的一个，状态“”为无效。字段包含四个测码测试，使微程序转入相应的微地址入囗，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行。控制操作为测试，它以、作为测试条件，出现了写机器指令、读机器指令和运行机器指令路分支，占用个固定微地址单元。当分支微地址单元固定后，剩下的其它地方就可以一条微指令占用控存一个微地址单元随意填写。令传送至指令寄存器，这就是“取指”过程。之后必须对操作码进行测试，根据指令的译码将后续微地址中的某几位强制置位，使下一条微指令指向相应的微程序首地址，这就是“译码”过程。然后才顺序执行该段微程序，这是真正的指令执行过程。相同的，这些微指令称为公用微指令。表F1、F2、F3三个字段的编码方案义微程序顺序控制方式设计微程序控制部件组成原理运算器单元()运算器单元由以下部分构成：两片构成了并－串型位；两个位寄存器和入，为状态控制端。的输出通过三态门连到数据总线上，由控制该三态门。寄存器堆单元()该部分由片位寄存器、、组成，它们用来保存操作数用中间运算结构等。三个寄存器的输入输出均以连入数据总线，由和根据机器指令进行选通。指令寄存器单元()指令寄存器单元中指令寄存器（）构成模型机时用它作为指令译码电路的输入，实现程序时序电路单元()用于输出连续或单个方波信号，来控制机器的运行。微控器电路单元(-)微控器主要用来完成接受机器指令译码器送来的代码，使控制转向相应机器指令对应的首条微代码程序，对该条机器指令的功能进行解释或执行的工作。由输入的信号控制微代码的输出逻辑译码单元()用来根据机器指令及相应微代码进行译码使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序主存储器单元()用于存储实验中的机器指令。输入输出单元()输入单元使用八个拨动开关作为输入设备，器后由两个数码管显示其值。控制选通信号。输出单元将输入数据置入锁存图微程序控制原理图微程序入口地址形成方法号或特定单元开始的一段控存空间内。每一条机器指令对应着一段微程序，其入口就是初始微地址。首先由“取指令”微程序取出一条机器指令到中，然后根据机器指令操作码转换成该指令对应的微程序入口地址。这是一种多分支或多路转移的情况，常用三种方式形成微程序入口地址。如果机器指令操作码字段的位数和位置固定，可以直接使操作码与入口地址码的部分位相对应。由此可见，相邻两段微程序的入口地址相差个单元()二级功能转移以区分出指令属于哪一类，如单操作数指令、双操作数指令等。在每一类机器指令中的操作码的位()通过电路实现功能转移可编程逻辑阵列实质上是一种译码编码阵列，具有多个输入和多个输出，的输入是机器操作码和其他判别条件，的输出就是相应微程序的入口地址，操作码的处理更为有效而且转移速度较快。控存的下地址确定方法需根据其中的顺序控制字段的要求形成后继微指令地址。这种方式和机器指令的控制方式相类似，它也有顺序执行、转移和转子之分。顺序执行时，后继微地址就是现行微地址加上一个增量通常为“”；转移或转子时，由微指令的顺序控制字段产生转移微地址。因此，微程序控制器中应当有一个微程序计数器μ。为了降低成本，一般情况下部是将微地址寄存器μ改为具有计数功能的寄存器以代替μ。在非顺序执行微指令时，用转移微指令实现转移。转移微指令的顺序控制字段分成两部分：转移控制字段与转移地址字段“起始和转移地址发生器”的功能有两个：其一是当一条新的机器指令装入时，它就形成机器指令的微程序段的起始地址且装入μ,而且随着节拍电位信号的到来，μ自动地增加一个增量，以便连续地从中读出微指令，相应的微操作控制信号按规定顺序发送到的各个部分。第二个功能是当微指令指示其测试状态标志、条件代码或机器指令的某些位时，它就对指定的条件进行测试，若满足转移条件，就把新的转移地址装入μ,实现转移；否则不装入新地址，微程序•遇到微指令时，就把“取指”微程序的入口地址装入μ,开始取指令周期；•当一条新的指令装入时，就把该指令的微程序的入口地址装入μ;•遇到转移微指令且满足转移条件时，就把转移地址装入μ。增量方式的优点是简单，易于掌握，编制微程序容易，每条机器指令所对应的一段微程序一高微程序的执行速度。()断定方式格式中，设置一个下地址字段，用于指明下一条要执行一条微指令的地址即下地址字段送μ。它相当于每条微指令都具有转移微指令的功能。采用这这种控制方式中，微地址寄存器μ有计数的功能断定方式中的微地址寄存器μ无计数序控制字段一般由两部分组成：顺序地址字段和测试字段。①顺序地址字段。可由设计者指定一般是微地址的高位部分，用来指定后继微地址在中②测试字段。根据有关状态的测试结果确定其地址值，一般对应于微地址的低位部分，相当于在指定区域内确定具体的分支。所依据的测试状态可能是指定的开关状态、指令操作码、状态字等。测试字段如果只有一位，则微地址特产生两路分文；若有两位，则最多可产生四路分支；依此类推，测试字段为位为最多可产生路分支。③若无转移要求，则微地址寄存器计数得到后继微指令的地址。每条指令对应的微程序流程图:表微指令代码微代码（十六进制）微代码（十六进制）位地址（八进制）位地址（二进制）A（1）具体代码以每条指令代码所对应的机器码（16进制编码）和地址码：()每条指令代码所对应的机器码和地址码：连接硬件系统连接硬件系统，如图连线图：3．实验计算机的调试、按照实验指导说明书连接硬件系统如图图、启动实验软件，打开实验课题菜单，选中实验课题打开实验课题参数对话窗口：微指令操作如图微指令操作图：启动实验软件，打开实验课题菜单，选中实验课题打开实验课题参数对话窗口：图微指令操作图微指令操作:写在微指令操作编辑框（如图）中输入实验指导书中的微指令程序格式：两位八进制微地址空格六位十六进制微代码或直接打开随机附带的程序，将实验箱上的拨至“”写状态，然后按写入按钮微程序写入控制存储器电路读出按钮则相应的微代码显示在“读出微代码”栏中保存按保存按钮微程序代码保存在一给定文件中打开按打开按钮打开已有的微程序文件并显示在编辑框中图机器指令操作机器指令操作：写在机器指令编辑框（如图）中输入实验指导书中机器指令程序格式：两位十六进制地址空格位或位十六进制代码或直接打开随机附带的程序，将实验箱上的拨至“”运行状态，拨动“”开关对地址和微地址清零，然后按写入按钮机器指令写入存储器电路注：对于位机，十六进制代码为位；对于位机，十六进制代码可以是位，也可以是读将实验箱上的拨至“”运行状态，在“读出指令地址”栏中填入两位十六进制地址，拨动“”开关对地址和微地址清零，然后按读出按钮则相应的指令代码显示在“读出指令代保存按保存按钮机器指令程序保存在一给定文件中。打开按打开按钮打开已有的机器指令程序文件并显示在编辑框中。单步在运行状态下运行程序前，先拨动“”开关对地址和微地址清零，然后每按一次单步按钮执行一条微指