计算机组成原理课程设计.docx
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计算机组成原理课程设计
目录
第1章课程设计概述——————————————————1
1.1课程设计的教学目的———————————————1
1.2课程设计任务和基本要求—————————————1
第2章规定项目的验证实现———————————————1
2.1规定项目设计任务和要求—————————————1
2.2规定项目实现原理————————————————1
2.3规定项目实现过程————————————————4
2.4验证结果————————————————————6
第3章指定应用项目的设计实现—————————————6
3.1指定项目设计任务和要求——————————————6
3.2项目分析及解决方案————————————————6
3.3设计原理—————————————————————6
3.4程序运行分析———————————————————10
第4章收获、体会和建议————————————————11
参考文献————————————————————————11
评语——————————————————————————12
第1章课程设计概述
1.1课程设计的教学目的
本课程设计的教学目是在掌握计算机系统的组成及内部工作机制,理解计算机各功能部件工作原理的基础上,深入掌握数据信息流和控制信息流的流动过程,进一步加深计算机系统各模块间相互关系的认识和整机的概念,培养开发和调试计算机的技能,在设计实践中提高应用所学专业知识分析问题和解决问题的能力。
1.2课程设计任务和基本要求
本课程设计以TDN-CM++计算机组成原理教学实验系统为平台设计完成。
1.按给定的数据格式和指令系统,设计一个微程序控制器。
2.设计给定机器指令系统以及微程序流程图,按微指令格式写出微程序的为指令代码。
3.连接逻辑电路完成启动,测试,编程,测试,效验和运行,并观测运行过程及结果。
4.将微程序控制器模块与运算器模块,存储器模块联机,组成一台模型计算机。
5.用微程序控制器控制模型机的数据通路。
6.通过在模型机上运行由机器指令组成的简单程序,掌握机器指令与微指令的关系,建立计算机整机的概念,掌握计算机的控制机制。
7.按指定的应用项目进行汇编指令格式及功能设计,并设计相应的机器指令代码,按照模型机数据通路设计实现机器指令功能的微程序.在PC机上编辑机器指令和微程序,装载代码到TDN-CM++实验系统并运行,实现应用要求。
第2章规定项目的验证实现
2.1规定项目设计任务和要求
任务：
从输入设备输入一个数与内存地址为0AH的单元内容（在此取01H）相加,将结果送入地址为0BH的内存单元，并通过输出设备显示该结果
要求：
通过此验证实验来学会数据通路电路图的连接、机器指令的设计、微指令设计中相关字段的作用、微程序流程图的设计以及能熟练掌握用微程序控制数据通路来实现机器指令的功能，为以后的实验设计做好准备。
2.2规定项目实现原理
1．在本设计中，数据通路的控制将由微程序控制器来完成。
计算机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。
2．本设计采用六条机器指令：
IN、ADD、STA、OUT、JMP；其相应的机器指令和汇编程序如下：
地址（二进制）内容（二进制）助记符注释
0000000000000000INR
；“INPUTDEVICE”—>R
0000000100010000ADD[0AH],R
；R
+[0AH]—>R
0000001000001010
0000001100100000STAR
[0BH]；R
—>[0BH]
0000010000001011
0000010100110000OUT[0BH]；[0BH]LED
0000011000001011
0000011101000000JMP00H；00HPC
0000100000000000
00001001
0000101000000001；定义数据
00001011；存放结果
3.设计出的数据通路图如图所示：
按照数据通路图可画出机器指令的微程序流程图。
。
当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P
（1）测设。
由于“取指”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。
本级用指令寄存器的前4位（IR7~IR4）作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定的微地址单元。
指令寄存器（IR）用来保存当前正在执行的一条指令。
当执行一条指令时，先把它从内存取到缓冲寄存器中，然后再传送至指令寄存器。
指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数构成。
为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试[P
（1）]，通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。
“指令寄存器”（实验板上标有“INSDECODE”的芯片）根据指令中的操作码译码结果强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应得微程序首地址。
4.该程序的微程序流程图如图所示：
5.将以上微程序流程图按微指令格式转化得到“二进制微代码表”：
2.3规定项目实现过程
1.按接线图连接实验线路。
.
2.在联机软件CMPP中打开复杂模型机的数据通路图，按照提示进行测试。
3.写程序。
按下面规定格式，在CMPP中建立将机器指令以及微指令的二进制代码编辑成十六进制的*.TXT类型文件。
并用联机软件的转储功能将该格式文件装载到实验系统中。
程序
$P0000
$P0110
$P020A
$P0320
$P040B
$P0530
$P060B
$P0740
$P0800
$P0A01
微程序
$M00018110
$M0101ED82
$M0200C048
$M0300E004
$M0400B005
$M0501A206
$M06956A01
$M0700E00D
$M08001001
$M0901ED83
$M0A01ED87
$M0B01ED8E
$M0C01ED96
$M0D028201
$M0E00E00F
$M0F00A015
$M1001ED92
$M1101ED94
$M1200A017
$M13018001
$M14002018
$M15070A01
$M1600D181
$M17070A10
$M18068A11
4.运行程序。
进入CMPP界面，装载机器指令及微指令后打开相应的动态数据通路图，按相应功能键联机运行、监控、调试程序。
2.4验证结果
在输入设备打入02H，得到输出结果03H，与理论结果相同，说明程序设计及运行过程均正确，对规定项目的验证成功。
第三章指定应用项目的设计实现
3.1指定项目设计任务和要求
任务：
将以K为间接地址的内存单元的内容X与输入数据Y，执行X+Y的运算，结果送X所在的下一个单元保存。
要求：
按题目要求设计机器指令，编制相应微程序并运行。
要求机器指令的功能必须为基本功能；机器指令格式中地址不超过两个；题目中没有指定从输入设备读取的操作数必须通过程序获得，所有题目最终保存的结果均送输出设备显示；每个机器指令程序的最后一条指令为暂停指令HLT，其微指令代码为保持程序执行结束状态，并不再执行任何操作。
3.2项目分析及解决方案
从输入设备开关置数Y=0AH，将其放在R
中寄存；使用XOR指令将R
中的Y和以20H为间接地址的内存单元内容X=04H按位取或并将结果存于R
中；使用NOT指令将R
中内容取反；使用STA指令将中的内容存于X所在的下一个单元即0DH单元中保存；使用OUT指令将0DH中的内容输出；使用HTL指令完成暂停任务。
3.3设计原理
1．在本设计中，数据通路的控制将由微程序控制器来完成。
计算机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。
2.模型机数据通路原理框图
3．本设计采用六条机器指令：
IN、XOR、NOT、STA、OUT、HLT；
其相应的机器指令和汇编程序如下表：
地址（二进制）
内容（二进制）
助记符
注释
00000000
00000000
INRO
“INPUTDEVICE”->R0
00000001
00010000
OR[[20H]],R0
[[20H]+1]+Y->R0
00000010
00100000
00000011
00100000
NOTR0
（R0）->R0
00000100
00110000
STAR0,[[20H]+1]
R0->[[20H]+1]
00000101
00100000
00000110
00000001
00000111
01010000
OUT[[20H]+1]
输出
00001000
00100000
00001001
00000001
00001010
01100000
HLT
暂停
00100000
00001100
00001100
00000100
4、参数赋值
K=20HX=04HY=OAH[20H]=OCH[0CH]=04H
5、微程序流程图
6、微程序代码设计
微地址
S3S2S1S0MCNWEA9A8
A
B
C
μA5μA4μA3μA2μA1μA0
00
000000011
000
000
100
010000
01
000000011
110
110
110
000010
02
000000001
100
000
001
001000
03
000000001
110
000
000
000100
04
000000001
110
000
000
000101
05
000000001
010
000
000
000110
06
000000011
011
001
000
000111
07
111010011
001
101
000
000001
10
000000000
001
000
000
000001
11
000000011
110
110
110
000011
12
000000011
010
001
000
010101
13
000000011
110
110
110
010110
14
000000011
110
110
110
011010
15
000000011
110
110
110
011101
16
000000011
000
000
000
001110
20
000000011
110
110
110
010010
21
000000011
110
110
110
010100
22
000000001
010
000
000
010111
23
000000011
000
000
000
000001
24
000000000
010
000
000
011000
25
000010011
001
101
000
000001
26
000000001
110
000
000
011001
27
000001100
000
101
000
010000
30
000001101
000
101
000
010001
31
000000001
010
000
000
001100
32
000000001
011
000
000
011011
33
100101011
110
101
000
011110
34
000000101
000
001
000
000001
35
000000001
110
000
000
011110
36
000000001
010
000
000
011111
37
000000011
110
110
110
100000
40
000000001
011
000
000
100001
41
100101011
110
101
000
100010
42
000000001
010
000
000
100011
43
000001110
000
101
000
000001
7、联机程序
将机器指令和微指令的二进制代码编辑成十六进制的.TXT格式文件。
其中$P后面所跟的代码为机器指令，$M后所跟代码为微指令：
$M1C00E01E
$M1D00A01F
$M1E01EDA0
$M1F00B021
$M2095EA22
$M2100A023
$M22070A01
$P0000
$P0110
$P0220
$P0320
$P0430
$P0520
$P0601
$P0750
$P0820
$P0A01
$P0B60
$P2003
$P0304
$M00018110
$M0101ED82
$M0200C048
$M0300E004
$M0400E005
$M0500A006
$M0601B207
$M07E99A01
$M08001001
$M0901ED83
$M0A01A215
$M0B01ED96
$M0C01ED9A
$M0D01ED9D
$M0E01800E
$M0F01ED92
$M1001ED94
$M1100A017
$M12018001
$M13002018
$M14099A01
$M1500E019
$M16070A10
$M17068A11
$M1800A004
$M1900B01B
$M1A95EA1C
$M1B008201
3.4程序运行分析
1．程序运行过程
①继续按照“规定项目的验证实现”的连线方式连线
②在CMPP软件中装载3.3中写出的机器指令及微指令代码编辑成的.TXT联机程序文件
③运行程序，通过单步微指令逐步观察程序运行过程并得到最终输出结果机器按照所写的机器指令和微指令完成了每步操作最后得到了运算结果。
如图所示:
2．程序分析
本次设计X=04H,通过间接地址20H找到，然后与从输入设备输入的数0AH按位异或存于R
中，然后将R
的内容取反，最后输出显示。
第一条机器指令IN将从键盘输入的Y=0AH存入寄存器R
中；
第二条机器指令XOR将间接地址20H中的数X和Y按位异或存于R
中；
第三条机器指令NOT将R0中的内容取反存在R0中；
第四条机器指令STA将R
的内容F1H送到X所在的下一个内存单元0DH中；
第五条机器指令OUT将0DH中的数F1H输出；
第六条机器指令HTL为暂停指令
最后输入出：
F1H
第四章收获、体会和建议
通过这次计算机组成原理的课程设计，使我们明白只有把知识运用到实践中，才能真正把握知识。
在指导书的引导帮助下，我们完成了对规定项目的验证，并掌握了解决具体问题的方法，为接下来对指定项目的完成提供了大体架构。
在完成所给题目时，汇编指令的编写尤为重要，我们一开始就在汇编思路上遇到了些问题。
虽然我们编写的汇编指令能完成题目要求，但是不是最完美的汇编。
后来在我们不懈的努力下终于编写出了比较好的汇编指令。
对题目的解决过程必须考虑清楚，不能轻易下结论。
在编写微指令代码时，对各个字段的具体功能必须有清楚认识，掌握怎样根据功能正确选择状态。
在模型机的帮助下，我们观察了各部件间数据的转移过程及各部分功能的实现，对计算机的运行原理有了进一步认识。
总之，这次课程设计我们收获了很多。
参考文献
《计算机组成原理》白中英主编
《计算机组成原理—课程设计指导书》周立编著
评语
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