计算机组成原理课程设计的实验报告.docx

资源描述

计算机组成原理课程设计的实验报告.docx

《计算机组成原理课程设计的实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机组成原理课程设计的实验报告.docx（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

计算机组成原理课程设计的实验报告.docx

计算机组成原理课程设计的实验报告

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

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--------------------------------------2

3.1.1根据设计要求正确设置正确设置多路开关-------2

3.1.2操作控制信号及其实现方式-------------------2

3.1.3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----------------------4

3.3.1设计微地址--------------------------------4

3.3.2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

指令功能

指令编码

第一字节

第二字节

JIAL，JX

（L）+（JX）L

YIDONGL，JX

（JX）L

YIDONGJX，L

（L）JX

ZHUANGZDIZHI

（DIZHI）L

FASONGDIZHI

L（DIZHI）

ZHUANZDIZHI

L是零转移

ZHUANCYDIZHI

有进位转移

ZHUANL0DIZHI

L0位是1转移

ZHUANYIDIZHI

无条件转移

YIDONGL，SHUJU

SHUJUL

YIDONGJX，SHUJU

SHUJUJX

TINGJI

停机

（5）计算各指令的微地址并写出各指令的微程序；

（6）将下列程序手工汇编、手工装入并运行，察看运行结果。

ORG100

START:

YiDONGL,#3（5F03H）

YIDONGJ1,#05（5905H）

JIAL,J1

FASONG00D

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----M16X1----M17CA----φ

累加暂存器ACT:

CC----φCG----M5

暂存器TMP:

CT-----+5VOT----M10

算逻单元:

S3-S0----M23-M20Cn----M19M----M18

输出缓冲器BUF:

OB----M8

进位产生线路:

P2-P0不用SB、SA----X1X0CP----M13+φ

2）寄存器堆模块

RR----M1WR----M0·φA、B将有指令部件控制

3）指令部件模块

指令寄存器IR1:

GI----M7CI----φ

指令寄存器IR2:

CL----M14·φ

IR1、IR2输出控制:

OI----M15

程序计数器PC:

P+1----M6CLR----+5VCK----φ

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’）+φWC----M3（WC’）+φ

5）总线缓冲模块:

B1、B3----RFB2----RC’

6）微程序控制模块

微程序计数器MPC:

MCLR----ROMCLK----PO

MLD----M4MP+1----+5V

操作码散转控制:

MD10-MD6----GND

MD5-MD2----I7-I5,I2MD1-M0----+5V

微指令寄存器:

MIG----GNDMICP----启停模块产生

7）启停和时序模块:

DR----M5RCP----φ

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

JJLNL，JX

（L）+（JX）L

111111JX

YIDONGL，JX

（JX）L

110111JX

YIDONGJX，L

（L）JX

110110JX

ZHUANGZDIZHI

（DIZHI）L

10111a10a9a8

a7~a0

FASONGDIZHI

L（DIZHI）

10011a10a9a8

a7~a0

ZHUANZDIZHI

L是零转移

01100a10a9a8

a7~a0

ZHUANCYDIZHI

有进位转移

01101a10a9a8

a7~a0

ZHUANL0DIZHI

L0位是1转移

01110a10a9a8

a7~a0

ZHUANYIDIZHI

无条件转移

01111a10a9a8

a7~a0

YIDONGL，SHUJU

SHUJUL

01011111

SHUJU

YIDONGJX，SHUJU

SHUJUJX

010110JX

SHUJU

TINGJI

停机

00000000

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：

MD10MD9MD8MD7MD6MD5MD4MD3MD2MD1MD0

00000I7I6I5I211

取指微指令放在000H处。

表二微地址

序号

指令助记符

微地址

JIAL，JX

03FH

YIDONGL，JX

037H

YIDONGJX，L

033H

ZHUANGZDIZHI

02FH

FASONGDIZHI

027H

ZHUANZDIZHI

01BH

ZHUANCYDIZHI

01CH

ZHUANL0DIZHI

01DH

ZHUANYIDIZHI

01DH

YIDONGL，SHUJU

017H

YIDONGJX，SHUJU

013H

TINGJI

003H

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

JlAL，JX

（ACT）+（JX）→BUF→IDB→L置CY

RR,A,B

/CN,M,S3,S2,S1,S0

OB,XO,X1，CA

SA,SB,CP

0,I1,I0

1,0,1,0,0,1

0,1,1,↑

1,1,↑

YIDONGL，JX

（JX）→BUF→IDB→L

RR,A,B

/CN,M,S3,S2,S1,S0

OB,XO,X1,CA

0,I1,I0

1,1,0,0,0,0

1,1,1,↑

YIDONGJX，L

（ACT）→BUF→IDB→JX

/CN,M,S3,S2,S1,S0

OB,WR,A,B

1,1,1,1,1,1,

0,0,I1,I0

ZHUANGZDIZHI

（PC）→IAB→OAB

（M）→ODB→IDB→IR2

（PC）+1→（PC）

PCO,B1

RC,B2,B3,CL

P+1,CK

0,0

0,0,0,↑

1,↓

（IR1、IR2）→IAB→

OAB

（M）→ODB→IDB→L

OI,B1

RC,B2,B3,XO,X1,CA

0,0

0,0,0,1,1,↑

FASONGDIZHI

（PC）→IAB→OAB

（M）→ODB→IDB→IR2

（PC）+1→（PC）

PCO,B1

RC,B2,B3,CL

P+1,CK

0,0

0,0,0

1,↓

（IR1、IR2）→IAB→

OAB

（ACT）→BUF→IDB→ODB

OI,B1

/CN,M,S3,S2,S1,S0

OB,B2,B3,WC

0,0

1,0,0,0,0,0

0,1,0,0

ZHUANZDIZHI

ZHUANCYDIZHI

ZHUANL0DIZHI

ZHUANYIDIZHI

（PC）→IAB→OAB

（M）→ODB→IDB→IR2

（PC）+1→（PC）

PCO,B1

RC,B2,B3,CL

P+1,CK

0,0

0,0,0,↑

1,↓

（IR1、IR2）→IAB

IAB→PC（条件成立）

YIDONGL,SHUJU

（PC）→IAB→OAB

（M）→ODB→IDB→L

（PC）+1→（PC）

PCO,B1

RC,B2,B3,X0,X1,CA

P+1,CK

0,0

0,0,0,1,1,↑

1,↓

YIDONGJX，SHUJU

（PC）→IAB→OAB

（M）→ODB→IDB→JX

（PC）+1→（PC）

PCO,B1

RC,B2,B3,WR,A,B

P+1,CK

0,0

0,0,0,0,I1,I0

1,↓

TINGJI

置“0”RUN

DR,RCP

0,↑

3.3.3编写指令的微程序

指令的微地址及微指令

M23M22M21M20M19M18M17M16M15M14M13

S0S1S2S3X0X1M/CN/CPCL

M12M11M10M9M8M7M6M5M4M3M2M1M0

OIOBLPOTCGMLDDRP+1GIWRRRRCWC

表四微指令表

指令

助记符

位

23222120

19181716

15141312

111098

7654

3210

信号

S0S1S2S3

X0X1MCn’

/CP’CL’OI

ObLP’OtCg

Mlddrp+1gi

wr’rrrc’wc’

微指令码

（十六进制）

有效信号

****

*110

0000

0110

1000

微地址

取指微指令

000H

0000

0001

1110

0110

0101

001E65

001

002

TINGJI

003

0000

1111

1001

0111

001F97

004

0000

0001

1110

0110

010 1

001E65

005

006

007

008

009

00A

00B

00C

00D

00E

00F

010

011

012

YIDONGJX，SHUJU

013

0000

0001

1111

11 01

001FFD

014

0000

0001

1110

0110

010 1

001E65

015

016

YIDONGL，SHUJU

017

0000

1100

0001

1111

111 1

0101

0C1FF5

018

0000

0001

11 10

0110

010 1

001E65

019

01A

ZHUANZDIZHI

ZHUANCYDIZHI

ZHUANL0DIZHI

ZHUANYIDIZHI

01B

0000

0011

1111

0101

003FF5

01C

0000

1011

1101

0111

000BD7

01D

0000

0001

1110

0110

0101

001E65

01E

01F

020

021

022

023

024

025

026

FASONGDIZHI

027

0000

0011

1111

0101

003FF5

028

0000

0001

0000

0111

1101

0110

0107D6

029

0000

0001

1110

0110

0101

001E65

02A

02B

0000

0011

1111

0101

003FF5

02C

0000

0001

0000

0111

1101

0110

0107D6

02D

0000

0001

1110

0110

0101

001E65

02E

ZHUANGZDIZHI

02F

0000

0011

1111

0101

003FF5

030

0000

1100

0000

1111

1101

0101

0C0FD5

031

0000

0001

1110

0110

0101

001E65

032

YIDONGJX，L

033

1111

0011

0001

0111

1101

1111

F317DF

034

0000

0001

1110

0110

0101

001E65

035

036

YIDONGL，JX

037

0000

1111

1001

1111

1101

0011

0F9F03

038

0000

0001

1110

0110

0101

001E65

039

03A

03B

03C

03D

03E

JIAL，JX

03F

1001

1101

0101

0111

1101

0011

9D57D3

040

0000

0001

1110

0110

0101

001E65

3.4编写并执行应用程序

汇编程序为：

ORG100

START:

YIDONGL,#03

YIDONGJ1,#05

JIAL,J1

FASONG00D

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）

ORG100

START:

YIDONGL,#03；5F03H

YIDONGJ1,#05；5905H

JIAL,J1；fd98H

FASONG00D；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

YIDINGLL,SHUJU

017H

0C1FF5

001E65

YIDONGJX，SHUJU

013H

001FFD

001E65

JIAL,J1

03FH

9D57D3

001E65

FASONGDIZHI

027H

003FF5

0107D6

001E65

TINGJI

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

ORG100

程序段首地址

100

YiDONGL,#03

将03送至累加器中

100

101

YIDONGJ1,#05

将05送至寄存器1中

102

103

JIAL,J1

（L）+（J1）→（L）

104

FASONG00D

将累加器内容

送至00d单元

106

107

TINGJI

停机

108

c.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

100LOAD

100

送程序的首地址

STEP

100

执行第一条指令

YiDONGL,#03

STEP

101

STEP

102

执行第二条指令

YIDONGJ1,#05

STEP

103

STEP

104

执行第三条指令

JIAL,J1

STEP

1FF

显示运算结果

STEP

105

执行第四条指令

FASONG00D

STEP

106

STEP

00D

显示00D的内容

STEP

107

执行第五条指令

TINGJI

STEP

1FF

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PC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：

S0S1S2S3X0X1M/CNNONECPCLOI

OBLPOTCGMLDDRP+1GIWRRRRCWC

b.指令定义文件（INS.DEF）

源程序:

;Thisisanexampleformultiaccumulator（bookpage-153）:

-JIA-YIDONG-YIDONG

展开阅读全文