计算机组成原理模型机设计与实现

0学号： 武汉华夏理工学院课 程 设 计课程名称 计算机组成原理 题 目 模型机设计与实现 专 业 班 级 姓 名 成 绩 指导教师 田 小 华 2016 年 12 月 27 日1武汉华夏理工学院信息工程系课 程 设 计 任 务 书课程名称： 计算机组成原理 指导教师： 田小华 班级名称： 开课教研室： 软件与信息安全 一、课程设计目的与任务理解计算机系统各个功能部件的功能、结构和工作原理，正确理解各功能部件之间的相互关系及其在计算机系统中所起的作用；掌握计算机系统各个功能部件的设计和分析技术，包括数据与指令的编码、存储器、运算器、输入输出接口等。在此基础上，使学生通过理论与实践的结合，利用基本模型计算机的构建与调试实验，完整地建立计算机硬件的整机模型，掌握中央处理器的基本结构和控制流程，掌握机器指令执行的基本过程，熟悉微程序控制器的基本结构和微程序设计技术的主要技巧，理解一条机器指令与一段微程序的关系，明确高级语言指令与微指令的对应关系，充分理解控制信息流利用数据通路完成对数据流的加工处理的过程。通过课程设计，使学生将所学专业知识综合运用，在实践活动中积累经验，增长才干，训练学生独立工作能力，激发学生的学习热情，培养学生的自主创新精神，养成务实严谨的工作作风。二、课程设计的内容与基本要求1.按给定的数据格式、机器指令格式和微指令格式，利用基本的数字逻辑器件，设计台微程序控制的模型计算机。2.设计五条机器指令:IN,ADD,STA,OUT,JMP，并用微指令编写微程序，实现每条机器指令的功能。3.在 TD-CMA 教学实验平台上实现基本模型机方案：建立数据通路，定义开关 SWA 及 SWB 的功能；确定微程序控制流程，掌握控制台操作；输入编写的五条机器指令的微程序序列；输入实验机器指令程序序列； 设计基本模型的物理连线；完成微程序的调试，实现实验机器指令程序的功能。完成模型机调试任务后，整理课程设计资料，撰写课程设计报告。课程设计报告内容包括： 模型机数据通路图；微程序控制器逻辑模块图；微程序控制流程图；元件排列图；设计说明书； 调试小结。三、课程设计步骤及时间进度和场地安排计算机组成原理课程设计将安排在第 17 周, 地点在信息系实验楼 523 教室。具体安排如下：1第 17 周周 1（1 节）(12 月 26 日) ：集中讲解课程设计原理与方法， 3-203 教室2第 17 周周 1（2-4 节）：完成模型机的实验线路连接23第 17 周周 2：调试模型机，记录实验结果，撰写课程设计报告4第 17 周周 5：检查课程设计报告，打印提交课程设计报告软件工程 1151 班时间安排：周次星期一 星期二 星期五第 17 周 第 1-4 节 第 1-4 节 第 1-4 节地 点 实验楼 523 实验楼 523 实验楼 523四、课程设计考核及评分标准课程设计考核将综合考虑学生考勤和参与度，课程设计方案正确性和实验结果的正确性，独立完成实验环节的情况，以及课程设计报告书的质量。具体评分标准如下：序号 评分项目 分数1 学习态度认真、遵守纪律 102 设计分析合理性 103 设计方案正确性、可行性 204 设计结果正确性 305 设计报告的规范性 106 实践环节的独立性与主动性 107 设计验收 10总得分/等级注：最终成绩以五级分制记。优（90-100 分）、良（80-89 分）、中（70-79 分）、及格（60-69 分）、60 分以下为不及格目 录第一章 课程设计.11.1 课程设计题目.11.2 课程设计目的.11.3 实验设备 .1第二章 概要设计.12.1 课程设计原理.12.2 数据通路框图.22.3 微指令格式.22.4 微程序流程图.32.5 微指令二进制代码表.42.6 实验步骤 .5第三章 实验过程屏幕截图 . .73.1 调试部分截图 .73.2 调试整体图 .83.3 运行结果 .9第四章 设计总结 .94.1 给出每条机器指令的微程序(十六进制格式) .94.2 设计体会 .10附表答辩和评语表 . .120第一章 需求分析1.1课程设计题目基本模型机设计与实现1.2课程设计目的在掌握计算机系统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。1.3实验设备TDN-CM 组成原理实验系统，排线若干，微机第二章 概要设计2.1 课程设计原理采用五条机器指令:IN,ADD,STA,OUT,JMP 地 址（二进制） 内容（二进制） 助记符 说 明 0000 0000 0000 0000 IN R0 “INPUT DEVICE(班号)”R0 0000 0001 0001 0000 ADD 0AH,R0 R0+0AH R0 0000 0010 0000 1010 0000 0011 0010 0000 STA R0,0BH R00BH 0000 0100 0000 1011 0000 0101 0011 0000 OUT 0BH 0BH LED 0000 0110 0000 1011 10000 0111 0100 0000 JMP 00H 00H PC 0000 1000 0000 0000 0000 1001 0000 1010 0001 1111 学号为 31 号同学 0000 1011 求和结果(班号加学号)2.2数据通路框图简单的模型计算机是由运算器、控制器、存储器、总线、输入输出和时序产生器组成。在模型机中，我们将要实现 RAM 的读写指令，寄存器的读写指令，跳转指令，ALU 的加、减、与、或指令。把通用寄存器作为累加器 A，进行左、右移等指令，整体构成一个单累加器多寄存器的系统。如图 1 所示：图 1 数据通路框2.3 微指令格式 当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，如图 2 所示：2图 2 微指令格式2.4 微程序流程图微程序流程图如图 3 所示：3图 3 微程序流程2.5微指令二进制代码表 表 1 微指令二进制代码表八进制 二 进 制 格 式微地址 S3 S2 S1 S0 M CnWEA9A8 A B C A 5A 000Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 000 000 100 0 1 0 0 0 001Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 0 0 0 1 002Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 100 000 001 0 0 1 0 0 003Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 110 000 000 0 0 0 1 0 004Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 011 000 000 0 0 0 1 0 105Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 010 001 000 0 0 0 1 1 006Q 1 0 0 1 0 1 0 1 1 001 101 000 0 0 0 0 0 107Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 110 000 000 0 0 1 1 0 110Q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001 000 000 0 0 0 0 0 111Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 0 0 0 1 112Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 0 0 1 1 113Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 0 1 1 1 0414Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 1 0 1 1 015Q 0 0 0 0 0 0 1 0 1 000 001 000 0 0 0 0 0 116Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 110 000 000 0 0 1 1 1 117Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 010 000 000 0 1 0 1 0 120Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 1 0 0 1 021Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 1 0 1 0 022Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 010 000 100 0 1 0 1 1 123Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 000 000 000 0 0 0 0 0 124Q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 010 000 000 0 1 1 0 0 025Q 0 0 0 0 0 1 1 1 0 000 101 000 0 0