计算机组成原理课程设计基本模型机设计与实现VIP

辽宁工业大学课 程 设 计 报 告 书所属课程名称 计算机组成原理 题 目 基本模型机设计与实现 院 （系） 软 件 学 院 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 辅导教师 2008 年 6 月 27 日 课程设计(论文)任务书软件 学 院 专 业 班 一、课程设计(论文)题目 基本模型机设计与实现 二、课程设计(论文)工作自 2008 年 6 月 23 日起至 2008 年 6 月 27 日止。三、课程设计(论文) 地点: 9 号楼 708 计算机组成原理实验室 四、课程设计(论文)内容要求：1本课程设计的目的（1）使学生掌握计算机硬件各功能模块的基本工作原理； （2）培养学生处理器指令系统的设计能力； （3）使学生较熟练地应用计算机组成基本知识完成指令系统的设计任务；（4）培养学生分析、解决问题的能力；（5）提高学生的科技论文写作能力。 2课程设计的任务及要求1）基本要求：（1）分析所实验系统中各功能模块的工作原理；（2）选用合适的指令组合及通路；（3）提出指令系统的设计总体方案； （4）对所设计指令进行实现及调试。2）创新要求： 在基本要求达到后，可进行创新设计，如改善指令功能；对指令流重新规划等。3）课程设计论文编写要求（1）要按照书稿的规格打印誊写毕业论文（2）论文包括目录、绪论、正文、小结、参考文献、谢辞、附录等（3）课程设计论文装订按学校的统一要求完成4）答辩与评分标准： （1）完成原理分析：20 分； （2）完成设计过程：30 分； （3）完成调试：20 分；（4）回答问题：20 分。（5）格式规范性：10 分。5）参考文献：辽宁工业大学课程设计报告（1）胡越明 .计算机组成与系统结构 电子工业出版社 （2）白中英 .计算机组成原理 科学技术出版社（3）/down/42/2006/20061105264.html6）课程设计进度安排内容 天数 地点构思及收集资料 1 图书馆组装与调试 3 实验室撰写论文 1 图书馆、实验室学生签名： 2008 年 6 月 23 日课程设计(论文)评审意见（1）完成原理分析（20 分）：优（ ） 、良（ ） 、中（ ） 、一般（ ） 、差（ ） ； （2）设计过程 （30 分）：优（ ） 、良（ ） 、中（ ） 、一般（ ） 、差（ ） ； （3）完成调试 （20 分）：优（ ） 、良（ ） 、中（ ） 、一般（ ） 、差（ ） ；（4）回答问题 （20 分）：优（ ） 、良（ ） 、中（ ） 、一般（ ） 、差（ ） ；（5）格式规范性 （10 分）：优（ ） 、良（ ） 、中（ ） 、一般（ ） 、差（ ） ；（6）考勤是否降等级：是（ ） 、否（ ）评阅人： 职称： 讲师 2008 年 6 月 30 日辽宁工业大学课程设计报告目 录一、课设目的及内容 .1二、设计的原理 .1三、二进制微代码表设计 .6四、机器指令程序 .7五、线路连接图 .10六、微程序流程及说明 .12七、心得体会 .17八、参考文献 .18辽宁工业大学课程设计报告第 1 页 一、课设目的及内容课程设计目的1. 在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统构造一台基本模型计算机。2. 为其定义五条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试掌握整机概念。课程设计内容设计一台基本模型机，并实现相关的指令。二、设计的原理部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU 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。本实验采用五条机器指令：IN（输入） 、ADD（二进制加法） 、STA（存数） 、OUT（输出） 、JMP（无条件转移） 。其中 IN 为单字长，其余为双字长指令。为了向 RAM 中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，还必须设计三个控制台操作微程序。存储器读操作（KRD）：拨动总清开关 CLR 后，控制台开关 SWB、SWA为“00”时，按 START 微动开关，可对 RAM 连续手动读操作。存储器写操作（KWE）：拨动总清开关 CLR 后，控制台开关 SWB、SWA为“01”时，按 START 微动开关，可对 RAM 进行连续手动写入。启动程序：拨动总清开关 CLR 后，控制台开关 SWB、SWA 置为“11”时，按 START 微动开关，即可转入到第 01 号“取址”微指令，启动程序运行上述三条控制台指令用两个开关 SWB、SWA 的状态来设置，其定义如下：SWB SWA 控制台指令0001读内存（KRD）写内存（KWE）辽宁工业大学课程设计报告第 2 页 1 1 启动程序（RP）微代码定义如下表所示：24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 1312 11 109 8 76 5 4 3 2 1S3 S2 S1 S0 M Cn WE A9 A8 A B C uA5 uA4 uA3 uA2 uA1 uA0A 字段 B 字段 C 字段系统涉及到的微程序流程见图 4-1，当拟定“取址”微指令时，该微指令的判别测试字段为 P（1）测试。由于“取址”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。本机用指令寄存器的前 4 位（IR7-IR4）作为测试条件，出现 5 路分支，占用 5 个固定微地址单元。控制台操作为 P（4）测试，它以控制台开关 SWB、SWA 作为测试条件，出现了 3 路分支，占用 3 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一个微地址单元随意填写。注意：微程序流程图上的单元地址为 8 进制。 15 14 13 选择0 0 00 0 1 LDRi0 1 0 LDDR10 1 1 LDDR21 0 0 LDIR1 0 1 LOAD1 1 0 LDAR12 11 10 选择0 0 00 0 1 RS-B0 1 0 RD-B0 1 1 RI-B1 0 0 299-B1 0 1 ALU-B1 1 0 PC-B9 8 7 选择0 0 00 0 1 P(1)0 1 0 P(2)0 1 1 P(3)1 0 0 P(4)1 0 1 AR1 1 0 LDPC辽宁工业大学课程设计报告第 3 页 辽宁工业大学课程设计报告第 4 页 微程序流程图如下所示：控制台00 八进制微地址 20 (SWB SWA) KWE(01) KRD(00) RP(11)21 20 2324 22 0130 27PC AR，PC+1，RAMBUS，BUSDR1，DR1RAM ，PCAR， PC+1，RAMBUS，BUSDR1，DR1LED ，P (4)R0DR1(DR1)+(DR2)R0DR1LED RAMBUSBUSARRAMBUSBUSDR2R0DR1(DR1)-(DR2)R0辽宁工业大学课程设计报告第 5 页 010210IN ADD STA OUT JMP SUB10 11 12 13 14 15 03 07 16 26 310104 37 17 320105 25 3306 340135013601PCARPC+1RAMBUSBUSIRP(1)SWR0 PCARPC+1PCARPC+1PCARPC+1PCARPC+1R0ARRAMBUSBUSARRAMBUSBUSARRAMBUSBUSARRAMBUSBUSPCRAMBUSBUSR0PCARPC+1RAMBUSBUSARRAMBUSBUSDR2R0DR1(DR1)+(DR2)R0R0BUSBUSRAMRAMBUSBUSDR1DR1LEDRAMBUSBUSDR2R0DR1(DR1)+(DR2)R0辽宁工业大学课程设计报告第 6 页 三、二进制微代码表设计微地址 S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8A B C UA5UA00 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 00 2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 00 3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 00 4 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 10 5 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 00 6 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 10 7 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 11 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 11 2 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 11 3 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 01 4 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 01 5 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 11 6 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 11 7 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 12 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 02 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 02 2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 12 3 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 02 5 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 12 6 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 12 7 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 03 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 13 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 03 2 0 0 0