计算机原理课程设计设计报告.docxVIP

课程设计报告设计名称： 计算机组成原理 课程名称： 计算机组成原理 院（系）： 专业班级： 姓 名： 学 号： 成 绩： 指导教师： 日 期： 地 点： 课 程 设 计 任 务 书题 目 计算机组成原理 专业、班级 学号、姓名 主要内容：1运算器实验2十六位数据总线实验3通用寄存器实验4地址总线组成实验5存储器读写实验6指令总线运用实验7微控制器实验8微型机实现实验基本要求：1、掌握微型机的结构工作原理以及各部件个工作原理。2、熟悉通用寄存器的数据通路3、熟悉和了解指令总线的数据通路与构成途径。 4、掌握指令部件的“取指”规则及“指令译码”规则5、设计几条可以执行的微程序（程序可以无意义）。6、实验报告。主要参考资料：组成原理试验指导书（16位）计算机组成原理 完 成 期 限： 一周 指导教师签名： 课程负责人签名： 2011年12月一 实验准备1、模型机的结构以及各个部件的输入输出以及其他控制信号。2、了解该模型机的微指令的格式：包括控制字段对应的控制信号、后续直接地址字段确定下一条微指令的方式、p测试字段的修改后续直接地址字段的规则。3、指令存储器和数据存储器的读写。4、 控制存储器的读写。二、模型机结构 图1微型机结构图三、微指令结构和各字段含义实验模型机对应的40位微指令格式如下，其中操作控制位19位，p测试位5位，后续直接地址位11位，保留位5位。微指令采用了重叠结构定义，控制存储器分时输出24位微控位(操作控制位19位和p测试位5位)和11位后续直接地址位。m39m35m34m24操作控制字段p测试字段后续直接地址字段保留段m4m0m23m5微指令的重叠结构定义 24个微控制位如图2所示：直控字段 目标字段 运算字段 源字段 p测试字段m23m22m21m20m19m18m17m16m15m14m13m12m11m10m9m8m7m6m5m4m3m2m1m0e/mipmwrr/m目的编码opmcns2s1s0源编码xpwaluiuieiriczids图2微指令格式如图2所示，本系统微指令综合采用了字段的直接控制法和编码表示法，把微指令操作控制字段划分为若干个子字段，每个子字段的所有微命令进行统一编码。控制器微指令字长35位，其中24个微控位分别由p测试字段、源寻址字段、运算控制字段、目的寻址字段及直接控制字段组成； 11位后续直接地址位m34m24输出下一条微指令的十一位的后续微地址。p测试字段五位p测试位决定是否需要对微指令给出的11位后续直接地址进行修改以及如何修改来确定下一条微指令在控存的地址。m0定义为ids，微程序结束测试位。微程序的最后一条微指令该位为0，否则为1。m1定义为icz，进位标志测试位。当icz为“0”时，利用进位标志cy修改微总线ubus的11位直接后续地址最后一位ud0，形成2路分支。微总线ubusud10ud9ud8ud7ud6ud5ud4ud3ud2ud1ud0微程序计数器upcud10ud9ud8ud7ud6ud5ud4ud3ud2ud1cym2定义为ir，指令操作码的测试位，当ir为“0”时，利用8位操作码op修改微总线ubus的11位直接后续地址的ud8ud1，形成256路分支。微总线ubusud10ud9ud8ud7ud6ud5ud4ud3ud2ud1ud0微程序计数器upcud10ud9id7id6id5id4id3id2id1id0ud0m3定义为中断控位ie，中断请求测试位。每条指令执行末尾进入公操作，通过检查该位判断外设是否有中断请求，如果有中断请求转入中断处理过程；否则转入取值的微指令从指存取下一条指令执行。m4定义为iu，微指令寻址方式测试位，当iu为“0”时，以微指令的11位后续直接地址作为下一条微指令的地址；该方式是微指令的链式存储；当iu为“1”时，以upc+1，即当前微指令地址加1作为下一条微指令的地址，该方式是微指令的顺序存储。源编码字段m5定义为运算源控位alu，当alu=“1”时运算器以ax、bx寄存器为源，若alu=“0”运算器以当前源编码的定义为源。m6定义为字长控位w，当w=“0”时当前总线宽度为十六位字总线；当w=“1”时当前总线宽度为八位字节总线。m7定义为源奇偶特性控位xp，当xp=“0”时工作寄存器源为偶字节，；当xp=“1”时工作寄存器源为奇字节。m10m8分别定义x2、x1、x0，组成源寻址的编码段；运算字段m13m11分别定义s2、s1、s0，组成运算方式选择字段。m14定义了cn，是运算的最低位有效进位。m15定义了m，当m=“0”时，alu做算数运算；当m=“1”时，alu做逻辑运算。目标编码字段m16定义为目的奇偶控位op，当op=“0”时为工作寄存器的以偶字节为操作目标，当op=“1”时工作寄存器以奇字节为操作目标。m19m17分别定义o2、o1、o0，组成目的寻址的编码段。直接控制字段m20定义为寄存器与cache选择控位r/m，当r/m=“1”时，选择寄存器组为alu的工作区；当r/m=“0”时，选择cache为alu的工作区，本实验设备无cahce，所以该位衡“1”。m21定义为主存及指令寄存器ir写命令mwr，当mwr=“0”、ir=“1”时执行主存的写入操作。当mwr=“0”、ir=“0”时执行指令寄存器写入操作。m22定义为程序计数器使能控位ip，当ip=“0”时，执行pc+1；当ip=“0”、e/m=“0”时执行pc地址的装载。m23定义为指存与数存的地址选择控位e/m，当e/m=“1”时主存以当前程序指针pc驱动指令地址总线；当e/m=“0”时主存以当前ar驱动数据地址总线。(6)下址段由m34m24组成pcpc共11位后续直接地址。四 实验设备dais-cmx16+ 计算器组成原理教学实验系统一台。五实验内容计算机是在读取指令、分析指令、执行指令的循环中完成程序的自动运行。读取指令是将内存中的指令读取到指令寄存器ir，同时程序计数器pc自加操作指向下一条指令；分析指令是将指令的操作码op做p1测试，找到解释该指令执行的第一条微指令的入口地址；执行指令是从控制存储器中依次读取该指令对应的多条微指令向全机各个部件发送微命令，完成指令要求的动作。实验模型机没有指令系统，不能执行任何指令，该实例设计了3条指令构成的指令系统，并为3条指令设计了对应的微程序。然后用3条指令编写了一个简单的程序，通过程序的执行，使模型机运行。1、指令系统：定义指令格式以及对应的操作码本实验实现的机器指令为，相对寻址，其指令格式如下：助记符机器指令码说明xdxz ax,addr+pc00103000 xxxxxxxx xxxxxxxxaddr+pcaxjjxz,bx,addr02000000 xxxxxxxx xxxxxxxxaddrbx2、程序：根据指令编写简单的程序地址指令代码助记符功能 00020 00+03 01xdxz ax 01030103ax00380 00 02jjxz,bx,01000200bx指令存储器000h009h单元内容依次为：20 00 01 80 00 01数据存储器：0100单元存储0200,0103单元存储ffff,0200单元存储3233。3、指令流程图：根据指令的功能写出每条微指令的功能以及它们在控制存储器的地址注：图中rom表示指令存储器，ram表示数据存储器4、微指令代码表：根据微指令流程图每条微指令的功能写出微代码微指令代码表微址00002)1)m23m22m21m20m19m18m17m16代码m15m14m13m12m11m10m9m8代码m7m6m5m4m3m2m1m0代码后续微址说明e/mipmwrr/mo2o1o0opmcns2s2s0x2x1x0xpwaluiuieiriczids00011111111ff11111111ff11111111ff+1空操作00110111111bf11111011fb11111011fb可变romir64011111010fa11111011fb010111115f+1romblpc+164110111011bb11111011fb010111115f+1rombhpc+164210111000b811111000fb000111111f+1pcax64311111100fc0110011066000111111f+1ax+bxar644011110007811111011fb000011010f001rambl70011111010fa11111011fb010111115f+1romblpc+170110111011bb11111011fb010111115f+1rombhpc+170210111101bc11010110c6000111111f+1bxar703011110107a11111011fb000111111f+1ramar704011110107a11111011fb000111011d001rambx5、将程序的代码写入指令存储器，将数据写入数据存储器6、将微指令写入控制存储器 7、测试运行1）单步：每按一次【单步】命令键运行一条微指令，观察模型机上的数码管，看看对应部件的值是否和预期一致，包括对照微程序流程，观察微地址是否和流程一致；对照微指令表，观察执行结