《课程设计的目的》doc版.doc

计算机组成原理课程设计一、课程设计的目的通过对一个简单计算机的设计，对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解，加深对理论课程的理解。二、实验装置TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干三、课程设计的具体实现题目一：设计一台模型计算机，实现下列指令系统，并通过给定的工作程序验证上述指令系统。实验目的：验证不带进位的加法运算本设计实现的模型机共包含五条机器指令：IN(输入)、ADD(加法)、STA(存数)、OUT(输出)、JMP(无条件转移)，其指令格式如下(前4位为操作码)：助记符机器指令码（二进制）说明微程序的入口地址（八进制）IN00000000“INPUT DEVICE”中的开关状态R010（取指令后续微指令默认地址为10）ADD addr00010000 XXXXXXXXRO+addrR011STA addr00100000 XXXXXXXXROaddr12OUT addr00110000 XXXXXXXXaddrLED13JMP addr01000000 XXXXXXXXaddrPC14其中IN为单字长(8位)，其余为双字长指令，XXXXXXXX为addr对应的二进制地址码。一、控制台命令的微程序流程如下（01为取指微指令的地址）：二、指令流程三、工作程序如下：地址 指令00 IN01 ADC 01H03 STA 0AH05 OUT 0AH07 JMP 01四、本设计的验证程序的内存映象(装入起始地址00H)如下：地址(二进制)内容(二进制)助记符说 明0000 00000000 0000IN将输入数据送R0寄存器0000 00010001 0000ADD OAH0000 00100000 1010RO+0AHR00000 00110010 0000STA 0BH0000 01000000 1011R00BH0000 01010011 0000OUT 0BH0000 01100000 10110BHLED0000 01110100 0000JMP 010000 10000000 000101HPC0000 10010000 10100000 0001输入自定的数据0000 1011求和结果的存储单元测试数据为：FEH五、二进制微程序表六、实验程序：$P0000 $M0200C048 $M0E00E00F$P0110 $M0300E004 $M0F00A015$P020A $M0400B005 $M1001ED92$P0320 $M0501A206 $M1101ED94$P040B $M06959A01 $M1200A017$P0530 $M0700E00D $M13018001$P060B $M08001001 $M14002018$P0740 $M0901ED83 $M15070A01$P0801 $M0A01ED87 $M1600D181$P0A01 $M0B01ED8E $M17070A10$M0C01ED96 $M18068A11$M00018110 $M0D028201 $M0101ED82 七、实验连线图运行结果：输入：FEH输出：分别为FF,00,01,02,03,04八、实验分析：输入数据FEH到R0，R0+OAH，然后结果送R0，在将R0中数据送0B，0B中在输出到晶体管。然后JMP循环执行。此题为不带进位的加法运算，因为用了JMP指令，所以到最后是无限循环。题目二：设计一台模型计算机，实现下列指令系统，并通过下列工作程序验证上述指令系统。实验目的：验证带进位的加法运算本模型机共包含五条机器指令：IN(输入)、ADD(加法)、STA(存数)、OUT(输出)、JMP(无条件转移)，其指令格式如下(前4位为操作码)：助记符机器指令码说明微程序的入口地址（八进制）IN00000000“INPUT DEVICE”中的开关状态R010（取指令后续微指令默认地址为10）ADC Imm00010000 XXXXXXXXRO+ Imm+cyR011STA addr00100000 XXXXXXXXROaddr12OUT addr00110000 XXXXXXXXaddrLED13JMP addr01000000 XXXXXXXXaddrPC14一、控制台命令的微程序流程图。二、指令流程三、工作程序如下：地址 指令00 IN01 ADC 01H03 STA 0AH05 OUT 0AH07 JMP 01测试数据为：FEH四、内存映像本设计的验证程序的内存映象(装入起始地址00H)如下：地址(二进制)内容(二进制)助记符说 明0000 00000000 0000IN将输入数据送R0寄存器0000 00010001 0000ADC 01H0000 00100000 0001RO+01HR00000 00110010 0000STA 0AH0000 01000000 1010R00AH0000 01010011 0000OUT 0AH0000 01100000 10100AHLED0000 01110100 0000JMP 010000 10000000 000101HPC0000 10010000 1010输出地址单元五、实验程序：$P0000 $M08001001$P0110 $M0901ED84$P0201 $M0A01ED87$P0320 $M0B01ED8E$P040A $M0C01ED96$P0530 $M0D028201$P060A $M0E00E00F$P0740 $M0F00A015$P0801 $M1001ED92$P0A01 $M1101ED94$M1200A017$M00018110 $M13018001$M0101ED82 $M14002018$M0200C048 $M15070A01$M0300E005 $M1600D181$M0501A206 $M17070A10$M06959B41 $M18068A11$M0700E00D 六、实验连线图：运行结果：输入：FEH输出：分别为FF,00,02,03,04七、实验分析：由于程序是循环进位+1，当程序运行到FF+01时，产生进位，结果为00H，同时进位标志位cy置1，于是下次循环时，RO+ Imm+cyR0，变成00+01+01-02.所以输出结果中无01，此题同题目1相类似，题目1为不带进位的加法运算，而此题为带进位的加法运算，因此，程序与题目1稍有不同，03的后续地址由03改为04，06的C字段由000改为101，产生AR信号（AR=0）。在实验中（微指令中）cn为控制信号，当cn=1，并且ar=0时，把上次运行结果带入下次运算。当cn=0，屏蔽上次运行结果，不带入下次运算。这是由硬件决定的。题目三：设计一台模型计算机，实现下列指令系统，并用指定的工作程序验证上述指令系统。实验目的：学习判断指令BZC及跳转指令本模型机的指令系统及指令格式如下(前4位为操作码)：助记符号指令格式功能微程序入口地址（八进制）MOV rs,rd1000RsrdRsrd30ADC rs,rd1001RsrdRs+rd+cyrd31BZC00000000D当cy=1或z=1时，DPC否则，顺序执行20（取指令后续微指令默认地址为20）IN rd010001RdInput Device rd24OUT rd010110RdRd Output Device25HALT01100000停机26其中， rs为源寄存器，rd为目的寄存器，并规定：Rs或rd选定的寄存器000110R0R1R2一、控制台命令的微程序流程（控制台命令的微程序的入口地址，01为取指令微指令的地址二、指令流程三、工作程序如下：地址指令00IN R001IN R202ADC R2，R003MOV R0，R104OUT R105 BZC 0207HLT测试数据为两组：(1) R0=FE；R2=01H(2) R0=FF；R2=01H四、内存映像地址(二进制)内容(二进制)助记符说 明0000 00000100 0100IN将输入数据送R0寄存器0000 00010100 0110IN将输入数据送R2寄存器0000 00101001 1000ADC R2，R0RO+R2R00000 00111000 0001MOV R0，R10000 01000101 1001OUT R1输出R1到LED0000 01010000 1100BZC 02判断ZI和CY0000 01100000 01000000 01110110 0000HALT程序终止五、实验程序：$P0044 $M0400E023$P0146 $M0801ED8A$P0298 $M0901ED8C$P0381 $M0A00A03B$P0459 $M1001ED83$P050C $M14001001$P0602 $M15030401$P0760 $M16018016 $M18019201$M00018108 $M1901A22A$M0101ED82 $M2A01B42B$M0200C050 $M2B959B41$M0300A0E0 $M3405DB81六、实验连线图：运行结果：输入：FEH 01输出：FF输入：FFH 01输出：00，02七、实验分析：BZC的功能：当cy=1或z=1时，DPC否则，顺序执行。当输入FEH时，+1后不会产生近位，结果也不为零，所以程序顺序执行。当输入FFH时，+1后cy=1同时Z=1，程序跳转到02位置循环一次后，再停机。20PC-AR;PC+103RAM-BUS;BUS-DR140NP(3)6040Y01DR1-BUS;BUS-PC01题目四：设计一台模型计算机，完成下列指令系统，并编写工作程序验证上述指令系统实验目的：左移和中断跳转指令的学习本模型机共设计16条基本指令，其中算术逻辑指令9条，访问内存指令和程序控制指令4条，输入输出指令2条，其它指令1条。下表列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。类型助记符号指令格式功能微程序入口地址（八进制）算术逻辑指令CLR rd011100rd0rd27MOV rs,rd1000RsrdRsrd30ADC rs,rd1001RsrdRs+rd+cyrd31SBC rs,rd1010RsrdRs-rd-cyrd32INC rd1011RdRd+1rd33AND rs,rd1100rsrdRsrdrd34COM rd1101Rdrdrd35RRC rs,rd1110RsRd36RLC rs,rd1111RsRd37访存指令LDA M, D, rd00M00RdDErd40STA M, D, rd00M01RdDRdE41程序控制指令JMP M,D00M1000DEPC42BZC00M1100D当cy=1或z=1时，EPC43输入输出IN addr, rd010001RdAddrrd24OUT addr, rd010110RdRdaddr25其它HALT01100000停机26下面对各种指令格式加以说明：(1) 算术逻辑指令算术逻辑运算指令共9条，用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，格式为：7 6 5 43 21 0OP-CODERsrd其中，OP-CODE为操作码，rs为源寄存器，rd为目的寄存器，并规定：Rs或rd选定的寄存器000110R0R1R2(2) 访存指令及程序控制指令模型机设计两条访存指令，即存数(STA)、取数(LDA)，两条转移指令，即无条件转移指令(JMP)、结果为0或有进位转移指令(BZC)，指令格式为：7 65 43 21 000MOP-CODErdD其中，OP-CODE为操作码，rd为目的寄存器地址(LDA、STA指令使用)，D为位移量(正负均可)，M为寻址模式，其定义为：寻址模式M有效地址E说明微程序入口00011011E=DE=(D)E=(RI)+DE=(PC)+D直接寻址间接寻址RI变址寻址相对寻址20212223 变址寻址寄存器指定为寄存器R2。(3) 输入/输出指令输入输出指令均采取单字节指令，其格式如下：7 6 5 43 21 0OP-CODEaddrrd其中，addr=01时，选中“Input Device”中的开关组作为输入设备，addr=10时，选中“Output Device”中的数码显示作为输出设备。(4) 停机指令用于实现停机操作。一、控制台命令的微程序流程二、指令流程 三、工作程序如下：IN 01，R0IN 01，R2ADC R2, R0MOV R0, R1RLC R1, R1OUT R1BZC 00, 00HLT四、内存映像地址(二进制)内容(二进制)助记符说 明0000 00000100 0100IN将输入数据送R0寄存器0000 00010100 0110IN将输入数据送R2寄存器0000 00101001 1000ADC R2，R0RO+R2R00000 00111000 0001MOV R0，R10000 01001111 0101RLC R1，