计算机组成原理课程设计基本模型机的设计与实现.doc

本科生课程实习本科生课程实习 基本模型机的设计与实现 课程名称计算机组成原理 学生姓名 学生学号 所在专业计算机科学与技术 所在班级 指导教师职称 成绩 I 目目录录 1设计任务与要求 .2 1.1设计目的 .2 1.2设计内容 .2 1.3设计要求 .2 2设计思想 .2 2.1 实验设备 .2 2.2 基本原理 .3 3设计方案 .3 3.1 程序流程图 .3 3.2 接线图.5 4测试结果及分析 .5 4.1 测试过程 .5 4.2 测试结果 .6 5源程序 .6 6总结 .7 广东海洋大学本科生课程论文 2 题目题目 （专业：计算机科学与技术，学号：201011621217 ，姓名：马慧颖 ） 指导教师：彭小红） 1设计任务与要求 1.1 设计目的 综合运用所学计算机组成原理知识，在理解计算机各功能部件工作原理上，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，将微程序控制器模块同运 算模块、存储器模块联机，组成一台基本模型计算机。用微程序控制器控制模型机的 数据通路，通过在构造的模型机上运行机器指令组成的简单程序，掌握机器指令与微 指令的关系，建立机器的整机概念。 1.2 设计内容 本次实验设计了七条机器指令(包括 IN、OUT、STA 指令三条指令)：逻辑运算 A+B、逻辑运算 A、，算术乘运算、或运算，其指令格式如下： 操作码 地址码 IN 0000 0000 A+B 0001 0000 1001 1101 0011 0000 1001 1101 A*B 0101 0000 1001 1101 （AB） 0110 0000 1001 1101 STA 0010 0000 1001 1110 OUT 0100 0000 1001 1110 IN 为单字长（8 位），含义是将数据开关 8 位数据输入到 RO 寄存器。 STA 为双字长指令，含义是将 RO 中的内容存储到内存单元中。 OUT 为双字长指令，含义是将内存中以第二字为地址的数据读出到数据总线上，由数据 显示灯显示进行。 1.3 设计要求 1，掌握实验系统的熟练操作 2，完成模型机的实验线路连接 3，调试模型机，并记录下实验结果 2 设计思想 2.1 实验设备 组成原理实验仪一台，PC 机一台，排线若干。 广东海洋大学本科生课程论文 3 2.2 基本原理 （1）数据通路如下图所示： （2）在模型机实验中，数据通道的控制将由微程序控制器来完成，CPU 从内存取出一条机器指令 到执行指令结束的一个指令周期，是由微指令组成的序列来完成的，即一条机器指令对应一个微程 序。 （3）本实验我们将七条机器指令及有关数据写入 RAM 和 ROM 中。通过 CPU 运行由七条机器指 令组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系。 （4）微指令格式： 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 S3 S2 S1 S0 M Cn WE A9 A8 A B C UA5 UA4 UA3 UA2 UA1 uA0 A 字段 B 字段 C 字段 3设计方案 3.1 程序流程图 15 14 13 选择 12 11 10 选择 9 8 7 选择 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 LDRi 0 0 1 RS-B 0 0 1 P（1 ） 0 1 0 LDDR1 0 1 0 RD-B 0 1 0 P（2 ） 0 1 1 LDDR2 0 1 1 R1-B 0 1 1 P（3 ） 1 0 0 LDIR 1 0 0 299-B 1 0 0 P（4 ） 1 0 1 LOAD 1 0 1 ALU-B 1 0 1 AR 1 1 0 LDAR 1 1 0 PC-B 1 1 0 LDPC 广东海洋大学本科生课程论文 4 广东海洋大学本科生课程论文 5 3.2 接线图 4测试结果及分析 4.1 测试过程 1，首先按照电路图连接好电路。 2，写程序，先将机器指令对应的微代码正确的写入 2816 中，使用控制台 KWE 和 KRD 微程序进行机器指令的装入和检查。 3，使编程开关处于“RUN”状态，STEP 为“STEP”状态，STOP 为“RUN”状态。拨动 总开关 CLR（0 置为 1），微地址寄存器清零。此时用“DATA UNIT”单元的 8 位二进制 开关给出要写入 RAM 区的首地址，控制台 SWB,SWA 开关置为“0 1”，按动一次启动开 广东海洋大学本科生课程论文 6 关 START，微地址显示灯显示“010010”，再按动一次 START 键，即完成该条指令的写 入。 4，运行程序，使“STATE UNIT”中的 STEP 开关置为“ECEX”状态，STOP 开关置为 “RUN”状态。将“DATA UNIT”的 8 位二进制开关设置为机器指令程序的首地址，然 后按动 START 键，系统连续运行，稍后将 STOP 拨置为“STOP”，系统停机。 4.2 测试结果 A:键盘输入 B:内存 1001 1101 单元的内容 逻辑运算 A+B:0010 0001 0000 0110 结果：0010 0111 逻辑运算：0010 0111 0000 0110 结果：0010 0001 算术运算 A-B：0101 0000 0000 0110 结果：0100 1010 （AB）运算：1011 0010 0000 0110 结果：0000 1011 5源程序 微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE CE LDPC A B PMA5 MA0 000 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 11 1 01 0 0 0 1 0 0 0 0 010 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 10 0 00 0 0 0 1 0 020 0 0 0 0 0 0 0 01 0 00 0 00 0 10 1 1 0 0 0 030 0 0 0 0 0 0 0 01 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 0 040 0 0 0 0 0 0 0 00 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 1 050 0 0 0 0 0 0 1 00 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 0 061 1 1 0 1 0 0 1 00 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1 070 0 0 0 0 0 0 0 01 1 00 0 00 0 00 0 1 0 0 0 100 0 0 0 0 0 1 0 00 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 1 110 0 0 0 0 0 0 0 01 1 00 0 00 0 00 0 1 0 1 0 120 0 0 0 0 0 0 0 00 1 10 0 00 0 00 0 1 0 1 1 130 0 0 0 0 0 0 1 00 1 00 0 10 0 00 01 1 0 0 140 1 1 1 1 0 0 1 00 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1 150 0 0 0 0 0 0 0 01 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 0 160 0 0 0 0 0 0 0 00 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 1 170 0 0 0 0 0 0 0 01 1 00 0 00 0 00 1 0 1 0 1 200 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 10 0 00 1 0 0 1 0 210 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 10 0 00 1 0 1 0 0 220 0 0 0 0 0 0 0 00 0 00 0 00 0 00 1 0 0 0 0 230 0 0 0 0 0 0 1 00 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 1 240 0 0 0 0 0 1 0 00 0 01 1 00 0 00 1 0 0 0 1 250 0 0 0 0 0 0 0 00 1 10 0 00 0 00 1 0 1 1 0 广东海洋大学本科生课程论文 7 260 0 0 0 0 0 0 1 00 1 00 0 10 0 00 1 0 1 1 1 270 1 1 0 0 0 0 1 00 0 1 1 0 10 0 00 0 0 0 0 1 300 0 0 0 0 0 0 1 00 0 1 1 1 00 0 00 0 0 0 0 1 310 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 10 0 00 0 0 0 1 1 320 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 10 0 00 0 0 1 1 1 330 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 10 0 00 0 1 0 0 1 340 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 10 0 00 0 1 1 0 1 350 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 10 0 00 0 1 1 1 1 360 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 10 0 00 1 1 1 1 1 370 0 0 0 0 0 0 0 01 1 00 0 00 0 01 0 0 0 0 0 400 0 0 0 0 0 0 0 00 1 10 0 00 0 01 0 0 0 0 1 410 0 0 0 0 0 0 1 00 1 00 0 10 0 01 0 0 0 1 0 420 1 1 0 1 0 0 1 00 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1 地址（二进制）内容(二进制)地址（二进制）内容（二进制） 1 0 0 0 0 0 0 0IN 0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 0 1 1 1 0IN 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1OR0 0 0 1 0 0 0 01 0 0 0 1 1 1 1SUB0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 01 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1STA0 0 1 0 0 0 0 01 0 0 1 0 0 0 1STA0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 11 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1OUT0 1 0 0 0 0 0 01 0 0 1 0 0 1 1OUT0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 11 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1IN 0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 1 0 1 0 1IN 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0XOR 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 01 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0STA0 0 1 0 0 0 0 01 0 0 1 1 0 0 0STA0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 01 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0OUT0 1 0 0 0 0 0 01 0 0 1 1 0 1 0OUT0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 01 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 00 0 0 0 0 1 1 0(自定) 1 0 0 1 1 1 0 1( AND 结果 ) 1 0 0 1 1 1 1 0(结果 ) 1 0 0 1 1 1 1 1(SUB 结果 ) 1 0 1 0 0 0 0 0( XOR 结果 ) 6 总结 学习了计算机组成原理这门课后，终于从理论上对计算机的运行过程有了一个大 概的认识，但这些中就是理论，形成不了能力。在做完课程设计之后才真正弄懂了它 的奥妙所在，同时也收获了成功的喜悦。整体上，主要有以下几方面的收获：.对数据 通路有了很深刻的了解，数据在内存，控制器，运算器，寄存器之间的传递过程能在 广东海洋大学本科生课程论文 8 大脑中形成鲜活的意识。在学习理论课的时候，对指令，微指令，微程序之间的联系 和区别概念很模糊，老师把它们混淆，但是在做完课程设计之后对它们有了深刻的认 识之后就不再疑惑了，了解了各功能部件的工作原理和工作机制以及流程图的含义。 在实验过程中，由于操作台的关系我们的指令运行总是出现错误，但在一次又一次的