计算机组成原理课程设计的实验报告范文.doc

长治学院 课程设计报告 课程名称： 计算机组成原理课程设计 设计题目： 设计一台性能简单的计算机 系 别： 计算机系 专 业： 计科1101班 组 别： 第三组 学生姓名: 学 号: 起止日期: 2013年7月4日 2013年7月10日指导教师: 张剑妹 目 录一、课程设计的目的 -1二、设计要求 -1三、设计的方法及过程-2 3.1整机设计 -23.1.1 根据设计要求正确设置正确设置多路开关-23.1.2操作控制信号及其实现方式-23.1.3根据接线表画出整机的线路图-2 3.2设计指令系统-3 3.3设计微指令及指令的微程序-43.3.1设计微地址 -4 3.3.2写出指令的执行流程-3 3.3.3编写指令的微程序-5 3.4编写并执行应用程序-8四、心得体会-7 一 课程设计的目的通过课程设计更清楚地理解下列基本概念：（1）计算机的硬件基本组成；（2）计算机中机器指令的设计；（3）计算机中机器指令的执行过程；（4）微程序控制器的工作原理；（5）微指令的格式设计原理；二 设计要求 题一研制以台性能如下的实验计算机。（1）没有外部设备；（2）运算器采用单累加器多寄存器结构；（3）操作数寻址方式有：立即数寻址、寄存器寻址、直接寻址；（4）设计由如下指令组成的指令系统，其中L为累加器A，Jx为通用寄存器。将指令的二进制编码填入表中；序 号指令助记符指令功能指令编码第一字节第二字节1JIA L，JX(L)+(JX) L2YIDONG L，JX(JX)L3YIDONG JX，L(L)JX4ZHUANGZ DIZHI(DIZHI)L5FASONG DIZHIL(DIZHI)6ZHUANZ DIZHIL是零转移7ZHUANCY DIZHI有进位转移8ZHUANL0 DIZHIL0位是1转移9ZHUANYI DIZHI无条件转移10YIDONG L，SHUJUSHUJUL11YIDONG JX，SHUJUSHUJUJX12TINGJI停机（5）计算各指令的微地址并写出各指令的微程序；（6）将下列程序手工汇编、手工装入并运行，察看运行结果。ORG 100START: YiDONG L,#3 （5F03H） YIDONG J1,#05 （5905H） JIA L,J1 FASONG 00D TINGJI（7）编写汇编语言程序实现如下功能：将内存某两个单元的数据相加后存入另一个单元中，若有进位，则在00B单元中存入数据0，否则在00B单元中存入数据1；（8）将该应用程序机器汇编、机器装入、并连续运行，察看运行结果并验证程序的正确性；三 设计的方法及过程3.1 整机设计3.1.1 根据设计要求正确设置正确设置多路开关 (1) 设计单累加器多寄存器结构的运算器, 要求开关KA、KB、KC、KR分别置左、右、右、下。(2) 为了便于微指令的设计, 标出在运算器中数据的传输方向。3.1.2操作控制信号及其实现方式 微操作控制信号设计的一般原则 1) 对于电平有效的操作控制信号, 可采用微指令码直接控制。 2) 对脉冲型和电平跳变信号, 需外加门电路实现。 3) 对需多个控制信号的器件,通常将某些信号固定好, 其他信号接某个Mi。 设计实验接线表 按模块逐个归纳整理, 明确各模块中各器件各控制信号的处理方法, 将其分别接在某个Mi上. 1) 运算器模块累加器A: X0-M16 X1-M17 CA-累加暂存器ACT: CC- CG-M5暂存器TMP: CT-+5V OT-M10算逻单元: S3-S0-M23-M20 Cn-M19 M-M18输出缓冲器BUF: OB-M8 进位产生线路: P2-P0不用 SB、SA-X1X0 CP-M13+ 2) 寄存器堆模块 RR-M1 WR-M0 A、B将有指令部件控制 3) 指令部件模块 指令寄存器IR1: GI-M7 CI- 指令寄存器IR2: CL- M14 IR1、IR2输出控制: OI-M15 程序计数器PC: P+1-M6 CLR-+5V CK- LP由LP通过M9间接控制 PC输出控制: PCO由P+1通过M6间接控制 4) 内存模块: RC-M2(RC)+ WC-M3(WC)+5) 总线缓冲模块: B1、B3-RF B2-RC6)微程序控制模块 微程序计数器MPC: MCLR-RO MCLK-PO MLD-M4 MP+1-+5V 操作码散转控制: MD10-MD6-GND MD5-MD2-I7-I5,I2 MD1-M0-+5V 微指令寄存器: MIG-GND MICP-启停模块产生 7) 启停和时序模块: DR-M5 RCP-3.1.3根据接线表画出整机的线路图如下： 图1. 整机逻辑框图3.2 设计指令系统 表一 指令系统序 号指令助记符指令功能指令编码第一字节第二字节1JJLN L，JX(L)+(JX) LJX2YIDONG L，JX(JX)LJX3YIDONG JX，L(L)JXJX4ZHUANGZ DIZHI(DIZHI)L10111a10a9a8a7a05FASONG DIZHIL(DIZHI)10011 a10a9a8a7a06ZHUANZ DIZHIL是零转移01100a10a9a8a7a07ZHUANCY DIZHI有进位转移011 01a10a9a8a7a08ZHUANL0 DIZHIL0位是1转移01110 a10a9a8a7a09ZHUANYI DIZHI无条件转移01111a10a9a8a7a010YIDONG L，SHUJUSHUJULSHUJU11YIDONG JX，SHUJUSHUJUJXJXSHUJU12TINGJI停机3.3 设计微指令及指令的微程序 3.3.1计算微地址微程序入口地址形成方法：MD10 MD9 MD8 MD7 MD6 MD5 MD4 MD3 MD2 MD1 MD0 0 0 0 0 0 I7 I6 I5 I2 1 1取指微指令放在000H处。 表二 微地址序号指令助记符微地址1JIA L，JX03FH2YIDONG L，JX037H3YIDONG JX，L033H4ZHUANGZ DIZHI02FH5FASONG DIZHI027H6ZHUANZ DIZHI01BH7ZHUANCY DIZHI01CH8ZHUANL0 DIZHI01DH9ZHUANYI DIZHI01DH10YIDONG L，SHUJU017H11YIDONG JX，SHUJU013H12TINGJI003H 3.3.2写出指令的执行流程 表三 指令的执行流程指令助记符节拍微操作控制信号控制信号有效性JlA L，JXT1 (ACT)+(JX)BUFIDBL 置CYRR,A,B/CN,M,S3,S2,S1,S0OB,XO,X1，CASA,SB,CP0,I1,I01,0,1,0,0,10,1,1,1,1,YIDONG L，JXT1（JX）BUFIDBLRR,A,B/CN,M,S3,S2,S1,S0OB,XO,X1,CA0,I1,I01,1,0,0,0,01,1,1,YIDONG JX，LT1（ACT）BUFIDBJX/CN,M,S3,S2,S1,S0OB,WR,A,B1,1,1,1,1,1,0,0,I1,I0ZHUANGZ DIZHIT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBIR2(PC)+1(PC)PCO,B1RC,B2,B3,CLP+1,CK0,00,0,0,1,T2(IR1、IR2)IABOAB(M)ODBIDBLOI,B1RC,B2,B3,XO,X1,CA0,00,0,0,1,1,FASONG DIZHIT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBIR2(PC)+1(PC)PCO,B1RC,B2,B3,CLP+1,CK0,00,0,01,T2(IR1、IR2)IABOAB（ACT）BUFIDBODBOI,B1/CN,M,S3,S2,S1,S0OB,B2,B3,WC0,01,0,0,0,0,00,1,0,0ZHUANZ DIZHIZHUANCY DIZHIZHUANL0 DIZHIZHUANYI DIZHIT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBIR2(PC)+1(PC)PCO,B1RC,B2,B3,CLP+1,CK0,00,0,0,1,T2（IR1、IR2）IABIABPC(条件成立)OILP01YIDONG L,SHUJUT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBL(PC)+1(PC)PCO,B1RC,B2,B3,X0,X1,CAP+1,CK0,00,0,0,1,1,1,YIDONG JX，SHUJUT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBJX(PC)+1(PC)PCO,B1RC,B2,B3,WR,A,BP+1,CK0,00,0,0,0,I1,I01,TINGJIT1置“0”RUNDR,RCP0,3.3.3编写指令的微程序 指令的微地址及微指令M23 M22 M21 M20 M19 M18 M17 M16 M15 M14 M13 S0 S1 S2 S3 X0 X1 M /CN / CP CLM12 M11 M10 M9 M8 M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 M0 OI OB LP OT CG MLD DR P+1 GI WR RR RC WC 表四 微指令表 指令助记符位23 22 21 2019 18 17 1615 14 13 1211 10 9 87 6 5 43 2 1 0信号S0S1S2S3X0X1MCn/CPCLOIObLPOtCgMld dr p+1 giwrrr rcwc微指令码(十六进制)有效信号* * * * * * * 1 1 00 0 0 00 1 1 01 0 0 0微地址取指微指令000H0 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E65001002TINGJI0030 0 0 00 0 0 00 0 0 01 1 1 11 0 0 10 1 1 1 001F970040 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 01001E6500500600700800900A00B00C00D00E00F010011012YIDONG JX，SHUJU0130 0 0 00 0 0 00 0 0 11 1 1 11 1 1 1 1 10 1001FFD0140 0 0 00 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 01001E65015016YIDONG L，SHUJU0170 0 0 01 1 0 00 0 0 11 1 1 11 1 110 1 0 10C1FF50180 0 0 00 0 0 00 0 0 11 11 00 1 1 00 1 01001E6501901AZHUANZ DIZHIZHUANCY DIZHIZHUANL0 DIZHIZHUANYI DIZHI01B0 0 0 00 0 0 0 0 0 1 11 1 1 11 1 1 10 1 0 1003FF501C0 0 0 00 0 0 00 0 0 01 0 1 11 1 0 10 1 1 1000BD701D0 0 0 00 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E6501E01F020021022023024025026FASONG DIZHI0270 0 0 00 0 0 00 0 1 11 1 1 11 1 1 10 1 0 1003FF50280 0 0 00 0 0 10 0 0 00 1 1 11 1 0 10 1 1 00107D60290 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E6502A02B0 0 0 00 0 0 00 0 1 11 1 1 11 1 1 10 1 0 1003FF502C0 0 0 00 0 0 10 0 0 00 1 1 11 1 0 10 1 1 00107D602D0 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E6502EZHUANGZ DIZHI02F0 0 0 00 0 0 0 0 0 1 11 1 1 11 1 1 10 1 0 1003FF50300 0 0 01 1 0 00 0 0 01 1 1 11 1 0 10 1 0 10C0FD50310 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E65032YIDONG JX，L033111100110001011111011111F317DF0340 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E65035036YIDONG L，JX0370000111110011111110100110F9F030380 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E6503903A03B03C03D03EJIA L，JX03F1 0 0 11 1 0 10 1 0 10 1 1 11 1 0 10 0 1 19D57D30400 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E653.4 编写并执行应用程序汇编程序为： ORG 100START: YIDONG L,#03 YIDONG J1,#05 JIA L,J1 FASONG 00D TINGJI 要求使用机器汇编和手工汇编两种方法执行应用程序,最后结果放在00D中，即显示08。（1）手工汇编(对照表一系统) ORG 100START: YIDONG L,#03 ； 5F03H YIDONG J1,#05 ； 5905H JIA L,J1 ； fd98H FASONG 00D ； 0D00H TINGJI ； 00 包括微指令存控存，将指令存入主存。a将微指令装入控存CM中(开关拨至CM端) 指令助记符微地址节拍T0T1T2YIDINGL L,SHUJU 017H 0C1FF5001E65 YIDONG JX，SHUJU 013H 001FFD 001E65JIA L,J1 03FH 9D57D3 001E65FASONG DIZHI 027H 003FF5 0107D6001E65TINGJI 003H 001F97 001E65 b.将指令装入主存M中(开关拨至M端) 指令指令功能主存地址手工汇编ORG 100 程序段首地址100YiDONG L,#03 将03送至累加器中1005F10103 YIDONG J1,#05将05送至寄存器1中1025910305JIA L,J1 (L)+(J1)(L)104FDFASONG 00D 将累加器内容送至00d单元106981070DTINGJI 停机10800c.检查结果如下：键入的指令显示运行结果注释主存地址指令内容100 LOAD1005F送程序的首地址STEP1005F 执行第一条指令 YiDONG L,#03 STEP10103STEP10259执行第二条指令 YIDONG J1,#05 STEP10305STEP104FD执行第三条指令JIA L,J1 STEP1FF08显示运算结果STEP10598执行第四条指令FASONG 00D STEP106ODSTEP00D08显示00D的内容STEP10700执行第五条指令 TINGJI STEP1FFFF 停机完成(2) 机器汇编方法 FD-CES系统软件视为FD-CES实验仪于PC机相连以构成高层次试验系统用的配套软件，它提供屏幕编辑、汇编、反汇编、文件传送及调试等功能，该软件在Windows 下运行。 在设计实验计算机时，需要通过屏幕编辑来设计四类文件，即： a. 微指令定义文件(BIT.DEF)： 用户可定义24位长的微指令的各位意义，在调试时将显示对应位的微指令的有效操作、高电平操作、低电平操作或无效操作。 源程序：S0 S1 S2 S3 X0 X1 M /CN NONE CP CL OI OB LP OT CG MLD DR P+1 GI WR RR RC WC b.指令定义文件(INS.DEF) 源程序: ;This is an example for multi accumulator ( book page-153): ?2 -JIA -YIDONG -YIDONG 4 4 4 L,JX L,JX JX,L JX JX JX -ZHUANGZ -FASONG -ZHUANZ 3 3 3 DIZHI DIZHI DIZHI 10111aaa 10011aaa 01100aaa a7-a0 a7-a0 a7-a0 -ZHUANCY -ZHUANL0 -ZHUANYI 3 3 3 DIZHI DIZHI DIZHI 01101aaa 01110aaa 01111aaa a7-a0 a7-a0 a7-a0 -YIDONG -YIDONG -TINGJI 2 2 1 L,#SHUJU JX,#SHUJU JX SHUJU SHUJU c.微程序文件（MOP*.MID）;This is an example for multi accumulator ( book page-155 ):;get the first instrution ;TINGJI;000H002H ;003H006H ;007H00AH ;00BH00EH-001E65 -001F97 - - -001E65 - - - - - - - -;00FH012H ;YIDONG JX,#SHUJU ;YIDONG L,#SHUJU ;ZHUANZ DIZHI- ;013H016H ;017H01AH ;01BH- -001FFD -0C1FF5 -003FF5- -001E65 -001E65 - - - - -;ZHUANCY DIZHI ;ZHUANL0 DIZHI ;ZHUANYI DIZHI ;ZHUANZ DIZHI;01CH ;01DH ;01EH ;01FH-000BD7 -001E65 - -003FF5;ZHUANCY DIZHI ;ZHUANL0 DIZHI ;ZHUANYI DIZHI;020H ;021H ;022H-000BD7 -001E65 -;FASONG DIZHI ;FASONG DIZHI ;ZHUANGZ DIZHI ;ZHUANGZ DIZHI;023H026H ;027H02AH ;02BH02EH ;02FH032H-003FF5 -003FF5 -003FF5 -003FF5 -0107D6 -0107D6 -0C0FD5 -0C0FD5-001E65 -001E65 -001E65 -001E65- - - -;YIONG JX,L ;YIDONG L,JX ;03BH03EH ;JIA L,JX;033H036H ;037H03AH - ;03FH042H-F317DF -0F9F03 - -9D57D3-001E65 -001E65 - - - - - - -d.两个汇编程序文件（*.ASM） 汇编源程序编译之后将产生目标文件（*.OBJ），当调试时则需将目标文件下载至内存。程序一： 程序二： ORG 100 ORG 100 YIDONG L,#03 YIDONG J2,#02 FASONG 00BH YIDONG J1,#05 YIDONG L,#05 ZHUANYI M2 JIA L,J1 JIA L,J2 M1: YIDONG L,#00 FASONG 00D ZHUANCY M1 FASONG 00BH END YIDONG L,#01 M2: END（3）文件下载 a.下载Micor Program此项功能将用户的微程序的目标代码（*.DAT）从PC机下载到实验计算机的控存中，用户可选择所需传送程序的文件名，并定义其在Control Memory中的起始地址，确认前需将MCM开关置于CM端。 b.BIT.DEF此项功能系统将用户的微指令位定义文件（BIT.DEF）读入。c.下载Program 此项功能将用户的调机程序的目标文件（*.OBJ）从PC机下载到实验计算机的内存中，用户可选择所需传送程序的文件名，并定义其在实验计算机内存中的起始地址，确认前需将MCM开关置于M端。（4）实验机运行用户完成逻辑框图的选择、内存的源程序目标代码装入、控存的微程序代码装入以及BIT.DEF的装入后，就可以开始调试、运行了。运行功能包括三种：Start at、Step、Run。Strat at要求用户输入运行程序的起始地址，地址用十六进制表示。Step允许用户单步运行程序。Run 提供连续运行程序的功能。（5）运行结果 对于程序一，我们采用Run方法运行程序，运行程序以后检验00D单元的内容，经检验00D单元的内容为0D，实验结果正确。 对于程序二，我们采用Run方法运行程序，运行程序以后检验00B单元的内容，若00B的内容为0的话，说明此时有进位；如果内容为1的话，没有进位；此题我们设计的没有进位，所以最后00B的内容1。四 心得体会 通过这一次的课程设计，我收获很大，我了解了一个比较简单的模型计算机的实现，真正了解了计算机组成原理的实际意义，而且在整个制作过程中,我们遇到了很多错误，出现错误时，在更改的过程，体会其中的种种困难，了解到了难点的地方，这对于我们学习计算机硬件方面的课程有着很大的帮助，同时对于之前的几次试验我们操作机器的实验理解、总结也更加的深刻了，在设计过程中，我从开始对硬件的迷惑和只懂个大概，到中间的疑惑与焦虑甚至无奈放弃，到解决了所有问题和疑惑。突然有一种雨过天晴的感觉。对于整个实验过程，首先，我们按提示进行初步的定位，寻找合适的地址指令，安排指令，出现错误时，就先查找错误所在位置进而仔细检查是否代码错误或者其他系统性的错误或是机器、接线的错误，从而根据错误行修改，操作时一定要注意规范程度避免带来不必要的麻烦，给系统的正常运行带来麻烦，在制作过程中经常出现代码错误，经过仔细的思考我们进行改进。而且，这对于我们以后工作也有着很大的好处，培养了我们遇到问题，分析问题，解决问题各个方面上的能力。平时我们做作业也都是在做书本上面给我们的题目，而这一次则是由我们自己设计出的，这对我们的创新意识也是一种很大大培养。我认为这次经历，是一次很好的锻炼的机会。 我们希望学校以后可以多为我们提供这样的机会，这样我们就可以在实践中得到平时课堂上面所缺失的一些能力，同时希望学校可以在别的学科也可以小组成员里这样给我们提供更好的条件来进行教学。这样可以使我们的综合素质的到很好的提升。 这个课程设计，在做的过程中遇到过很多难题，最后能够完成，还是要感谢老师和同学的大力辅导和帮助，还有一些有关书籍的帮忙。最后完成了这个课程设计。指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日成绩评定项 目权重成绩1设计过程中出勤、学习态度等方面0.12设计技术水平0.43编程风格0.24设计报告书写及图纸规范程度0.3总 成 绩 我爱你们，你们爱我吗，亲爱的文友，大家好，祝大家开心每一天。想到这里，他立即带上两个测工，肩扛手拎着仪器，硬是徒步走到了现场。section of the Department of project management; Project documents and information: Project Engineering Department; Materials and equipment: material supply projects; Security controls: the project Department of safety and security; Construction machinery: Project Engineering Department; Financial: Project Management Department of finance; Security and fire services: project security. 3.3.5 management representative and project manager in this item specifies that the Chief Engineer is the management representative, responsible for the operation of quality management system and supervision, regardless of how his other responsibilities, should have a clear mandate to: ensure that the quality management system is implemented and maintained; The running of the