复杂模型计算机的设计_任务书

课 程 设 计 报 告 课程名称课程名称 计算机组成原理计算机组成原理 课题名称课题名称 复杂模型计算机的设计 专专 业业 计算机科学与技术计算机科学与技术 班班 级级 学学 号号 填全称 姓姓 名名 指导教师指导教师 陈华光 陈多 邓作杰陈华光 陈多 邓作杰 2011 年年 月月 日日 湖南工程学院 课 程 设 计 任 务 书 课程名称 计算机组成原理计算机组成原理 课 题 复杂模型计算机的设计 专业班级 学生姓名 学 号 填全称 指导老师 陈华光 陈多 邓作杰陈华光 陈多 邓作杰 审 批 陈华光 任务书下达日期 2011 年 7 月 8 日 任务完成日期 2011 年 月 日 一一 设设计计内内容容与与设设计计要要求求 1 1 设计内容 设计内容 模型机是由五个部分组成的计算机 通过它可以理解计算机整机的结构及 功能 理解 CPU 存储器 中断控制器 总线的结构及实现逻辑和各部件之间 的接口关系 本次课程设计的主要内容是利用西安唐都公司的 TDN CM 的内 部可编程资源 设计一个模型计算机 本课程设计的主要目的是通过部件级的 模型机的设计和调试 使学生理解计算机由 5 部分组成 掌握计算机的工作过 程 从 指令 微指令 微操作 概念的理解 从而清晰地建立计算机的整机 概念 并培养学生分析和解决实际问题的能力 同时增强学生的动手能力 2 2 设计要求 设计要求 1 借助于 TDN CM 的内部可编程资源 运算器单元 控制存储器 微 命令寄存器 地址转移逻辑 微地址寄存器 控制时序信号单元 寄存器组 总线 输入 输出单元等 用微程序的方式设计一台的模型计算机 设计包括模 型计算机组成的设计 指令系统的设计 并用汇编语言完成设计并调试成功 2 复杂模型机的设计要求 参考 P107 115 模型机设计四大类指令共十六条 其中包括算术逻辑指令 I O 指令 访问 及转移指令和停机指令 设计 9 条算术逻辑指令并用单字节表示 寻址方式采用寄存器直接寻址 设计 2 条访内指令 即存数 STA 取数 LDA 2 条转移指令 即无 条件转移 JMP 结果为零或有进位转移指令 BZC 设计 2 条 I O 指令 输入 IN 和输出 OUT 指令采用单字节指令 设计停机指令 1 条用单字节表示 3 调试的程序 第一组 地址 H 内容 H 助记符 说明 P00 44 IN 01 R0 INPUT device R0 P01 46 IN 01 R2 INPUT device R2 P02 98 ADC R2 R0 R2 R0 CY R0 P03 81 MOV R0 R1 R0 R1 P04 F5 RLC R1 R1 R1 右移一位 P05 0C BZC 00 00 00 PC P06 00 第二组 地址 H 内容 H 助记符 说明 P00 45 IN 01 R1 INPUT device R1 P01 00 LDA 00 00 R0 20 R0 P02 20 P03 86 MOV R1 R2 R1 R2 P04 A8 SBC R2 R0 R2 R0 CY R0 P05 F5 RLC R1 R1 R1 右移一位 P06 0C BZC 00 00 00 PC P07 00 第三组 地址 H 内容 H 助记符 说明 P00 46 IN 01 R2 INPUT device R2 P01 84 MOV R2 R0 R2 R0 P02 44 IN 01 R0 INPUT device R0 P03 98 ADC R2 R0 R2 R0 CY R0 P04 E2 COM R2 NOT R2 R0 P05 D6 STA 00 0A R2 R2 0A P06 0A P07 0C BZC 00 00 00 PC P08 00 在规定的时间内以小组为单位完成相关的系统功能实现 数据测试和记录 并进行适当的分析 要求 同一小组的每个同学必须分析一条不同的机器指令的微程序的组成 说 明组成该机器指令的每一条微指令的微命令 不同的控制信号的组成 要求修 改一条微指令 4 按本任务书的要求 编写 课程设计报告 Word 文档格式 并用 A4 的复印纸打印并装订 5 在规定的时间内 请各班学习委员收齐课程设计报告在星期五交陈华光 老师 3 分组及安排组及安排 分 5 组 学号除以 5 取余数 余数为 0 的同学做复杂模型机 1 余数为 1 的 同学做复杂模型机 2 余数为 2 的同学做复杂模型机 3 余数为 3 的同学做基于 RISC 的模型机 余数为 4 的做流水线模型机 每个组必须独立完成指定的题目 每个同学按要求独立完成课程设计报告 4 4 成绩评定 成绩评定 程序设计方案是否合理 程序设计是否正确 调试结果 设计说明书的质 量高低 答辩时回答问题情况 课程设计周表现情况 总评成绩记入 课程设 计成绩评分表 二 二 进进度度安安排排 第第 1 1 周周 2 2 周 具体安排如下 周 具体安排如下 星期星期时间时间班级班级内容内容地点地点 第 1 周 任务安排E 510 接线E 510 调试E 510 系统调试实现E 510 接线E 510 调试E 510 系统调试实现E 510 附 课程设计报告装订顺序 封面 任务书 目录 正文 评分表 附件 A4 大小的图纸及程 序清单 正文总字数要求在 5000 字以上 不含源程序代码 以下内容仅供参考 同学自己独立完成以下内容仅供参考 同学自己独立完成 目 录 一 课题的主要功能一 课题的主要功能 二 总体设计方案二 总体设计方案 1 1 模型机的逻辑框图 模型机的逻辑框图 2 2 用框图语言表示模型机的指令执行流程 用框图语言表示模型机的指令执行流程 三 数据格式和寻址方式的设计三 数据格式和寻址方式的设计 1 1 数据格式 数据格式 2 2 指令格式 指令格式 四 指令和微程序的设计 五 线路连接图 六 微程序流程及说明 七 课程设计的收获及体会 八 参考资料 计算机科学与技术系课程设计评分表计算机科学与技术系课程设计评分表 以下内容仅供参考 同学自己独立完成以下内容仅供参考 同学自己独立完成 一 课题的主要功能一 课题的主要功能 二 总体设计方案 1 1 复杂模型机的逻辑框图复杂模型机的逻辑框图 以控制器为中心 首控制器从指令寄存器取得指令 编译指令 再输出 微控制信号 控制ALU的运算 PC加一 并且从RAM中取出数据运算 运算后再 把结果通过数据总线存到RAM 在指令寄存器读去下一条指令 依次循环 图1 复杂模型计算机逻辑框图 2 2 用框图语言表示模型机的指令执行流程 用框图语言表示模型机的指令执行流程 下图仅供参考下图仅供参考 取自己用到的指令取自己用到的指令 取部分框图取部分框图 图2 模型计算机逻辑框图 三 数据格式和寻址方式的设计 1 数据格式 数据格式 模型机规定采用定点补码表示法表示数据 且字长为 位 其格式如下 符号尾 数 其中第 7 位为符号位 相对于十进制数值表示范围是 2 7 X 2 7 1 2 模型机的寻址方式 模型机的寻址方式 只要写出你的系统设计中用到的即可只要写出你的系统设计中用到的即可 操作数的寻址就是寻找形成操作数在主存中的地址的方法 设指令格式如下 形式地址 D 指令地址字段中给出的地址 有效地址 EA 形式地址经过一定计算而得到的操作数的实际地址 常用寻址方式如下 1 隐含寻址 指令中不指出操作数的地址 而是隐含在累加器或堆栈等 由它们给出操作数 2 立即寻址 指令的地址字段指出的不是操作数的地址 而是操作数本身 即数据 data D 3 直接寻址 操作数的地址直接在指令中给出 即操作数的有效地址为 EA D 4 间接寻址 指令的形成地址 D 在主存相应单元中的内容是操作数的地 址 即操作数的有效地址为 EA D 5 寄存器寻址 指令中给出的是寄存器号 R 操作数就是寄存器中的内容 即 data R 6 寄存器间接寻址 指令中给出的是寄存器号 R 而操作数的地址就是 寄存器中的内容 即 EA R 7 相对寻址 操作数地址为程序计数器 PC 中的内容与指令中给出的地址 偏移量 D 之 和 位移量 D 通常以补码形式给出 可正可负 即 EA PC D 8 基址寻址 操作数地址为基址寄存器中的内容与指令中给出的地址偏移 量 D 之和 即 EA R 基址 D 9 变址寻址 操作数地址为变址寄存器中的内容与指令中给出的地址偏移 量 D 之和 操作码 OP 寻址特征 形式地址 3 指令格式指令格式 p107 115 由于本模型机机器字长只有 8 位二进制长度 故使用单字长指令和双字长指 令 根据要求 设计该模型机能执行的不同指令 例指令格式及功能如下 1 算术逻辑运算指令 9 条算术逻辑指令的名称 功能和具体格式见表 7 2 1 算术逻辑运算指令用单字节表示 寻址方式采用寄存器直接寻址 其格式 如下 OP CODE rsrd 其中 OP CODE 为操作码 rs 为源寄存器 rd 为目的寄存器 并规定 2 访问指令及转移指令 模型机设计 2 条访内指令 即存数 STA 取数 LDA 2 条转移指令 即无条件转移 JMP 结果为零或有进位转移指令 BZC 指令格式为 7 65 43 21 0 00MOP CODERD D 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 其定义如下 3 I O 指令 输入 IN 和输出 OUT 指令采用单字节指令 其格式如下 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 中的数码块作为输出设备 4 停机指令 指令格式如下 HALT 指令 用于实现停机操作 Rs 或 rd选定的寄存器 00 01 10 R0 R1 R2 寻址模式 M有效地址 E说 明 00 01 10 11 E D E D E RI D E PC D 直接寻址 间接寻址 RI 变址寻址 相对寻址 四 指令和和微程序的设计 1 指令系统 指令系统 本模型机共有 16 条基本指令 其中算术逻辑指令 条 访问内存指令和程序控制指 令 条 输入输出指令 条 其它指令 1 条 表 X 列出了各条指令的格式 汇编符号 指 令功能 按照系统建议的微指令格式 参照微指令流程图 将每条微指令代码化 译成二进制 代码表 表 X 即为将图 X 微程序流程图按微指令格式转化而成的 二进制微代码表 并 将二进制代码表转换为联机操作时的十六进制格式文件 见下表 X 2423222120191817161514 1312 11 109 8 7654321 S3S2S1S0MCnWEA9A8ABC A5 A5 A5 A5 A5 A5 要求 同一小组的每个同学必须分析一条不同的机器指令的微程序的组成 说明组成该 机器指令的每一条微指令的微命令 不同的控制信号的组成 五 线路连接图 六 微程序流程及说明 要求 同一小组的每个同学必须截取不同的机器指令的微程序流程图 主要是与四中分析 的一致 七 课程设计的