计算机组成原理课程设计——基本模型机全套doc格式文件下载可自己编辑修改

课程设计说明书题目1、基本模型机设计与实现2、扩展8255并行口设计院系专业班级学号学生姓名指导教师2010年月日课程设计（论文）任务书计算机科学与工程学院硬件教研室学号学生姓名专业（班级）计算机07级3班设计题目基本模型机（算术运算，包括IN,OUT,STA,加ADD,减SUB,循环左移RLC六条指令）设计技术参数微指令，程序，微程序控制器设计要求设计机器指令和微指令，将机器指令和微指令编写成规定格式的十六进制文件，然后下载到实验箱上模拟验证。工作量1、画出流程图,编写微指令代码和程序2、课程设计说明书1000字工作计划第13周学习微程序控制器第14周画出流程图,设计微指令，将机器指令和微指令编写成规定格式的十六进制文件第15周连线,在实验箱上运行参考资料计算机组成原理第三版（网络版）白中英主编计算机组成原理实验指导书指导教师签字教研室主任签字2009年9月28日课程设计（论文）成绩评定表指导教师评语成绩指导教师年月日摘要随着社会科技的发展，计算机被应用到各行各业，人们步入自动化、智能化的生活阶段。本次课程设计课题是基本模型机的设计与实现，它正体现了这一点。利用CPU与简单模型机来实现计算机组成原理课程及实验中所学到的实验原理和编程思想，硬件设备自拟，编写指令的应用程序，用微程序控制器实现了一系列的指令功能，最终达到将理论与实践相联系。本次设计完成了各指令的格式以及编码的设计，实现了各机器指令微代码，形成具有一定功能的完整的应用程序。部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，本课程设计将能在微程序控制下自动产生各部件单元的控制信号，实现特定指令的功能，通过设计流程图，编写机器指令，微指令和控制信号程序。首先向存储器（RAM）中装入数据和程序，然后检查写入是否正确，启动程序执行。另外，还需设计三个控制台操作微程序存储器读操作（READ），存储器写操作（WRITE），运行程序RUN。以上各微指令设计完毕后，连接线路在ZY15COMPSYS12BB计算机组成原理教学实验箱运行程序，并将实验结果显示输出。这一课题的实现不仅使我们对各种微指令有了熟练的掌握，更对以后的学习、工作中有深远的影响。关键词微指令，机器指令，READ，WRITE,RUN，ZY15COMPSYS12BB目录摘要III1设计背景12设计目标13概要设计231设计目的232设计仪器233设计内容24详细设计841系统需求分析842系统目标843功能分析844详细步骤85总结12参考文献（资料）131设计背景通过计算机组成原理理论课和几次实验的学习，尝试设计六条机器指令，并编写相应的微程序，完成由基本单元电路构成一台基本模型机，再经过调试指令和模型机使其在微程序的控制下自动产生各部件单元的正常工作控制信号。在设计基本模型机4的实验过程中，个别部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本课程设计将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期，全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一条微程序。本课程设计要求实现六条机器指令IN（输入，与AND（逻辑乘），STA（存数），OUT（输出），或OR（逻辑加），异或XOR（逻辑异）的输入，输出。重点主要在逻辑运算的设计中。2设计目标在“微程序控制器的组成与微程序设计实验”的基础上，将第一部分中的各单元组成系统，构造一台基本模型计算机。本次课程设计主要是为其定义六条机器指令，编写相应的微程序，并上机调试运行，形成整机概念。用微程序控制器实现以下指令功能，设计各指令格式以及编码，并实现各机器指令微代码，根据定义的机器指令，自拟编写加ADD,减SUB,循环左移RLC的应用程序。全部微指令设计完毕后，编写二进制代码，即使每条指令代码化。连接线路在ZY15COMPSYS12BB计算机组成原理教学实验箱上运行，并显示输出实验结果。3概要设计31设计目的1在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统构造一台稍微复杂的模型计算机；2为其定义六条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试掌握整机概念32设计仪器TDXCM计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干；PC机一台。33设计内容部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能，这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。本实验采用六条机器指令IN,OUT,STA,加ADD,减SUB,循环左移RLC其指格式如下地址内容助记符说明0000IN；输入开关数据R0，采集数据0110ADD0AH；R00AHR0020A；地址0320STA0BH；R00BH040B；地址0530OUT0BH；0BHBUS,输出显示060B；地址0740SUB0AH；R00AHR0080A；地址0950RLC0A010B为了向RAM中装入程序和数据,检查写入是否正确,并能启动程序执行,还必须设计三个控制台操作微程序存储器读操作拨动总清开关CLR后,控制台开关SWB,SWA为”00”时,按START微动开关,可对RAM连续手动读操作存储器写操作拨动总清开关CLR后,控制台开关SWBSWA置为”01”时,按START微动开关可对RAM进行连续手动写入启动程序拨动总清开关CLR后,控制台开关SWBSWA置为“11”时,按START微动开关,既可转入到第01号“取址”微指令,启动程序运行上述三条控制台指令用两个开关SWBSWA的状态来设置,其定义如下表31读写变化SWBSWA控制台指令001011读内存（KRD）写内存（KWE）启动程序（RP）根据以上要素设计数据通路框图,如图32图31数据通路框图微代码定义如表12所示表32微代码的定义微程序242322212019181716151413控制信号S3S2S1S0MCNRDM17M16A121110987654321BPUA5UA4UA3UA2UA1UA0表33A，B，P字段内容A字段B字段P字段151413控制信号121110控制信号987控制信号000000000001LDRI001RS_G001P1010LDDR1010010011LDDR2011011100LDIR100100P4101LOAD101ALU_G101110LDAR110PC_G110LDPC当拟定“取指令”微指令时，该微指令的判别测试字段为P1测试。由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P1测试结果出现多路分支。本次课程设计用指令寄存器的前4位（I7I4）作为测试条件，出现6路分支，占用6个固定微地址单元。控制台操作为P4测试，它以控制台开关SWB，SWA作为测试条件，出现了3路分支，占用3个固定微地址单元。当分支微地址单元固定后，剩下的其他地方就可以一条微指令占用控存一个微地址单元随意填写。PCARPC1RAMBUSBUSIRP1SWR0R0299PCARPC1PCARPC1PCARPC1PCARPC1RAMBUSBUSDR2R0DR1DR1DR2R0DR1LEDRAMBUSBUSARRAMBUSBUSARRAMBUSBUSARR0BUSBUSRAMRAMBUSBUSDR1RAMBUSBUSDR2DR1LEDDR1LEDDR1LEDR0DR1DR1DR2R0R0DR1带进位循环右移299GR0R0DR1当全部微程序设计完毕之后，应将每条微指令代码化运行010210INADDSTAOUTSUBRLC10111213141501030716313504261732360501253337063425013701012501PCARPC1DR1RAMRAMBUSBUSDR1RAMBUSBUSDR1PCARPC1P4DR1RAM控制台0020WRITE（01）READ00RUN112120232422013027图31微程序流程图表34二进制微代码表微地址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下面介绍指令寄存器（IR）指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把他从内存取到缓冲寄存器中，然后再传送至指令寄存器。指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试P1，通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。“指令译码器”（实验板上标有“INSDECODE”的芯片）根据指令中的操作码译码强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。本系统有两种外部I/O设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备（INPUTDEVICE）；另一种是数码块，它作为输出设备（OUTDEVICE）。例如输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不变。输出时，将输出数据送到数据总线上，当写信号（W/E）有效时，将数据打入输出锁存器，驱动数码块显示。4详细设计41系统需求分析一台计算机所能执行的各种指令集合称为指令系统或指令集。一台特定的计算机只能执行自己指令系统中的指令。因此，指令系统就是计算机的机器语言。指令系统表征着计算机的基本功能和使用属性，它是计算机系统设计中的核心问题。指令系统的设计主要括指令功能、操作类型的设计，寻址方式和指令格式的设计。计算机的性能与它所设置的指令系统有很大的关系，指令系统反映了计算机的主要属性，而指令系统的设置又与机器的硬件结构密切相关。指令是计算机执行某种操作的命令，而指令系统是一台计算机中所有机器指令的集合。通常性能较好的计算机都设置有功能齐全、通用性强、指令丰富的指令系统，而指令功能的实现需要复杂的硬件结构来支持。42系统目标在基本模型机的基础上改进并实现IN,OUT,STA,加ADD,减SUB,循环左移RLC六条指令。43功能分析该系统实现的功能是对输入的数据可以和内存中的数据进行连续的加、减及循环左移运算，并对其结果进行存储，显示等功能，从而得到一个简易的复杂模型机所实现的功能。44详细步骤1按图41连接实验线路。B7BUSUNIT|B0W/RUNITT4T3T2T1WETS4TS3TS2TS1STATEUNITH24SIGNALUNITB7S3|AUJ3|B0CNLDDR1LDDR2ALUBALUUNITB7LDR0|ROB|B0REGUNITB7LDAR|LOAD|PCBB0LDPCADDRESSUNITM24|M18|SE6|M19|SE1LDDR1LDDR2P1P4ALUBLDIPLDR1RSBLDARLOADPCBM16LDPCM17MICROCONTROLLERSWBSWASE6|SE1I7|P1|P4|LOGUNITI2SWITCHUNITSWBSWAI7|I2INTUNITLDIRINPUTDEVICED7|D0SWBA8A9Y0EXUNITY1D7|Y2|D0D7LEDB|W/RD0OUTPUTDEVICEA7|A0W/RD7|D0MAINMEMCEAD7D7|AD0D0W/REXTBUSB7BUSUNIT|B0W/RUNITT4T3T2T1WETS4TS3TS2TS1STATEUNITH24SIGNALUNITS3|AUJ3|SE6|SE1P1P4LDIPRSBPCBSE6|SE1I7|P1|P4|I2I7|I2|41实验线路图2写程序联机读/写程序按照规定格式，将机器指令及表52微指令二进制表成十六进制的如下格式文件。微指令格式中的微指令代码微将表52中的24位微代码按从左到右分成3个8位，将此三个8位二进制代码化为相应的十六进制数即可。程序P0000P0110P020AP0320P040BP0530P060BP0740P080AP0950P0A01微程序M00018110M0101ED82M0200C048M0300E004M0400B005M0501A206M06959A01M0700E016M08001001M0901ED83M0A01ED87M0B01ED8EM0C01ED99M0D31821DM0E00E00FM0F00A015M1001ED92M1101ED94M1200A017M13018001M14002018M15070A01M16028201M17070A10M18068A11M1900E01AM1A00B01BM1B01A21CM1C619A1FM1D19881EM1E01981FM1F01A2153运行程序单步运行程序A使编程开关处于”RUN的状态,STEP为”STEP”状态,STOP为”RUN”状态B拨动总清处于CLR0_1,微地址清零,程序计数器清零,程序首址为00HC单步运行一条微指令,每按动一次START键,即单步运行一条指令,对照微程序流程图,观察微地址显示是否和流程一致D当运行结束后可检查存数单元中的结果是否和理论植一致连续运行程序A使”STARTUNIT”中的STEP开关置为”ECEX”状态STOP开关置为”RUN”状态B拨动CLR开关,清微地址及程序计数器,然后按动START,系统连续运行程序,稍后将”STOP”拨至”STOP”时,系统停机C停机后,可检查存数单元结果是否正确若联机运行程序时,进入DEBUG调试界面,总清开关CLR清零后，程序首址为00H按相应功能键既可联机运行调试程序。5总结经过这次课程设计，我体会到自己所学的东西太少了，很多都不知道。虽然这次设计的只是一个小程序，但是这其间我还是学到了不少东西。在这次课程设计