2015计算机组成原理课程设计汇编

1、大连海事大学课程设计报告课程名称：计算机组成原理课程设计 成 员： 刘 袁设计时间：2015年8月31日至9月11日考核记录及成绩评定题目复杂模型机设计实验完成的主要工作 读懂系统电路图，了解电路的原理和数据通路以及相关部分的关系 掌握各被控部件的控制电位与微指令之间的关系 自行设计异或、同或等指令 改动部分微指令，实现寄存器间接寻址进行异或运算 将寄存器间接寻址用于异或指令成员分工共同完成：研究了解微指令的设计过程搜集相关资料根据实验指导电路图连接电路， 联机运行累加求和运算排除硬件和程序故障撰写设计报告。刘：寄存器间接寻址袁：异或运算综合评语（设计方案、实践环节、问题解答、设计报告）成绩2

2、22013刘222013袁目录、设计任务与要求 11.1课程设计背景与目的 11.2 应解决的主要问题及应达到的技术 11.3基本理论依据 11.3.1数据格式 11.3.2 指令设计 11.3.3 指令格式 21.3.4 指令系统 4.、rt 、【 一二、设计方案三、详细设计 103.1 异或 103.2 寄存器间接寻址实现异或 144.1 累加 164.2 异或 174.3 寄存器间接寻址实现异或运算 19五、成员分工及工作情况 22附录 1 : 电路原理图 23附录 2: 源程序及程序注释 241. 累加 242. 异或 273. 对于 IN 增加的寄存器间接寻址实现异或运算 29附录

3、3: 使用元器件一览表 33附录 4 ：参考文献 36、设计任务与要求1.1 课程设计背景与目的计算机组成原理课程设计是计算机科学与技术专业的学生在修完计算机组成原理课程之 后，必须完成的实验环节。本课程设计是在完成计算机组成原理分解实验的基础上，来进行 模型计算机的整机设计。通过模型机的设计、组装和调试，建立计算机整机的概念，加深对 计算机“时空” 概念的理解，掌握设计和调试计算机的基本步骤和方法，提高应用集成电路 的基本技能，培养和提高学生独立工作的能力及分析问题和解决问题的能力。根据此前所学习的有关计算机组成及工作原理的相关知识，利用实验室现有元器件及设 备，设计并实现一台模型计算机，并

4、利用实现的指令编程在模型机上运行，对设计工作进行 验证。1.2 应解决的主要问题及应达到的技术 阅读计算机组成的相关资料，考察现有实验器材，给出模型机设计方案。方案中要以 图文结合的方式描述出模型机的整机构成，即该模型机硬件上主要由哪几个部分组成及其互 联方式。 对模型机各个组成部分具体的硬件构成，功能，操作方式进行详细说明，必要时需给 出电路图。 说明模型机的数据类型，指令格式，寻址方式，指令系统构成，微指令格式及各条指 令的微程序流程。 利用实现的指令编写程序，对设计工作进行验证。 在组装调试成功的基础上，整理出设计说明书和其它文件。1.3 基本理论依据下面讲述一下模型计算机的数据格式及指

5、令系统。1.3.1 数据格式模型机规定采用定点补码表示法表示数据，字长为8位，8位全用来表示数据（最高位不 表示符号），数值表示范围是：0 w XRDE RDRD EE PC 当FC或FZ=1时，E PCP RDRS PD RD停机1、设计方案本模型机的数据通路框图如图2-1所示图2-1数据通路框图和前面的实验相比，复杂模型机实验指令多，寻址方式多，只用一种测试已不能满足设计要求，为此指令译码电路需要重新设计。如图p2-2所示在IR单元的INS_DEC中实现图2-2指令译码原理图本实验中要用到四个通用寄存器 R3R0,而对寄存器的选择是通过指令的低四位，为此还得设计一个寄存器译码电路，在IR单

6、元的REG_DECGAL16V8中实现，如图2-3所示。LDRiRD_Bl0I1Y10NA1Y11NB1Y12NA2Y13NB2Y20NG1NY21NG2NY22NY23N741392:4 DECODER%1-LDR13LDR2LDR3LDR0Li3-3l2l3DG1RS BC C VY10NA1Y11NB1Y12NA2Y13NB2Y20NG1NY21NG2NY22NY23N741392:4 DECODERa a.A AA ARl BoR0_BR1_BR2_BR3_B图2-3寄存器译码原理图根据机器指令系统要求，设计微程序流程图及确定微地址，如图2-3所示。按照系统建议的微指令格式，见表 2-

7、1，参照微指令流程图，将每条微指令代码化，译成二进制代码表，见表2-2，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。表2-1 微指令格式232221201918-1514-1211-98-65-0M23CNWRRDIOMS3-S0A字段B字段C字段UA5-UA0A字段B字段C字段141312选择000NOP001LDA010LDB011LDRi100保留101LOAD110LDAR111LDIR11109选择000NOP001ALU B010RS B011RD B100RI B101保留110PC B111保留876选择000NOP001P010P011P100保留101LDPC110

8、保留111保留表2-2 二进制代码表地 址十六进制 表示咼五位S3-S0A字段B字段C字段UA5-UA00000 00 010000000000000000000000010100 6D 430000000001101101010000110310 70 70000100000111000001r1100000400 24 050000000000100110000001010504 B2 010000010010110010000000010600 24 07000000000010011000P0001110701 32 010000000100110010000000010810 60

9、090001000001100000000010010918 30 01000110000011000000P0000010A10 60 10000100000110000000010000OB00 00 010000000000000000000000010C10 30 01000100000011000000P0000010D20 06 010010000000000011000000010E00 53 41000000000101001101000001OF00 00 CB0000000000000000110010111028 04 01001010000000010000000001

10、1110 30 010001000000110000000000011206 B2 010000011010110010000000011300 24 140000000000100110000101001405 B2 010000010110110010000000011500 24 160000000000100110000101101601 B2 01000000011011001000r0000011700 24 180000000000100110000110001802 B2 010000001010110010000000011B00 53 4100000000010100110

11、1r0000011C10 10 1D0001000000010000000111011D10 60 8C0001000001100000100011001E10 60 1F0001000001100000000111111F10 10 200001000000010000001000002010 60 8C0001000001100000100011002810 10 29000100000001000000,010012900 28 2A0000000000101000001010102A04 E2 2B0000010011100010001010112B04 92 8C0000010010

12、010010100011002C10 10 2D0001000000010000001011012D00 2C 2E0000000000101100001011102E04 E2 2F000001001110001000,011112F04 92 8C0000010010010010100011003000 16 040000000000010110000001003100 16 060000000000010110000001103200 6D 480000000001101101010010003300 6D 4A0000000001101101010010103400 34 010000

13、00000011010000r0000013500 00 35000000000000000000,101013600 6D 510000000001101101010100013700 16 120000000000010110000100103800 16 130000000000010110000100113900 16 150000000000010110000101013A00 16 170000000000010110000101113B00 00 01000000000000000000r0000013C00 6D 5C0000000001101101010111003D00 6

14、D 5E0000000001101101010111103E00 6D 68000000000110110101r1010003F00 6D 6C000000000110110101101100根据现有指令，在模型机上实现以下运算：从IN单元读入一个数据，根据读入数据的低4位值X 求1+2+X的累加和，01H到0FH共15个数据存于60H到6EH单元。根据要求可以得到如下程序，地址和内容均为二进制数。地址内容助记符说明0000000000100000;START: IN R0,00H从IN单元读入计数初值00000001000000000000001001100001;LDI R1,0FH立即

15、数0FH送 R100000011000011110000010000010100;AND R0,R1得到R0低四位0000010101100001;LDI R1,00H装入和初值00H00000110000000000000011111110000;BZC RESULT计数值为0则跳转00001000000101100000100101100010;LDI R2,60H读入数据始地址00001010011000000000101111001011;LOOP: LAD R3,RI,00H从MEM读入数据送R3,变址寻址，偏移里为00H0000110000000000000011010000110

16、1;ADD R1,R3累加求和0000111001110010;INC RI变址寄存加1，指向下一数据0000111101100011;LDI R3,01H装入比较值00010000000000010001000110001100;SUB R0,R30001001011110000;BZC RESULT相减为0,表示求和元毕00010011000101100001010011100000;JMP LOOP未完则继续00010101000010110001011011010001;RESULT: STA 70H,R1和存于MEM勺70H单元00010111 0111000000011000001

17、10100; OUT 40H,R1和在OUT单元显示00011001010000000001101011100000; JMP START跳转至 START00011011000000000001110001010000; HLT停机0110000000000001; 数据0110000100000010011000100000001101100011000001000110010000000101011001010000011001100110000001110110011100001000011010000000100101101001000010100110101000001011011

18、01011000011000110110000001101011011010000111001101110000011113.1异或助记符号MOV RD,RSADD RD,RSSUB RD,RSAND RD,RSOR RD,RSRR RD,RSINC RDLAD M D,RDSTA M D,RSJMP M DBZC M DIN RD,POUT P,RSLDI RD,DHALT异或三、详细设计表3-1指令描述指令格式0100RSRD0000RSRD1000RSRD0001RSRD1001RSRD1010RSRD0111*RD1100MRDD1101MRDD1110M*D1111M*D1100 M

19、 RD D0010*RDP0011RS*P0110*RDD0101*指令功能RS RDRD + RS YD RD - RS RD RD RS IRDRD RS 収DRS&环移RD+1 -RDE RDRDE PC当FC或FZ=1时，E PCP RDRS -fPD RD停机1011RSRDRS RDRD136出r d-Lc-Js=2二JYdCI7SHsfl-1唱23W赏MEWn7出oKI/严s更自.NgALL尸矿 咚曲3:騎M#-310帛2MlaC-JCM!rpQ耳aFrsCMtrg OjT卜F851IF|IX45on号1-3图i -K!E s23表3-2二进制代码表地址十六进制表 示咼五位S3-

20、S0A字 段B字 段C 字 段UA5-UA00000 00 010000000000000000000000010100 6D 430000000001101101010000110310 70 700001000001110000011100000400 24 050000000000100110000001010504 B2 01000001001011001000 :000001 0600 24 0700000：0000010011000 00011厂0701 32 010000000100110010000000010810 60 0900010：0000110000000 :0010

21、01 :0918 30 0100011：0000011 1000000 00000厂0A10 60 100001000001100000000100000B00 00 01000000000000000000000001 :0C10 30 0100010：0000011 1000000 :00000厂0D20 06 010010000000000011000000010E00 53 410000000001010011010000010F00 00 CB000000000000000011 丁0010111028 04 010010100000000100000000011110 30 010

22、001000000110000000000011206 B2 01000001101011：001000000001 1300 24 140000000000100110000101001405 B2 010000010110110010000000011500 24 16000000000010011000010110 :1601 B2 010000000110110010000000011700 24 180000000000100110000110001802 B2 01000000101011 :001000 1000001 :1900 24 1A0000000000100100000

23、110101A02 12 210000001000010010001000011B00 53 41000000000101001101 :000001 :1C10 10 1D000100000001 10000000111011D10 60 8C0001000001100000100011001E10 60 1F000100000110000000 :011111 :1F10 10 20000100000001 I000000 100000：2010 60 8C0001000001100000100011002101 12 22000000010001001000100010 :2200 26

24、 23000000000010011000 1000112300 32 240000000000110010001001002400 14 2500000I 00000010100001001012502 12 26000000100001；0010001001102601 12 270000000100010010001001112700 26 160000000000100110000101102810 10 2900010：0000001 :000000 :101001 :2900 28 2A0000000000101000001010102A04 E2 2B00000100111000

25、10001010112B04 92 8C00000P1001001 :001010 :001100 2C10 10 2D0001000000010000001011012D00 2C 2E0000000000101100001011102E04 E2 2F000001001110001000 1101111 :2F04 92 8C0000010010010010100011003000 16 040000000000010110000001003100 16 0600000：0000001011000000110 :3200 6D 480000000001101101010010003300

26、6D 4A0000000001101101010010103400 34 01000000000011010000000001 13500 00 35000000000000000000 丁11010厂3600 6D 510000000001101101010100013700 16 12000000000001011000010010 13800 16 13000000000001 1011000 丁0100113900 16 150000000000010110000101013A00 16 170000000000010110000101113B00 16 19000000000001

27、10110000110013C00 6D 5C0000000001101101010111003D00 6D 5E0000000001101101010111103E00 6D 68000000000110110101 1010003F00 6D 6C000000000110110101101100根据现有指令，在模型机上实现以下运算：从IN单元读入两个数据a,b进行异或运算：a b = (?aA b) V (aA ?b），输出显示结果。地址内容助记符说明0000000000100000 ；START: IN R0,00H从IN单元读入计数初值a000000010000000000000010

28、00100001 ；START: IN R0,00H从IN单元读入计数初值b00000011000000000000010010110100J异或运算0000010100110000 ；OUT 40H,R1和在OUT单元显示00000110010000000000011101010000 ；HLT停机3.2寄存器间接寻址实现异或ni表3-3指令描述助记符号指令格式指令功能IN RD,P0010*RDP-RD异或1011RSRDRS RDRDHALT0101*停机图3-2 微程序流程图表3-4二进制代码表地址十六进制咼五位S3-S0A字段B字段C字段UA5-UA00000 00 01000000

29、0000000000000000010100 6D 430000000001101101010000110310 70 7000010000011100000111000006：10 60 070001000001100000000001110718 30 080001100000110000000010000800 66 0900000000011001100000100109：10 30 01000100000011000 :0000000010A10 60 100001000001100000000100001028 04 010010100000000100000000011601 B

30、2 01000000011011001 :0000000011900 24 1A0000000000100100000110101A02 12 210000001000010010001000012101 12 22000000010001001 10001000102200 26 230000000000100110001000112300 32 240000000000110010001001002400 14 2500000000000101000010010125r02 12 26000000100001001 0001001102601 12 27000000010001001000

31、1001112700 26 160000000000100110000101103000 16 040000000000010110000001003200 6D 460000000001101101010001103300 6D 4A0000000001101101010010103500 00 350000000000000000001101013B00 16 19000000000001011000011001根据现有指令，在模型机上实现以下运算：从IN单元读入两个数据的地址，从主存寻找数据，进行异或运算，输出显示结果。地址内容助记符说明0000000000100000 ；START:

32、IN R0,00H从IN单元读入计数初值a00000001000000000000001000100001 ；START: IN R0,00H从IN单元读入计数初值b00000011000000000000010010110100J异或运算0000010100110000 ；OUT 40H,R1和在OUT单元显示00000110010000000000011101010000 ；HLT停机1000000000000001 ；数据10000001 00010000数据四、设计结果及分析4.1累加测试数据：输入数据为02H输出数据为03H图4-1-1运行截图图4-1-2 运行截图4.2异或测试数据

33、：输入数据为01H和02H,输出数据为03H图4-2-1运行截图彳彳寸图4-2-4 运行截图354.3寄存器间接寻址实现异或运算测试数据：输入地址为80H和81H,输出数据为03H图4-3-1运行截图石用廿TkinlRM： HZ： HVIri. KF图4-3-2运行截图*!： Ht EH Tteil J4 RW . 0二 *2 HA ” IT： W iHbirE国町亡目陽盹址冒直-伸 ! *MSE图4-3-3 运行截图ALAftiJUr bl -l g&亡 IDY2TJ FU5#TJ丨丨厂丨丨旷#ifiaj*a =R1 =R2 =R3 = LfLDRHIDV：2LDR图4-3-4运行截图五、成

34、员分工及工作情况共同完成：1. 研究了解微指令的设计过程2. 搜集相关资料3. 据实验指导电路图连接电路，联机运行累加求和运算4. 除硬件和程序故障5. 撰写设计报告 刘：寄存器间接寻址 袁：异或运算附录1:电路原理图B 0o-11t rrO-TA-mm厂码i rivnOoIR中! tSmYU?-0KH1N4_ fim f KJ n SU1JiAUitnGE ji 订-IV*叶:：w0i*jtn_Lo_MdftAtxwwiT-YltmjSjrn厂乱严，卸1_F皿；r*mOH |【询 oi-叶rcnrrrRi*4 EL 理1. 累加附录 2: 源程序及程序注释地址内容助记符说明000000000

35、1010000; START ：IN R0 ，00H 从 IN 单元读入计数初值00000001000000000000001010010001; LDIR1，0FH立即数OFH送R100000011000011110000010001000100; ANDR0，R1得到R0低4位0000010110010001; LDIR1，00H装入和初值 OOH00000110000000000000011111110000; BZCRESULT计数值为 0 则跳转00001000000101100000100110010010; LDIR2，60H读入数据始地址00001010011000000000101111001011; LOOP ：LAD R3，Rl , 00H 从MEM读入数据送偏移量为00H00001100000000000000110100111101; ADDR1，R3累加求和0000111010100010; INCRI变址寄存加 1，指向下一数据0000111110010011; LDIR3，O1H装入比较值00010000000000010001000110001100; SUBR0，R30001001