组成原理课程设计-具有运算及间接寻址功能的复杂模型机的设计汇总

1、东莞理工学院本科课程设计课程设计题目： 具有运算及间接寻址功能的 复杂模型机的设计 学 生 姓 名： 学号：系别：计算机学院专 业 班 级： 11 计算机科学与技术 1 班指导教师姓名：目录一 . 课程设计性质和目的 3二. 课程设计任务 3三所用的设备及软件 3四、课程设计原理 3五课程设计的详细设计 7六课程设计内容（方法步骤）和调试步骤 11七. 实验结果 （ 数据记录 ）11八心得体会 12九回答问题 13、课程设计性质和目的计算机组织与体系结构 课程设计是计算机科学与技术专业本 科学生在学习完 计算机组织与体系结构 课程之后的一个重要的实 践环节。要求学生在教师的指导下，综合运用已学

2、过的计算机组织 与体系结构中的各种知识和技能，独立完成一项较为完整、并具有 一定难度的课程设计任务。使学生在掌握“ TDN-CM+ 计算机组成原 理教学实验系统”部件单元的基础上通过对复杂模型机的设计，以达 到对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器 的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解， 加深对 理论课程的理解。 通过模型机的设计和调试， 连贯运用计算机组成原 理课程学习到的知识， 建立计算机整机概念， 培养独立工作和创新思 维。二、课程设计任务 具有运算及间接寻址功能的复杂模型机的设计 机器指令程序如下：IN 01,R1 ； (R1)=4AH 设计时同学们

3、可以给 R1 送入其它数 值LDA 01,30H,R0 ；将30H 存储单元的数据 20H 作为存储器的 地址，再把该地址中的数据 16H 送 R0 存储器 间接寻址SBC R0,R1OUT 10,R1RRC R1,R2OUT 10,R2HALT三、所用的设备及软件设备： TDN-CM+ 或 TDN-CM+ 教学实验系统一台 、PC 机一 台、排线若干软件： 软件四、课程设计原理1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 8 位，其格式如下：76 5 4 3 2 1 0符号尾数其中第 7位为符号位，数值表示范围是： 27X271。2指令格式模型机设计四大类指令共十六条 ，其中包括

4、算术逻辑指令、 I/O 指令、 访问 及转移指令和停机指令。(1) 算术逻辑指令设计 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， 其 格式如下：7 6 5 43 21 0OP-CODERSRD其中， OP-CODE为 操作码， rs 为源寄存器， rd 为目的寄存器，并规定：RS或 RD选定的寄存器00R001R110R29条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表 8-1表1 算术逻辑指令的助记符、功能和具体格式助记符指令格式功能CLR RD011100RD0 RDMOV RS,RD1000RSRDRS RDADC RS,RD1001RSRDRS+RD+CY RDSBC

5、RS,RD1010RSRDRS-RD-CY RDINC RD1011RDRDRD+1 RDAND RS,RD1100RSRDRSRD RDCOM RD1101RDRDRDRDRRC RS RD1110RSRDRLC RS,RD1111RSRDLDA M,D,RD00M00RD(E)RDDSTA M,D,RD00M01RDRD(E)DJMP M,D00M1000EPCDBZC M,D00M1100当 CY=1或 Z=1时 E PCDIN addr,RD010001RD(addr) RDOUT addr,RD010110RDRD(addr)HALT01100000停机（2）访问指令及转移指令模型机

6、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 000MOP-CODERDD其中， OP-COD为E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：寻址模式有效地址 E说明00E=D直接寻址01E=(D)间接寻址10E=(RI)+DRI变址寻址11E=(PC)+D相对寻址本模型机规定变址寄存器 RI 指定为寄存器 R2。（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：7

7、6 5 43 21 0OP-CODEaddrRD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 DEVIC”E中的数码块作为输出设备。（4）停机指令指令格式如下：7 6 5 43 21 0OP-CODE0000HALT 指令，用于实现停机操作。3指令系统本模型机共有 16条基本指令，其中算术逻辑指令 7条，访问内存指令和程序 控制指令 4条，输入输出指令 2条，其它指令 1 条。表 8-1 列出了各条指令的格 式、汇编符号、指令功能。4微指令格式S3、S2、S1、S0、M 、 Cn控制运算的工作方式： WE 控制主存、

8、输入设备和输出设备的读写功能； A9、A8 通过 74LS139 二四译码器译码输出 Y0、Y1、Y2、Y3 ，分别接输入设备的 SW-B、主存的 CE、输出设备的 LED-B 及其它情况。微指令字长共 24位，其控制位顺序如表 2 所示：151413选择000001LDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAR110LDAR121110选择000001RS-B010RD-B011RI-B100299-B101ALU-B110PC-B987选择000001P(1)010P(2)011P(3)100P(4)101AR110LDPC表 2 控制位顺序表242322212019

9、18171615 14 1312 11 109 8 7654321S3S2S1S0MCNWEA9A8ABCuA5uA4uA3uA2uA1uA0A 字段 B 字段C 字段其中 UA5 UA0 为 6 位的后续微地址， A、B、C 为三个译码字段，分别 由三个控制位译码出多位。 C 字段中的 P（1） P（4）是四个测试字位。其功 能是根据机器指令及相应微 代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入口， 从而实现微程序的顺序、分支、循环运行。 AR 为算术运算是否影响进位及判零 标志控制位，其为零有效。 B 字段中的 RS-B、R0-B、RI-B 分别为源寄存器选通 信号、目的寄存器选通信号及变址寄

10、存器选通信号， 其功能是根据机器指令来进 行三个工作寄存器 R0、R1及 R2的选通。指令寄存器（ IR）用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时， 先把它从内存取到指令寄存器中， 然后再对其进行译码、 运行。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，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”根据 指令中的操作码译码强置微控制器的微地址， 使下一条微指令指向相应的微程序 首地址。上述系统有两种外部 I/O 设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备； 另一块是数码块，它作为输出设备。例如，输入时，二进制开

11、关数据直接经过三 态门送到总线上，只要开关顺序不变，输入的信息就不变。输出时，将输出数据 送到数据总线上，当写信号（ W/R ）有效时，将数据打入输出锁存器，驱动数码 块显示。五课程设计的详细设计1. 复杂模型的数据通路图图 1 复杂模型的数据通路图2. 微程序流程图及微地址的确定8图 2 微程序流程图3. 机器指令设计首先根据指令要求编写机器指令代码， 根据表 1 及数据通路图 1，编写程序 根据表 1 编写机器指令代码如下所示：助记符程序$P3020$P2016$P0045$P0110$P0230$P03A1$P0459$P05E6$P065AIN 01，R1 LDA 01,30H,R0$

12、P0760SBC R0,R1OUT 10,R1RRC R1,R2OUT 10,R2HALT 00 004. 微代码设计文档根据微指令格式表 2，并参照微指令流程图 2，将每条指令代码化（将该微 程序存于一个 *.txt 文本中）。微程序如下： $M00018108 $M0B018001 $M0101ED82 $M0200C050 $M14001001 $M1101ED85 $M0500E006 $M0600A007 $M0700E0A0 $M20009001 $M21028401 $M2205DB81 $M230180E4 $M24018001 $M3405DB81 $M1A01B20D $M

13、0D01A40E$M0E65AB4F $M4F0D9A01 $M15030401 $M1E318203 $M03298804 $M04019801 $M160180165. 接线图10六课程设计内容（方法步骤）和调试步骤1实验步骤（ 1）按图 4 连接实验线路，检查无误后接通电源。（ 2）联机读写程序用联机软件的“【转储】【装载】”功能将该实验对应的文件 *.txt 载入 实验系统。（3）联机运行使编程开关处于“ RUN”状态， STEP 为“ STEP”状态， STOP 为“RUN” 状态。拨动总清开关 CLR（101），微地址清零，程序计数器清零，程 序首址为00H。联机运行程序时， 进入

14、软件界面，装载机器指令及微指令后， 选择“【运行】【通路图】【复杂模型机】”功能菜单打开相应动态 数据通路图，按相应功能键即可联机测试、运行、监控、调试程序。 单步运行程序。 单步运行一条微指令，对照微程序流程图，观察微地址显示灯是否和流 程一致。 连续运行程序使“STATEU NIT”中的STEP 开关置为“ECEX”状态。STOP开 关置为“RUN” 状态。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。七、实验结果 （ 数据记录 ）$P0045 IN 01 ，R1T1LDAR、T3、PC-BUS、LDP

15、C、T4T2W/R、CE、LDIR、T3T3LDR1、T4、SW-BUS$P0110 LDA 01,30H,R0T1LDAR、T3、PC-BUS、LDPC、T4T2W/R、CE、LDIR、T3T3LDAR、T3、PC-BUS、LDPC、T4T4W/R、CE、LDAR、T3T5W/R、CE、LDDP1、T4T6W/R、CE、LDAP、T3T7W/R、CE、LDR0、T4$P03A1 SBC R0,R1T1PC-BUS、LDPC、T4、LDAR、T3T2W/R、CE、LDIR、T3T3R0-BUS、LDDR、2 T4T4R1-BUS、T4、LDDR111T5LDDR、1 T4、S1、S0、M、AL

16、U-BUS、CnT6S1、S0、M、Cn、ALU-BUS、S2、S3、LDRI、T4$P0459 OUT 10,R1T1LDAR、T3、PC-BUS、LDPC、T4T2W/R、CE、LDIR、T3T3R1-BUS、LED-BUS$P05E6 RRC R1,R2T1LDAR、T3、PC-BUS、LDPC、T4T2W/R、CE、LDIR、T3T3R1-BUS、M、S0、S1T4T5299-BUS、LDR2、T4$P065A OUT 10,R2T1LDAR、T3、PC-BUS、LDPC、T4T2W/R、CE、LDIR、T3T3R1-BUS、LED-BUS$P0760HALT 00 00T1LDAR、

17、T3、PC-BUS、LDPC、T4T2W/R、CE、LDIR、T3T3八、心得体会一周的计算机组成与体系课程设计， 我认识到将书本知识理解好和把课程设 计做好并不是等价的， 仅仅看书理解是不够的， 不会将学到的知识运用到实际操 作中去， 将理论知识学习的再好也没用。 这次复杂模型机的设计， 让我真正做到 了学以致用， 在实践中对所学知识有了更进一步的理解。 而且进一步提升了本人 的团队协作能力， 我们的团队， 不是一开始就将工作分工， 而是对任务进行分析 理解，将一些比较大的问题进行探讨后在进行分工， 我们要的并不仅仅是完成老 师交给我们的任务， 更加重要的是在完成的过程中不断进步。 在这次与组员的合 作过程，让我深刻体会到了团结精神对工作所产生的高效性、准确性。本次的课程设计实验