计算机组成原理课程设计报告

1、课程设计报告课 程 名 称： 计算机组成原理题 目 名 称： 复杂模型机的设计与实现专 业 名 称： 计算机科学班级： 2012240202学号： 201224020218学 生 姓 名：李佩霖同 组 人：聂铭指 导 老 师 ：单博炜完 成 时 间 ：2014 年 12 月 29 日 至 2014 年 12 月31 日目录第一章 课程设计概述1.1 课程设计的教学目的1.2 课程设计任务和基本要求第二章 规定项目的实验验证2.1 任务分析以及解决方案2.2 设计原理第三章 指定应用项目的设计实现第四章 收获和体会第一章 课程设计概述1.1 课程设计的教学目的综合运用所学计算机组成原理知识，设计

2、并实现较为完整的计算机。1.2 课程设计任务和基本要求在模型机上实现如下运算：从 IN 单元读入一个数据，根据读入数据的低四位值X,求对应X值的1+2+3+的整数序列的累加和，X为序列的长度。要求使用实验机上的复杂模型机设计实验上的数据格式和指令格式、 数据通 路、微程序流程图设计微程序，并通过手动和联机输入完成实验验证。第二章 规定项目的实验验证2.1 任务分析以及解决方案考虑到实验任务为计算数的序列的累加和，所以实验过程应该为：1. 学习并掌握微指令的结构以及运算方式。2 根据实验机数据通路的原理框图在实验机上连接线路。3 手动和联机向实验机打入微程序，运行并验证。2.2 设计原理如图 1

3、 为模型机数据通路原理框图，图 2为微程序流程图。L3JIPC. 3#u = aLt<i口i日章R2 =XTL&PCr14A -T4R1 二nLDB3TCns-)0(I-tMLDL；RI1启岸R3TtnMEM 二AA7 A6S253OP*lOVC二 lOYlIQY2IOV3IMTVIO¥3INT-Q 恥8259I匚閘冒直iW#nfLDIR%控制器1' 4 押制佑云ElI*ionWRED 译訓IOMIOVO15眾OPWI0W#沁# OP#m4itPie>§奧1JSY=s 匚頁牡 h也1C4CM*詡n臣SV壬-fc-w-I关于数据格式，模型机规定采用

4、定点补码表示法表示数据， 数据字长为8位, 8位全部用来表示数据。关于指令格式，模型机设计3大指令共15条，其中包括运算类指令、控制 转移类指令、数据传送类指令。运算类指令包含 3种，算术运算、逻辑运算、一 位运算，设计有6条运算类指令，分别为：ADD AND INC、SUB OR RR所有 运算类指令均为单字节指令，寻址方式采用寄存器直接寻址。控制转移类指令有 3条，分别为：HLT JMR BZC数据传送类指令有：IN、OUT MOV LDI、LAD STA所有单字节指令（ADD AND INC、SUB OR RR HLT和MOV指令格式如图2 所示。7 6 5 43 21 0OP-CODE

5、RSRD图2其中，OP-COD为操作码，RS为源寄存器，RD为目的寄存器，规定如图 3 所示。RS 或 RD选定的寄存器00R001R110R211R3图3IN和OUT指令格式如图4所示:7654 (1)3 2 (1)1 0 (1)70 (2)OP-CODERSRDP图4其中括号中的1表示指令的第一字节，2表示指令的第二字节，OP-CODE 操作码，RS为源寄存器，RD为目的寄存器，P为I/O端口号，占用一个字节。LDI指令格式如图5所示:7 6 5 4 (1)3 2 (1)1 0 (1)7-0 (2)OP-CODERSRDdata图5LAD STA JMP和BZC指令格式如图6所示:7654

6、 (1)3 2 (1)1 o7-0 (2)OP-CODEMRDD图6其中M为寻址模式，如图7所示，以R2作为变址寄存器RI。寻址模式M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相对寻址图7如下为微指令源程序：$P 00 20; START: IN R0,00H从IN单元读入计数初值$P 01 00$P 02 61; LDI R1,0FH立即数0FH送R1$P 03 OF$P 04 14; AND R0,R1得到R0低四位$P 05 61; LDI R1,00H装入和初值00H$P 06 00$P 07 F0 ; BZ

7、C RESULT计数值为0则跳转$P 08 16$P 09 62; LDI R2,60H读入数据始地址$P 0A 60$P 0B CB ; LOOP: LAD R3,RI,00H从MEM卖入数据送R3,变址寻址,偏移里为00H$P 0C 00$P 0D 0D ; ADD R1,R3累加求和$P 0E 72; INC RI变址寄存加1，指向下一数据$P 0F 63; LDI R3,01H装入比较值$P 10 01$P 11 8C ; SUB R0,R3$P 12 F0 ; BZC RESULT相减为0，表示求和元毕$P 13 16$P 14 E0 ; JMP LOOP$P 15 0B$P 16

8、D1 ; RESULT: STA 70H,R1$P 17 70$P 18 34 ; OUT 40H,R1$P 19 40$P 1A E0 ; JMP START$P 1B 00$P 1C 50 ; HLT未完则继续和存于MEM勺70H单元和在OUT单元显示跳转至 START停机$P 60 01$P 61 02$P 62 03$P 63 04$P 64 05$P 65 06$P 66 07$P 67 08$P 68 09$P 69 0a$P 6A 0b$P 6B 0c$P 6C 0d$P 6D 0e$P 6E 0f数据; /* End Of Main Memory Data */; /* Sta

9、rt Of MicroController Data */$M 00 000001$M 01 006D43$M 03 107070$M 04 002405$M 05 04B201$M 06 002407$M 07 013201$M 08 106009; NOP; PC->AR, PC 加 1; MEM->IR, P<1> RS->B; A 加 B->RD; RS->B; A 与 B->RD; MEM->AR$M 09 183001$M 0A 106010$M 0B 000001$M 0C 103001$M 0D 200601$M 0E 00

10、5341$M 0F 0000CB$M 10 280401; IO->RD; MEM->AR; NOP; MEM->RD; RD->MEM; A->PC; NOP, P<3> ; RS->IO$M 11 103001$M 12 06B201$M 13 002414$M 14 05B201$M 15 002416$M 16 01B201$M 17 002418$M 18 02B201$M 1B 005341$M 1C 10101D $M 1D 10608C $M 1E 10601F $M 1F 101020 $M 20 10608C $M 28 10

11、1029 $M 29 00282A $M 2A 04E22B $M 2B 04928C $M 2C 10102D$M 2D 002C2E $M 2E 04E22F $M 2F 04928C $M 30 001604 $M 31 001606 $M 32 006D48 $M 33 006D4A $M 34 003401 $M 35 000035 $M 36 006D51 $M 37 001612 $M 38 001613 $M 39 001615 $M 3A 001617 $M 3B 000001 $M 3C 006D5C $M 3D 006D5E $M 3E 006D68 $M 3F 006D

12、6C; MEM->RD; A 加 1->RD; RS->B; A 减 B->RD; RS->B; A 或 B->RD; RS->B; A 右环移 ->RD; A->PC; MEM->A; MEM->AR, P<2> MEM->AR; MEM->A; MEM->AR, P<2> MEM->A; RI->B; A 加 B->AR; A 加 B->A, P<2> MEM->A; PC->B; A 加 B->AR; A 加 B->A,

13、P<2> RD->A; RD->A; PC->AR, PC 加 1; PC->AR, PC 加 1 ; RS->RD; NOP; PC->AR, PC 加 1; RD->A; RD->A; RD->A; RD->A; NOP; PC->AR, PC 加 1; PC->AR, PC 加 1; PC->AR, PC 加 1; PC->AR, PC 加 1; /* End Of MicroController Data */第三章 指定应用项目的设计实现在实验机上的电路接线图如图 8 所示：MC单元?：

14、I-y.mI ：lhW1W1学-X'VJRD 1*LMI.陳ifiOLMl；i!ALL1I却元 I tw<J-IINfl町I TrirrKi_E -fW_exir呼pnI-i*_Iff 曲.w L LDK F4：P u- sii： L LIME -第四章收获和体会图9是连线图 JCCi识即廟LJMliLUSJpa> i'I®ILDWPr11!睢元l-CWIJ>AHLWX口'L：内汕蜒rcimu1sr_rsnUH*=JC UMk Q 跡 6 II*M ' nnnn11mifm1|M诃13H蔔Tt*32 卩24W-肚F£|3EJ

15、二£iHAafci jttaj;*w心K.iUni證1【 1 "匚 丨 "” V -i图10是上机调试、运行程序的状态分析截图T VftiE. -!>£： » 山 «IE. E：阪测匸 Ktt.r fliDQ ll印 SR* U 空Id "5口Mill J :口丘二企±7比直f国« - ft ff1 !图10注意到上图中，输入模块“IN ”的数据为“ 07”，则计算的结果为1+2+3+4+5+6+7=28以十六进制表示为1C,这与上图中输出模块“ OUT的数据 “ 1C'相符。收获与体会：一周的课程设计结束了。这次课程设计，不仅检验了我所学习的知识，也让 我学会了如何去把