复杂模型机课程设计报告

1、 佛山科学技术学院课程设计用纸 课程设计说明书设计名称： 计算机组成原理课程设计 题 目： 复杂模型机设计 学生姓名： 专 业： 网络工程 班 级： 10网络工程2班 学 号： 指导教师： 日 期： 2012 年 10 月 7 日- 12 -目录课程设计题目02课程设计目的02主要内容02设计要求02进度安排03完成后应上交的材料03数据格式及指令系统03总体设计05复杂模型机数据通路图06微程序流程图08实验步骤09复杂模型机实验接线图10实验程序11课程设计总结以及心得体会12课程设计任务书计算机科学与技术 专业 10 年级 网络2 班 _ _一、课程设计题目复杂模型机设计二、课程设计目的

2、1在掌握“TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统”部件单元电路的基础上，通过对一个简单计算机的设计，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。 2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到的知识，建立计算机整机概念，加深计算机“时空”概念的理解。 3培养独立工作和创新思维的能力，取得设计与调试的实践经验。三、主要内容综合运用所学计算机原理知识，利用TDN-CM+教学实验系统设计并实现的模型机。设计总体结构及机器指令、微指令。根据设计的接线图搭好模型机电路，利用设计的指令编写程序并在机

3、器上运行。四、设计要求在掌握“TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统”原理的基础上，以此实验系统为平台，设计一台微程序控制的模型计算机。 1设计模型机硬件（需含计算机基本组成，即CPU、内存、I/O接口、输入设备、输出设备、总线等，CPU为微程序控制器类型），设计总体结构及数据通路框图。2设计模型机指令系统（含设计机器指令、微指令格式、每条指令所对应的微程序等）。 3利用模型机指令系统，编写汇编语言程序，分别完成下列功能： （1）将数据输入开关上的数据在LED上显示出来。（2）编程序完成功能：LED上的数从1以步长1往上递增。（3）编程序完成功能：S=1+2+3+4+5+，要求在LED上循环

4、显示结果1、3、6、0A、。调试、运行通过后将程序写在下面。4根据以上软硬件设计，在“TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统”上调试，检测实现的功能是否达到设计要求。5撰写课程设计报告（文件名：学号姓名.doc），课程设计报告中所规定的图文齐全、符合要求、结构合理、文章通顺；能对实验中出现的问题提出改进意见并加以分析说明。五、进度安排本学期第17-18周。6月11日-6月12日：资料查找、设计总体结构及数据通路框图。6月13日-6月14日：设计模型机指令系统。6月15日-6月20日：搭建模型机、整机调试。6月21日-6月22日：资料整理、课程设计说明书编写。六、完成后应上交的材料 一、数据格

5、式及指令系统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 数 据其中，第7位为符号位，数值表示范围是：-27X27-1。2.指令格式 模型机设计4大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令、IO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 2 1 0OP-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：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1

6、。 (2) 访问指令及转移指令模型机设计2条访问指令，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)，指令格式如下： 7 65 43 21 00 0MOP-CODERdD其中，OP-CODE为操作码，Rd为目的寄存器，D为位移量(正负均可)，M为寻址方式，其定义如下：寻址方式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变址寻址相对寻址本模型机规定变址寄存器RI指定为寄存器R2。(3) 输入输出（I/O）指令输入（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令，其格式如

7、下：7 6 5 43 2 1 0OP-CODEaddrRd其中，addr=01 时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为入设备，addr=10时，选中“OUTPUT DEVICE”中的数码块作为输出设备。(4) 停机指令停机指令格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0OP-CODE0 0 0 0HALT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，其他它指令1条。表1列出了各条指令的格式、助记符和功能。表1 指令系统编码序号 汇编符号 指令格式 功能说明 1CLR Rd0111 00 Rd0R

8、d 2MOV RS,Rd1000 RS RdRSRd 3ADC RS,Rd1001 RS RdRsRdCyRd 4SBC RS,Rd1010 RS RdRsRdCyRd 5INC Rd1011 00 RdRd1Rd 6AND RS,Rd1100 RS RdRsRdRd 7COM Rd1101 00 Rd RdRd 8RRC RS,Rd1110 Rs RdRd带进位右循环一位，RSRd 9RLC RS,Rd1111 Rs RdRd带进位左循环一位，RSRd10LDA M,D, Rd00 M 00 Rd，D（E）Rd11STA M,D, Rd00 M 01 Rd，DRd（E）12JMP M,D00

9、 M 10 00，DEPC13BZC M,D00 M 11 00，D当CY=1或Z=1时，EPC14IN addr, Rd0100 01 Rd（addr）Rd15OUT addr, Rd0101 10 RdRd（addr）16HALT 0110 00 00 停机二、总体设计本模型机的数据通路如图1所示。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所示。图1 复杂模型机数据通路图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，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，见表2。 表224232221201918171615 14 1312

10、11 109 8 7654321S3S2S1S0MCnWEA9A8ABCuA5uA4uA3uA2uA1uA0 A字段 B字段 字段151413选择121110选择987选择000000000001LDRi001RS-B001P（1）010LDDR1010RD-B010P（2）011LDDR2011RI-B011P（3）100LDIR100299-B100P（4）101LOAD101ALU-B101AR110LDAR110PC-B110LDPC图2 微程序流程图三、实验步骤1.按图3连接实验线路，仔细查线无误后，接通电源。2.写微程序：与PC联机，将实验微程序装入TDNCM机中或脱机时手动将本实

11、验微程序写入TDNCM中，手动写入的方法如下： (1) 编程 将编程开关置为PROM(编程)状态。 将实验板上STATE UNIT中的STEP置为“STEP”，STOP置为“RUN”状态。 用二进制模拟开关置微地址A5A0 (如图3须将此六线排针接开关单元)。 在MK24MK1开关上置微代码，24位开关对应24位显示灯，开关量为“0”时灯亮，开关量为“1”时灯灭。 启动时序电路(按动启动按纽START)，即将微代码写入到E2PROM 2816的相应地址对应的单元中 重复步骤，将本实验给出的十六进制格式文件转换的二进制代码写入2816。 (2) 校验 将编程开关设置为READ(校验)状态。 将实

12、验板的STEP开关置为“STEP”状态，STOP开关置为“RUN”状态。 用二进制开关置好微地址A5A0。 按动START键，启动时序电路，读出微代码观察显示灯MD24MD1的状态(灯亮为“0”，灭为“1”)，检查读出的微代码是否与写入的相同。如果不同，则将开关置于PROM编程状态，重新执行(A)即可。 3.写程序 使用软件中的F4LOAD功能装入机器指令格式文件。 4.运行程序。 （A）单步运行程序 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(01)，微地址清零，程序计数器清零，程序首址为00H。 单步运行一条微指令，每按动一次S

13、TART键，即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。 （B）连续运行程序 使STATE UNIT中的STEP开关置为“EXEC”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。将实验现象与理论分析比较，验证系统执行指令的正确性。图3 复杂模型机实验接线图四、实验程序如下：1.递增：程序功能是1+2+3+4+自动递增。每递增一次就输出结果一次程序助记符$P0070 CLR R0$P01B0 INC R0$P0258 OUT 10,R0$P0308 JMP

14、 00,01$P0401$M0D00A00E$M0E01B60F$M0F95EA25$M1001ED83$M1101ED85$M1201ED8D$M1301EDA6$M14001001$M15030401$M16018016$M173D9A01$M18019201$M1901A22A$M3405DB81$M35B99B41$M360D9A01$M37298838$M38019801$M3919883A$M3A019801$M3B070A08$M3C068A09$M1A01B22C$M1B01A232$M1C01A233$M1D01A236$M1E318237$M1F318239$M200090

15、01$M21028401 $M2205DB81 $M230180E4 $M24018001$M2595AAA0 $M2600A027$M2701BC28$M2895EA29$M2995AAA0$M2A01B42B$M2B959B41$M2C01A42D$M2D65AB6E$M2E0D9A01$M2F01AA30$M300D8171$M31959B41$M32019A01$M3301B435 微程序 $M00018108 $M0101ED82 $M0200C050 $M0300A004 $M0400E0A0 $M0500E060 $M0600A007 $M0700E0A0 $M0801ED82$

16、M0901ED8C$M0A00A03B$M0B018001$M0C00203C2.累加2：程序功能：2+4+6+10+.，每递增一次就输出结果一次程序助记符$P0070 CLR R0 $P0171 CLR R1 $P02B0 INC R0$P03B0 INC R0$P0491 ADC R0,R1$P0559 OUT 10,R1$P0608 JMP 00,02$P0702微程序：同上程序一样课程设计总结以及心得体会 这次课程设计前前后后花了两周的时间，大部分时间花在了对设计题目的理解和分析之上。刚开始接触题目的时候比较茫然，于是在实验五上下了一些功夫，基本了解试验设计的大致思路。 在设计过程中，

17、我们屡次碰壁，但是我们坚持不懂就问，在自己的讨论和向别人的请教中，加深了理解，后来又由于自己分析的不周全，在P1测试是“或”还是“异或”犯了错误，而导致设计的流程中地址代码全部出错，我们不得不重新设计地址代码。等等类似的问题还有很多，其实回头看看，在设计过程中多碰壁是好事。 其实这次设计不算顺利，虽然我和王继波最后顺利完成了设计任务，但是我觉得从团队的角度来说，一种顺利的合作，还说不上。 1）首先，作为团队，我们没有把各自的任务分配清楚，而是一起走步，我觉得这样遇到问题的时候容易产生依赖心理，也不容易调动每个人的积极性。明确的分工是合作的必要因素，而遇到问题集体讨论才是发挥集体力量的时候。 2）其次，我觉得我们没有在设计初期对问题的分析还不够深入，而在