2010-计算机组织与体系结构课程设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上东 莞 理 工 学 院本 科 课 程 设 计课程设计题目： 具有访存及循环移位运算功能的复杂模型机的设计学生姓名： 许悦学 号： 3系 别：计算机学院专业班级： 计算机科学与技术1班 指导教师姓名： 张丽娟一、 课程设计要求及目的要求：1 综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。2 掌握计算机整机概念。深入理解基本模型计算机的功能、组成方法；深入学习计算机各类典型指令的执行流程。3 在理解组织计算机体系结构基础上，能根据给定的程序功能，学会编写机器指令代码，掌握微程序的设计方法，理解微程序流程图及确定微地址，将微代码写入控制存储器。4 通过熟悉较完整的

2、计算机的设计，全面了解并掌握微程序控制方式计算机的设计方法。目的：具有访存及循环移位运算功能的复杂模型机的设计机器指令程序如下：IN 01,R0 ;（R0）=02HLDA 00,20,R1 ;将20H存储单元的数据03H送R1ADC R0,R1 ;(R1)=05HRRC R1,R2 ;(R1)=05H,(R2)=02H,CY=1OUT 10,R1 ;05HOUT 10,R2 ;02HHLT二、 机器指令设计文档编写机器指令助记符$P0044IN 01,R0$P0101LDA 00,20,R1$P0220$P0391ADC R0,R1$P04E6RRC R1,R2$P0559OUT 10,R1$

3、P065AOUT 10,R2$P0760HLT$P2003三、 指令系统格式及微程序格式本模型机共有 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 7.2-1 列出了各条指令的格式、汇编符号、指令格式、助记符号和功能。(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，其格式如右： 其中，OP-CODE 为操作码，rs 为源寄存器，rd 为目的寄存器，并规定：9 条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表 7.2-1。(2) 访问指令及转移指令 模型机设计 2 条访内指令，即存数（STA）、取数

4、（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： 其中，OP-CODE 为操作码，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： 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： 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 DEVICE”中的数码块作为输出设备。 (4) 停机指令 指令格式如下：HALT 指令，用于实现停机

5、操作。本模型机的数据通路框图如图 7.2-1。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 7.2-2。微指令的前六位S3S2S1S0MCnWE根据表2.5-2 74LS181逻辑功能表写出：微指令格式微指令字长共24位，其控制位顺序如表4.4-1所示。四、 设计微程序流程图及确定微地址微程序流程图微代码设计文档（1） 编写控制台启动程序微指令，程序流程图这条微指令的地址为00（八进制），即00H。下一条微指令的地址为10（八进制），所以微指令的低六位（6-1）为001 000。由数据通路可知完成此操作为空，没有用到运算器所以高六位（24-19）为。也没有用到W/R控制信号故WE

6、A9 A8（18-16）为0 1 1。A字段、B字段的控制信号也没用到故A B（15-10）为000 000。用到P（4）控制信号故C字段（9-7）为100。综上所述24位微指令二进制代码为： 0 1 1000 故本条微指令为：$M（2） 编写IN 02，R0微指令a) IN的第一条微指令为这条微指令的地址为01（八进制）,即为01H。下一条微指令的地址为02（八进制），所以微指令的低六位（6-1）为000 010由数据通路可知完成此操作没有用到运算器所以高六位（24-19）为。存储器RAM处于打开状态，即W/R为0、CE=0，故第18位WE=W/R=0；Y0=SW-B=0，Y1=CE=0,

7、Y2=LED-B=0,即第17、16位的A9 A8为1 1。AR的控制信号LDAR=1，故A字段为110；PC-B=1，故B字段为110；PC的控制信号LDPC=1，故C字段为110。综上所述24位微指令二进制代码为： 0 1 1110 故本条微指令为：$M0101ED82b) IN的第二条微指令为这条微指令的地址是02（八进制）即02H。下一条微指令的地址是20（八进制）所以微指令的低六位（6-1）为010 000。由数据通路可知完成此操作没有用到运算器所以高六位（24-19）为000 000。存储器RAM处于读状态，即W/R为0、CE=1，故18位WE=W/R=0；Y1=CE=1,故17-

8、16位的A9 A8为0 1。IR的控制信号LDIR=1，故A字段为100；B字段控制信号全为零， 故B字段为000；P（1）控制信号为1，故C字段为001 。综上所述24位微指令二进制代码为： 0 0 1100 故本条微指令为：$M0200C050c) IN的第三条微指令为这条微指令的地址是24（八进制）即14H。下一条微指令的地址是01（八进制）所以微指令的低六位（6-1）为000 001。由数据通路可知完成此操作没有用到运算器所以高六位（24-19）为000 000。存储器RAM处于不工作状态，故W/R为0，故18位WE=W/R=0；Y0=SW-B=1,故17-16位的A9 A8为0 0。

9、R0的控制信号LDDR1=1，故A字段为010；其余控制信号全为零， 故B字段为000， C字段为000 。综上所述24位微指令二进制代码为： 0 0 0001 故本条微指令为：$M （3） 编写LDA 00，20，R1微指令a) LDA的第一条微指令为这条微指令的地址是20（八进制）即10H。下一条微指令的地址是03（八进制）所以微指令的低六位（6-1）为000 011由数据通路可知完成此操作没有用到运算器所以高六位（24-19）为000 000。存储器RAM处于打开状态，即W/R为0、CE=0，故第18位WE=W/R=0；Y0=SW-B=0，Y1=CE=0, Y2=LED-B=0,即第17

10、、16位的A9 A8为1 1。AR的控制信号LDAR=1，故A字段为110；PC-B=1，故B字段为110；PC的控制信号LDPC=1，故C字段为110。综上所述24位微指令二进制代码为： 0 1 1110 故本条微指令为：$M1001ED83b) LDA的第二条微指令为这条微指令的地址是03（八进制）即03H。下一条微指令的地址是04（八进制）所以微指令的低六位（6-1）为000 100。由数据通路可知完成此操作没有用到运算器所以高六位（24-19）为000 000。存储器RAM处于读状态，故W/R为0、CE=1，故18位WE=W/R=0；Y1=CE=1,故17-16的A9 A8为0 1。D

11、R1的控制信号LDDR1=1，故A字段为010，其余控制信号为零， 故B字段为000，C字段为000 。综上所述24位微指令二进制代码为： 0 0 1010 故本条微指令为：$M0300A004c) LDA的第三条微指令为这条微指令的地址是04（八进制）即04H。下一条微指令的地址是40（八进制）所以微指令的低六位（6-1）为100 000。由数据通路可知完成此操作没有用到运算器所以高六位（24-19）为000 000。存储器RAM处于读状态，即W/R为0、CE=1；故18位WE=W/R=0；Y1=CE=1,故17-16位的A9 A8为0 1。AR的控制信号LDAR=1，选择信号P(2)=1，

12、其余控制信号全为零。故A字段为110，B字段为000，C字段为010。综上所述24位微指令二进制代码为： 0 0 1110 故本条微指令为：$M0400E0A0d) LDA的第四条微指令为这条微指令的地址是40（八进制）即20H。下一条微指令的地址是01（八进制）所以微指令的低六位（6-1）为000 001。由数据通路可知完成此操作没有用到运算器所以高六位（24-19）为000 000。存储器RAM处于读状态，故W/R为0、CE=1，故18位WE=W/R=0；Y1=CE=1,故17-16位的A9 A8为1 1。Rd的控制信号LDRi=1，其余控制信号为0 ；故A字段为001，B字段为000，C

13、字段为000 。综上所述24位微指令二进制代码为： 0 0 1001 故本条微指令为：$M（4） 编写ADC R0，R1微指令a) ADC的第一条微指令为这条微指令的地址是31（八进制）即19H。下一条微指令的地址是52（八进制）所以微指令的低六位（6-1）为101 010。由数据通路可知完成此操作没有用到运算器所以高六位（24-19）为000 000。没有用到存储器RAM，故W/R为0、CE=0，故18位WE=W/R=0；Y3=1,故17-16位的A9 A8为1 1。DR1的控制信号LDDR1=1，Rs的控制信号RS-B=1，其余控制信号为0；故A字段为010，B字段为001，C字段为000

14、。综上所述24位微指令二进制代码为： 0 1 1010 故本条微指令为：$M1901A22Ab) ADC的第二条微指令为这条微指令的地址是52（八进制）即2AH。下一条微指令的地址是53（八进制）所以微指令的低六位（6-1）为101 011。由数据通路可知完成此操作没有用到运算器所以高六位（24-19）为000 000。没有用到存储器RAM，故W/R为0、CE=0，故18位WE=W/R=0；Y3=1,故17-16位的A9 A8为1 1。DR2的控制信号LDDR2=1，Rd的控制信号RD-B=1，其余控制信号为0；故A字段为011，B字段为010，C字段为000。综上所述24位微指令二进制代码为

15、： 0 1 1011 故本条微指令为：$M2A01B42Bc) ADC的第三条微指令为这条微指令的地址是53（八进制）即2BH。下一条微指令的地址是01（八进制）所以微指令的低六位（6-1）为000 001。由数据通路可知完成此操作加法运算器的控制信号S3=1、S0=1、Cn=1，其余为0；所以高六位（24-19）为100 101。没有用到存储器RAM，故W/R为0、CE=0，故18位WE=W/R=0；Y3=1,故17-16位的A9 A8为1 1。Rd的控制信号LDRi=1，ALU的控制信号ALU-B=1，AR的控制信号ALU-B=1；故A字段为001，B字段为101，C字段为101。综上所述

16、24位微指令二进制代码为： 0 1 1001 故本条微指令为：$M2B959B41微程序$M$M0101ED82$M0200C050$M0300A004$M0400E0A0$M0801ED8A$M0901ED8C$M0A00A03B$M0B$M0C00203C$M1001ED83$M$M$M$M1901A22A$M1E$M$M2A01B42B$M2B959B41$M五、 画接线图专心-专注-专业六、 调试步骤和结论（1） 课程设计调试步骤：a) 按上图连接好电路。b) 联机读写程序，选择联机软件【转储】【装载】功能菜单调入以前的实验程序检查接线是否正确。c) 正确无误后装载本小组的程序，联机运

17、行程序时，进入软件界面，装载机器指令及微指令后，选择【运行】【通路图】【复杂模型机】功能菜单打开数据通路图，按相应步骤联机运行、监控、调试程序。拨动总清开关CLR清零后，使程序的首地址以及微程序地址为00H，程序可从头开始运行。d) 仔细观察数据通路写出机器指令和微指令的执行过程。e) 分析机器指令程序，仔细观察数码管并写出输出结果。（2） 仔细观察数据通路写出机器指令和微指令的执行过程:机器指令助记符微操作微指令的执行过程IN 10,R11. PC->AR->RAM PC+1->PC2. RAM->AR->IR3. INPUT->R1读取第1条指令分析指令

18、内容进行操作输入10 存入到R1LDA 00,20,R11. PC->AR->RAM PC+1->PC2. RAM->AR->IR3. PC->AR->RAM PC+1->PC4. RAM->DR1->ALU5. AR->RAM RAM->R1读取第2条指令分析指令内容进行操作读取第3条指令将20H输入到DR1找到20H的地址，取出其中的数据11H再存入到R1 ADC R0，R11. PC->AR->RAM PC+1->PC2. RAM->AR->IR3. R0->DR14. R1->DR25. DR1->ALU DR2->ALU ALU->R1读取第4条指令分析指令内容进