广东海洋大学计算机组成原理课程实习报告_课程设计

1、 本科生课程实习本科生课程实习课程题目：基本模型机的设计与实现课程题目：基本模型机的设计与实现课程名称计算机组成原理学生姓名 学生学号 所在专业计算机科学与技术所在班级 指导教师彭小红职称成绩目录目录1设计任务与要求.11.1 设计目的.11.2 设计内容.11.3 设计要求.12.1 主要使用芯片.22.2 基本原理.23.1 程序流程图.33.2 接线图.43.3 模块功能.54.1 测试过程.64.2 测试结果.7 题目题目 1设计任务与要求设计目的设计目的 综合运用所学过的计算机原理知识，设计并实现用微程序控制器控制模型机的数据通路，掌握运用计算机原理知识解决问题和设计指令程序的能力。

2、1.2 设计内容设计内容 通过自己设计微指令，同时设计了 7 条机器指令：IN（输入）、ADD（相加）、AND（逻辑与）、STA（存数）、SUB（相减）、NOT（取反）、JMP（无条件转移），然后输 入数据来验证这些操作。1.3 设计要求设计要求 设计一个完整的程序，程序至少有 IN，ADD，STA，OUT，JMP 等指令，在此的基础上再多几条指令，使它完成更多的功能。 2 设计思想2.1 主要使用芯片主要使用芯片 74181 算术运算器 ALU、74374 寄存器堆 R0、74161 程序计数器、74273 地址寄存器 AR、74273 指令寄存器 IR。2.2 基本原理基本原理 A.微程序

3、控制的基本思想:1. 若干微命令编制成一条微指令，控制实现一步操作； 2. 若干微指令组成一段微程序，解释执行一条机器指令； 3. 微程序事先存放在控制存储器中，执行机器指令时再取出。 B.基本组成:控制存储器，微指令寄存器，微地址寄存器，地址转移逻辑 控制存储器(CM):用来存放实现全部指令系统的微程序，位于 CPU 中。它是一种只读型存储器，要求速度快，读出周期短 微指令寄存器:存放当前由控制存储器读出的一条微指令信息，分为微地址寄存器和微命令寄存器两个部分。其中微地址寄存器决定将要访问的下一条微指令的地址，微命令寄存器则保存一条微指令的操作控制字段和判别测试字段(P)的信息 地址转移逻辑

4、:自动完成修改微地址的任务。 微程序控制器:微程序控制器的基本任务是完成当前指令的翻译和执行，即将当前指令的功能转换成可以控制的硬件逻辑部件工作的微命令序列，完成数据传送和各种处理操作。它的执行方法就是将控制各部件动作的微命令的集合进行编码，即将微命令的集合仿照机器指令一样，用数字代码的形式表示，这种表示称为微指令。这样就可以用一个微指令序列表示一条机器指令，这种微指令序列称为微程序。微程序存储在一种专用的存储器中，称为控制存储器. C.微程序控制计算机的工作过程: 下面通过计算机启动、执行程序直到停机的过程，来说明微程序是如何控制计算机工作的: 计算机加电以后，首先由复位信号(Reset)将

5、开机后执行的第一条指令的地址送入 PC 内，同时将一条取指微指令送入微指令寄存器中，并将其他一些有关的状态位或寄存器置于初始状态。当电压达到稳定值后，自动启动计算机，产生节拍电位和工作脉冲。为保证计算机正常工作，电路必须保证开机后第一个机器周期信号的完整性，在该 CPU 周期末，产生开机后第一个工作脉冲。然后计算机开始执行程序，不断地取出指令、执行指令。 程序可以存放在固定存储器中，也可以利用固化在只读存储器(ROM)中的一 小段引导程序，将要执行的程序和数据从外部设备调入主存。实现各条指令的微程 序是存放在微程序控制器中的。当前正在执行的微指令从微程序控制器中取出后放 在微指令寄存器中，由微

6、指令的控制字段中的各位直接控制信息和数据的传送，并 进行相应的处理。当遇到停机指令或外来停机命令后，应该待当前这条指令执行完 毕后再停机或至少在本机器周期结束时停机。要保证停机后，重新启动计算机能继 续工作而且不出现任何错误。3 设计方案3.1 程序流程图程序流程图KT控制台 00 00 20 KWE(01)KRD(00)RF(11) 21 20 23 24 22 01 (SW)-PC P (4)PCAR PC+1RAMBUS， PCAR PC+1(SW)-BUSBUS-RAM RP010210INADD AND STA JMP101112131403072527010415260105091

7、60601170101PCARPC+1RAMBUSBUSIRP(1)SWR0PCARPC+1RAMBUSBUSARRAMBUSBUSDR2R0DR1(DR1)+(DR2)R0PCARPC+1RAMBUSBUSARRAMBUSBUSDR2R0DR1DR1DR2BUS-R0PCARPC+1RAMBUSBUSARR0BUSBUSRAMPCARPC+1RAMBUSBUSPC3.2 接线图接线图 R7. R0 BUS S3 R7 CN LDR1 R0 LDR2 ALU_B R7 LDR0 R0 R0_BR7 CER0 WE B7 LDAR LDAD B0 PC_B LDPC SW_B B7 B0 DAT

8、A UNIT T4 T1 JT UNIT T4 T1 H24SIGNAL UNITSIGNAL S3 SN SE6 LDR1 SE0 LDR2 ALU_B P LDR1 P RS_BCE LDIRD WE LDAR LDAD PC_A PC_B SW_BMICRC_CDNTRLER SE6 SWB SE0 SWA P P I7 I0 LDG UNIT SWB SWA I7 I0 LDIRINS UNIT3.3 模块功能模块功能 IN 为单元字长（8 位），含义是将数据开关 8 位数据输入到 RO 寄存器 ADD 为双字长指令，第一字为操作码，第二字为操作数地址，其含义是将 R0 寄存器的内容与

9、内存中以 A 为地址单元的数相加，结果放在 R0。 STA 为双字长指令。含义是将 R0 中的内容存储到以第二字 A 为地址的内存单元中。 AND 为双字长指令。第一字为操作码，第二字为操作数地址，其含义是将 R0 寄存器的内容与内存中以 A 为地址单元的数相与，结果放在 R0。 SUB 为双字长指令，第一字为操作码，第二字为操作数地址，其含义是将 R0 寄存器的内容与内存中以 A 为地址单元的数相减，结果放在 R0。 NOT 为双字长指令，第一字为操作码，第二字为操作数地址，其含义是将 R0 寄存器的内容求反，把结果放在 R0 中。 JMP 为双字长指令，执行该指令时，程序无条件转移到第二字

10、所指定的内存单元地址。4 测试结果及分析4.1 测试过程测试过程地址（二进制）内容（二进制）0000 0000IN （0000 0000）0000 0001ADD （0001 0000）0000 0010 （0011 0010）0000 0011STA （0011 0000）0000 0100 （0011 0011) （存数）0000 0101AND （0010 0000）0000 0110 （0011 0100）0000 0111STA (0011 0000）0000 1000 （0011 0001) （存数）0000 1001SUB （0100 0000）0000 1010 （0001 0

11、110）0000 1011STA （0011 0000）0000 1100 （0011 0111) （存数）0000 1101NOT （0101 0000）0000 1110STA （0011 0000）0000 1111 （0011 1000） （存数）0001 0000JMP （0110 0000）0001 0001 （0000 0000）0011 0010 (ADD ) （0000 0001） （ADD）0011 0011 (ADD STA)初始 （0000 0000） （ADD 结果存数）0011 0100 (AND) （0000 0010） (AND)0011 0101 (AND S

12、TA)初始 （0000 0000 ） (AND 结果存数)0001 1110 (SUB) （0000 0001） (SUB)0011 0111初始 （0000 0000） (SUB 结果存数)0011 1000初始 （0000 0000） (NOT 结果存数) 根据实验连线图连接好，使编程开关处于“RUN” ，STEP 为“STEP”状态，STOP为“RUN”状态。 拨动总清开关 CLR（01） ，微地址寄存器清零，此时用“DATA UNIT”单元的8 位二进制开关给出要写入 RAM 区的首地址（0000 0000） ，控制台，SWA开关置为“01” ，按动显示“010010” ，再按动一次“

13、START” ，微地址灯显示“010100” ，此时数据开关的内容置为要写入的机器指令，按动一次 START 键，即 完成该条指令的写入。机器指令的首地址只要第一次输入即可，PC 会自动加 1，所 以按动 START，只有在微地址灯显示“010100”时，才设置内容，直到所有机器指令写完。4.2 测试结果测试结果地址（二进制）地址（二进制）内容（二进制）内容（二进制）0000 0000 （IN） 0000 00100011 0010 (ADD ) （0000 0001） （ADD）0011 0011 (ADD STA) （0000 0011） （ADD 结果存数）0011 0100 (AND)

14、 （0000 0010） (AND)0011 0101 (AND STA) （0000 0001 ） (AND 结果存数)0001 1110 (SUB) （0000 0001） (SUB)0011 0111 （0000 0000） (SUB 结果存数)0011 1000 （1111 1111） (NOT 结果存数) 5 源程序微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE CE LDPCA BPUA5UA0 0 00 0 0 0 0 0 0 1 11 0 11101 0 00 1 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 0 0 0 0 0 1 0 0

15、20 0 0 0 0 0 0 0 01 0 00 0 00 0 10 0 1 0 0 0 0 30 0 0 0 0 0 0 0 01 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 0 0 40 0 0 0 0 0 0 0 00 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 1 0 50 0 0 0 0 0 0 1 00 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 0 0 61 0 0 1 0 1 0 1 00 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1 0 70 0 0 0 0 0 0 0 01 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 1 1 00 0 0 0 0 0 0 1 0

16、0 0 11 1 00 0 00 0 0 0 0 1 1 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 0 0 0 1 1 1 20 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 0 0 1 1 1 1 30 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 1 0 1 1 1 1 40 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 1 1 0 0 1 1 50 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 1 1 1 0 1 1 60 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 01 0

17、 0 0 0 0 1 70 0 0 0 0 0 0 0 00 1 10 0 00 0 00 1 0 1 0 1 2 00 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 1 0 0 1 0 2 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 1 0 1 0 0 2 20 0 0 0 0 0 0 0 00 0 00 0 00 0 00 1 0 0 0 0 2 30 0 0 0 0 0 0 1 00 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 1 2 40 0 0 0 0 0 1 0 00 0 01 1 00 0 00 1 0 0 0 1 2 5 0 0 0

18、 0 0 0 0 1 00 1 00 0 10 0 00 1 0 1 1 0 2 61 0 1 1 1 0 0 1 00 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1 2 70 0 0 0 0 0 0 0 01 1 00 0 00 0 00 1 1 0 0 0 3 00 0 0 0 0 0 1 0 00 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 1 3 10 0 0 0 0 0 0 0 01 1 00 0 00 0 00 1 1 0 1 0 3 20 0 0 0 0 0 0 0 00 1 10 0 00 0 00 1 1 0 1 1 3 30 0 0 0 0 0 0 1 00 1 00

19、 0 10 0 00 1 1 1 0 0 3 4 0 1 1 0 0 0 0 1 00 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1 3 5 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 00 0 00 0 00 1 1 1 1 0 3 60 0 0 0 0 0 0 1 00 1 00 0 10 0 00 1 1 1 1 1 3 70 0 0 0 1 0 0 1 00 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1 4 00 0 0 0 0 0 0 0 11 0 1 0 0 00 0 00 0 0 0 0 1 6 总结 经过一个学期的学习，在期末进行了计算机组成原理课程设计，在此课程设计设计

20、期间我们组遇到了许多的困难，不断遭受打击，不过我们组最终还是坚持下来，没有放弃，基本上达到了课程设计的要求，其中，比如，在接线的时候，由于这次课程设计，要接多的线，所以很容易接错，有的不小心弄反，这个我们还是克服，一条条去排错，可是令我们组的万万没有想到的是，其中有一条线是坏的，找了好久，原来是这个原因，当时，我们组有的愣啦，原来是这个问题，不过，我们还是坚持下来，还有之前也遇到过输入的数据，可能太急啦，输错啦，看到别的组，都已经验收成功啦，我们还刚开始这实验，其中，真的遇到很多问题，不过，最后，我们还是坚持啦，在剩下几组后，差不多最后，我们还是做完，并测试成功，完成这次课程设计，也通过黄老师的验收，在彭老师和黄老师帮助了我们挺多的，非常耐心帮助我们解决问题，还有组员，一开始不够团结，其中一个还说，算啦，不做啦，这十分打击我们，不过，我们另外 3 个人还是坚持下来，最后四个人都坚持下来，充分的认识到做实验，不是单单是技术上或者知识的问题，团队的团结与配合与非