计算机组成原理课程设计

1、逻辑加与减法指令在基本模型机的设计与实现设计背景与设计目标通过计算机组成原理理论课和几次实验的学习，尝试设计五条机器指令，并编写相 应的微程序，完成由基本单元电路构成一台基本模型机，再经过调试指令和模型机使其 在微程序的控制下自动产生各部件单元的正常工作控制信号。在设计基本模型机的实验过程中，个别部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而 本课程设计将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。 这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指 令到指令执行结束的一个指令周期，全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令 对应一条微程序。本课程设计

2、要求增加两条机器指令，我组选择：或OR （逻辑加），SUB （减法）设计仪器TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干；PC机一台。设计原理微程序控制电路微程序控制器的组成见图1-13。其中控制存储器采用3片2816 E2PR0M，具有掉电 保护功能。微命令寄存器18位，用两片8D触发器（74LS273）和一片4D （74LS175） 触发器组成。微地址寄存器6位，用三片上升沿触发的双D触发器（74LS74）组成，它 们带有清“0”端和置“1”端。在不判别测试的情况下，T2时刻打入微地址寄存器的 内容即为下一条微指令地址。当T4时刻进行测试判别时，转移逻辑满足条件后输出的 负脉冲通

3、过强置端将某一触发器设置为“1”状态，完成地址修改。在该实验电路中，在CONTROL UNIT有一个编程开关，它具有三种状态：WRITE （编 程）、READ （校验）、RUN （运行）。当处于“编程状态”时，实验者可根据微地址和 微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器2816中。当处于“校验状态”时， 可以对写入控制存储器中的二进制代码进行验证，从而可以判断写入的二进制代码是否 正确。当处于“运行状态”时，只要给出微程序的入口微地址，则可根据微程序流程图 自动执行微程序。图中微地址寄存器输出端增加了一组三态门74LS245，目的是隔离触 发器的输出，增加抗干扰能力，并用来驱动微地址显示

4、灯微指令格式微指令字长24位，其控制位顺序如下：表1-2 微指令结构图微程序242322212019181716151413121110987654321控制信号S3S2S1S0MCNWECELDPCABPuA5uA4uA3uA2uA1uA0A字段B字段P字段151413控制信号121110控制信号987控制信号000000000001LDRi001RS_B001P1010LDDR1010010011LDDR2011011100LDIR100299_B100P4101LOAD101ALU_B101110LDAR110PC_B110其中uA5 一 uA0为6位的后续微地址，A、B、P为三个译码字

5、段，分别由三个控 制位译码出多位。P字段中的Pl 一 P4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、 RD_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的选通译码。实验步骤1按照基本模型机的同路框图设计微程序流程图数据通路图：EDGL D I R微程序流程图的控制台部分:EDGL D I R微程序流程图的控制台部分:+ OOfJRMBUSBUS

6、DR1P01PC-ARPC+1RAM-BUSINADDSTA06BUS-IRRAM-BUSBUS-ARJMPPC-ARPC+1OR 15PC-ARPC+134SUB16PC-ARPC+130I-27 R0-BUSBUS-RAMRAM-BUSPC-ARPC+1RAM-BUSINADDSTA06BUS-IRRAM-BUSBUS-ARJMPPC-ARPC+1OR 15PC-ARPC+134SUB16PC-ARPC+130I-27 R0-BUSBUS-RAMRAM-BUSBUS-DR1RAM-BUSBUS-AR35 R0-BUSBUS-DR036RAM-BUS31，R0-BUSBUS-DR02.Q32

7、R0-DR1DR1+DR2-R0l_/01R0-DR12下图为将全部微程序按微指令格式变成二进制代码，可得下表的二进制代码 表微地址S3sCNWECE LDPCABPuA5suA0000 0 0 0 0 001 10 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 0010 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 0020 0 0 0 0 000 11 0 00 0 00 0 10 0 1 0 0 0030 0 0 0 0 000 11 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 0040 0 0 0 0 000 10 1 10 0 00 0 00 0 0

8、1 0 1050 0 0 0 0 001 10 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 0061 1 1 0 1 001 10 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1070 0 0 0 0 000 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 1100 0 0 0 0 000 10 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 1110 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 1120 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 0 0 1 1 1130 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 0 1

9、 1 1 0140 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 1 1 0 0 0150 0 0 0 0 010 10 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 1160 0 0 0 0 000 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 1170 0 0 0 0 000 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 0 1200 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 1 0 0 1 0210 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 0 0220 0 0 0 0 000 10 1 00 0 00 0 00 1

10、0 1 1 1230 0 0 0 0 001 10 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 1240 0 0 0 0 000 10 1 00 0 00 0 00 1 1 0 0 1300 0 0 0 0 000 11 1 00 0 00 0 00 1 1 0 0 1310 0 0 0 0 000 10 1 10 0 00 0 00 1 1 0 1 0320 0 0 0 0 001 10 1 00 0 10 0 00 1 1 0 1 1330 1 1 0 0 001 10 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1340 0 0 0 0 000 11 1 00 0 00 0 00 1

11、 1 1 0 1350 0 0 0 0 000 10 1 10 0 00 0 00 1 1 1 1 0360 0 0 0 0 001 10 1 00 0 10 0 00 1 1 1 1 0361 1 1 0 1 001 10 0 11 0 10 0 00 1 1 1 1 1371 1 1 0 1 001 10 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 13连接实验线路，仔细检查无误BUiiutniLEEUlL-f ledejLJVKBMII 1+1311I器口I：3 总 刘iOGlTininiAUJ-E 口 -LUUNIIE7 IDEiOI ED-fOPOE 口ID.-JLQ-JUPC 口

12、J3ntE；!；!TINIIT.T1Q ms 倒:ZbiJVIICHlTtUT:riT;心lujei3连接实验线路，仔细检查无误BUiiutniLEEUlL-f ledejLJVKBMII 1+1311I器口I：3 总 刘iOGlTininiAUJ-E 口 -LUUNIIE7 IDEiOI ED-fOPOE 口ID.-JLQ-JUPC 口J3ntE；!；!TINIIT.T1Q ms 倒:ZbiJVIICHlTtUT:riT;心lujei J. l_lLmK2BLl _ 厂I斑I；四nH7TTQHIT KlTEiIllUE.口 LDElLD?上LQJZi口 JVE 口中湍汨HJCED-CQTIE

13、nilJT.微控制器时序控制实验接线图:以下为微程序内容，用于验证指令是否可以执行，按下表写入程序地址(八位)机器指令码助记符功能说明400000 0000INDATA-R0410101 0000OR 47HR0+47Hf R0420100 0111430000 0000INDATA-R0440110 0000SUB 47HR0-47HR0450100 011146470000 0001自定义数据4.运行程序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 (0-1)，微地址清零，PC计数器清零，程序首地址为40H。单步运行一条

14、微指令，每按动一次START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。可观察地址等，数据等和微地址灯看结果。连续运行程序使“STATE UNIT”中的STEP开关置于“EXEC”状态，STOP开关置为“RUN”状态。拨动CLR开关，清微地址及PC计数器，按动START，系统连续运行程序，稍后将STOP 拨至“STOP”时，系统停机。实验结果分析经老师检查后，在键盘输入8A与01做以上微程序的逻辑加与减法计算，最后得到 的逻辑加的结果是：8B，正确！减法的结果是89,结果也正确，增加的指令可行。课程设计心得体会本次课程设计，在彭小红老师和黄超英的帮助和指导下，

15、以及组员的积极配合，有 了两天时间基本实现了课程设计的基本要求和功能。通过紧张有序的几天的课程设计实 践，不仅让我们对基本模型机原理和微程序的编辑、写入方法有了进一步的了解，也让 我们觉得自己的动手能力有了很大的提高;在课程设计中自己思考解决遇到的问题，理 论知识得到实际体验，这巩深化和巩固了自己的知识结构；组员之间紧密配合工作，更 加理解了团队合作精神。本设计的难点在于测试字位P(1)、P (4)的功能，只要理解了它是怎么实现程序的 顺序、分支、循环运行的，其它的步骤即可迎刃而解。通过这次实践，使我们懂得，只要自己在每一次实践中都能仔细思考，能亲自动手， 课程设计中遇到的难点都可以顺利解决。每个同学都要多操作演示，理解各个步骤的意 义，只有多操作才能从中发现问题，及时解决问题，从而更好的掌握实验的基本原理。课 程设计目的除工作量和设计质量之外,更重要的是认真去对待，通过设计实践对理论知 识有了更深刻的认识