基本模拟机设计

/计算机组成原理课程设计报告班级：13级计算机科学和技术专业（朝）学号：姓名：题目：成果：课程设计任务书一、设计的目的和意义综合运用所学计算机组成原理学问，人为模拟各部件单元中的限制信号实现常用部件电路及之间的信息通路的设计，进一步加强理论学问和应用相结合的实践和熬炼。通过这次设计能够巩固所学的学问，使自己的设计水平和对所学学问的应用实力，以及分析问题、解决问题的实力得到全面提高。二、设计班级13级计算机科学和技术专业（朝）三、设计支配设计时间为一周（第十七周）。周一上午动员，支配设计任务。周五提交设计报告，并以答辩的方式考核。依据统一支配主动和指导老师保持联系，取得老师的指导和帮助。课程设计试验室：试验楼313室四、成果评定平常成果10%，电路原理图占30%，设计报告占30%，设计答辩占30%。设计过程要保证具有独立学问产权，不能抄袭他人的设计成果，一经发觉雷同状况按不及格处理；如不参加设计、参加无设计报告按不及格处理。五、设计要求设计报告应包含题目、系统概述（设计的目的和意义）、系统设计的具体说明（含操作过程）、结论、相识体会等几部分，要对设计重点进行论述和说明。文中符号、图、表要符合国家统一标准。要画出必要的电路原理图。编写程序及课程设计报告（不少于1500字）。六、设计题目及要求

6.18位算术逻辑运算器设计参考：试验教程中算术逻辑运算试验（1）系统运用的芯片：74LS181、74LS273、74LS245、LED及各种开关；（2）能实现8位二进制数的算术运算和逻辑运算；（3）能显示参加运算的数据、显示运算结果；6.2８位带进位限制的运算器设计参考：试验教程中进位限制试验（1）系统运用的芯片：74LS181、74LS273、74LS245、74LS74、LED及各种开关；（2）能实现8位二进制数的加法运算，并产生进位；（3）能显示参加运算的数据、显示运算结果及进位状况；6.3微程序限制器设计参考：试验教程中微程序限制器试验（1）实现5条机器指令功能：IN、ADD、STA、OUT、JMP；（2）设计出上述指令的微程序流程图及二进制代码表；（3）编制微程序、写入CM中并运行微程序，观查结果；6.4硬布线限制器设计参考：试验教程中硬布线限制器试验（1）实现X+Y功能，即由输入部分输入两个数据，输出显示结果。（2）写出硬布线限制器的设计步骤；（3）输入3组数据，观查结果，驾驭硬布线限制器的组成原理；6.5基本模型机设计和实现参考：试验教程中基本模型机设计试验（1）给出模型机的设计方案（包括指令系统和硬件结构）；（2）画出所设计计算机的硬件连接图，针对所设计的指令系统编写出相应的微程序；（3）对所设计的计算机进行测试。 6.6困难模型机设计和实现参考：试验教程中困难模型机设计试验（1）给出模型机的设计方案（包括指令系统和硬件结构）；（2）画出所设计计算机的硬件连接图，针对所设计的指令系统编写出相应的微程序；（3）对所设计的计算机进行测试。

计算机组成原理课程设计报告1设计题目基本模型机设计和实现2试验设备1．TDN-CM+或TDN-CM++教学试验系统一台。2．PC微机一台。3试验目的1．在驾驭部件单元电路试验的基础上，进一步将其组成系统构造一台基本模型计算机。2．为其定义五条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试驾驭整机概念4试验原理部件试验过程中，各部件单元的限制信号是人为模拟产生的，而本次试验将在微程序限制下自动产生各部件单元限制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的限制将由微程序限制器来完成，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段微程序。本试验接受五条机器指令IN（输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件转移），其指令格式如下（前４位为操作码）：其中IN为单字长（８位），其余为双字长指令，××××××××为addr对应的二进制地址码。为了向RAM中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，还必需设计三个限制台操作微程序。存储器读操作（KRD）：拨动总清开关CLR后，限制台开关SWB、SWA为“００”存储器写操作（KWE）：拨动总清开关CLR后，限制台开关SWB、SWA置为“０１”时，按START微动开关可对RAM进行连续手动写入。启动程序：拨动总清开关CLR后，限制台开关SWB、SWA置为“１１”微动开关，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行。上述三条限制台指令用两个开关SWB、SWA的状态来设置，其定义如下：依据以上要求设计数据通路框图，如图6.5-1。微代码定义如表6.5-1所示。系统涉及到的微程序流程见图6.5-2，这里“取指”是公用微指令，为了能确定不同机器指令有各自不同的微程序转向，我们在这里以指令寄存器的前４位（IR7—IR4）作为测试条件，引入了P（1）指令测试字段，如此，对于5条机器指令，就可以有５路P（1）测试分支，对于每一指令分别予以微程序说明。限制台操作为P（4）测试，它以限制台开关SWB、SWA作为测试条件，出现了３路分支，占用３个固定微地址单元。当分支微地址单元固定后，剩下的其它地方就可以一条微指令占用控存一个微地址单元随意填写。留意：微程序流程图上的单元地址为８进制。当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，表6.5-2即为将图6.5-2的微程序流程图按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”。下面介绍指令寄存器（IR）：指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把它从内存取到指令寄存器中，然后再对其进行译码、执行。指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必需对操作码进行测试［P（1）］，通过节拍脉冲T4的限制以便识别所要求的操作。“指令译码器”（试验板上标有“INSDECODE”的芯片）依据指令中的操作码译码强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。本系统有两种外部I/O设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备（INPUTDEVICE）；另一种是数码块，它作为输出设备（OUTPUTDEVICE）。例如：输入时，二进制开关数据干脆经过三态门送到总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不变。输出时，将输出数据送到数据总线上，当写信号（W/R）有效时，将数据打入输出锁存器，驱动数码块显示。本试验设计机器指令程序如下：5试验步骤(1)按图6.5-3连接试验线路。(2)写程序方法一：手动写入①先将机器指令对应的微代码正确地写入2816中，由于在试验三微程序限制试验中已将微代码写入E2PROM芯片中，比照表6－２校验正确后就可运用。②运用限制台KWE和KRD微程序进行机器指令程序的装入和检查。Ａ.使编程开关处于“RUN”，STEP为“STEP”状态，STOP为“RUN”状态。Ｂ.拨动总清开关CLR（1→0→1），微地址寄存器清零，程序计数器清零。然后使限制台SWB、SWA开关置为“01”，按动一次启动开关START，微地址显示灯显示“010001”，再按动一次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，按动两次START键后，即完成该条指令的写入。若细致阅读KWE的流程，就不难发觉，机器指令的首地址总清后为零，以后每个循环PC会自动加1，所以，每次按动START，只有在微地址灯显示“010100Ｃ.写完程序后须进行校验。拨动总清开关CLR（1→0→1）后，微地址清零。PC程序计数器清零，然后使限制台开关SWB、SWA为“００”，按动启动START，微地址灯将显示“010000”，再按START，微地址灯显示为“010010”，第三次按START，微地址灯显示为“010111”方法二：联机读／写程序依据规定格式，将机器指令及表6.5-2微指令二进制表编辑成十六进制的如下格式文件。微指令格式中的微指令代码为将表6.5-2中的24位微代码按从左到右分成3个8位，将此三个8位二进制代码化为相应的十六进制数即可。用联机软件的“【转储】—【装载】”功能将该格式文件装载入试验系统即可。(3)运行程序方法一：本机运行①单步运行程序Ａ.使编程开关处于“RUN”状态，STEP为“STEP”状态，STOP为“RUN”状态。Ｂ.拨动总清开关CLR（1→0→1），微地址清零，程序计数器清零。程序首址为00H。Ｃ.单步运行一条微指令，每按动一次START键，即单步运行一条微指令。比照微程序流程图，视察微地址显示灯是否和流程一样。Ｄ.当运行结束后，可检查存数单元（0BH）中的结果是否和理论值一样。②连续运行程序Ａ.“STATEUNIT”中的STEP开关置为“EXEC”状态。STOP开关置为“RUN”状态。Ｂ.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。Ｃ.停机后，可检查存数单元（0BH）结果是否正确。方法二：联机运行联机运行程序时，进入软件界面，装载机器指令及微指令后，选择“【运行】－【通路图】－【困难模型机】”功能菜单打开相应动态数据通路图，按相应功能键即可联机运行、监控、调试程序。）总清开关CLR清零（1→0→1）后,将使程序首址及微程序地址为00H，程序可从头起先运行。6试验数据输入数据结果理论值结果是否和理论值相等020303是050607是070808是040505是060707是080909是7结论（包括完成功能、不足、进一步的工作等）这次我们一组做的题目是基本模型机,这个模型机须要包括输入INT、输出OUT、存数STA、加ADD、跳转JMP、和AND这六个运算,我们实训在试验课阶段已经支配了关于简洁模型机的学习,所以我们对设计充溢了新颖 。老师给我们讲授了基本的实训课时支配,我觉得原理很清晰,我们须要将相应的机器指令码设计出来,通过计算机程序将其输入到连接好的试验箱上去,关于从SN~UA0的24位二进制代码,我学习过基本模型机指令结构图,了解到微地址是以八进制来设计的,S3~CN是逻辑算术运算,WE=1时代表写,WE=0时代表读,UA5~UA0代表下址这些学问虽然很简洁,但的确是我规划主程序流程图的最重要依据,关于A字段,B字段,P字段,从指导书上的对应意义可以轻松的得出。关于机器指令程序阶段的部分,对我来说是最难的部分,依据我先设计的流程图将相应的地址的内容精确的告知给试验箱,一切连接起来让我觉得这个实训很好玩味,中间走了很多弯路,当我们请教银老师问题时，老师很细心的给我们讲解,很清晰,很明白,我们很庆幸有她做我们的指导老师。其实,这个课程设计并不难,老师是想给我们找点计算机组成原理的自己的感觉,全部的都是由那些琐碎的学问结合在一起构成的。期间,最耽搁时间、考验耐性和细心的就是指令