计算机组成原理课程设计的实验报告

长治学院课程设计报告课程名称：计算机组成原理课程设计设计题目：设计一台性能简单的计算机系别：计算机系专业：计科1101班组别：第三组学生姓名:学号:起止日期:2013年7月4日~2013年7月10日指导教师:张剑妹目录一、课程设计的目的----------------------------------1二、设计要求----------------------------------------1三、设计的方法及过程---------------------------------23.1整机设计--------------------------------------23.1.1根据设计要求正确设置正确设置多路开关-------23.1.2操作控制信号及其实现方式-------------------23.1.3根据接线表画出整机的线路图-----------------23.2．设计指令系统----------------------------------33.3．设计微指令及指令的微程序----------------------43.3.1设计微地址--------------------------------43.3.2写出指令的执行流程-------------------------33.3.3编写指令的微程序---------------------------53.4．编写并执行应用程序----------------------------8四、心得体会-----------------------------------------7一课程设计的目的通过课程设计更清楚地理解下列基本概念：（1）计算机的硬件基本组成；（2）计算机中机器指令的设计；（3）计算机中机器指令的执行过程；（4）微程序控制器的工作原理；（5）微指令的格式设计原理；二设计要求题一研制以台性能如下的实验计算机。（1）没有外部设备；（2）运算器采用单累加器多寄存器结构；（3）操作数寻址方式有：立即数寻址、寄存器寻址、直接寻址；（4）设计由如下指令组成的指令系统，其中L为累加器A，Jx为通用寄存器。将指令的二进制编码填入表中；序号指令助记符指令功能指令编码第一字节第二字节1JIAL，JX(L)+(JX)L2YIDONGL，JX(JX)L3YIDONGJX，L(L)JX4ZHUANGZDIZHI(DIZHI)L5FASONGDIZHIL(DIZHI)6ZHUANZDIZHIL是零转移7ZHUANCYDIZHI有进位转移8ZHUANL0DIZHIL0位是1转移9ZHUANYIDIZHI无条件转移10YIDONGL，SHUJUSHUJUL11YIDONGJX，SHUJUSHUJUJX12TINGJI停机（5）计算各指令的微地址并写出各指令的微程序；（6）将下列程序手工汇编、手工装入并运行，察看运行结果。ORG100START:YiDONGL,#3（5F03H）YIDONGJ1,#05（5905H）JIAL,J1FASONG00DTINGJI·（7）编写汇编语言程序实现如下功能：将内存某两个单元的数据相加后存入另一个单元中，若有进位，则在00B单元中存入数据0，否则在00B单元中存入数据1；（8）将该应用程序机器汇编、机器装入、并连续运行，察看运行结果并验证程序的正确性；三设计的方法及过程3.1整机设计3.1.1根据设计要求正确设置正确设置多路开关(1)设计单累加器多寄存器结构的运算器,要求开关KA、KB、KC、KR分别置左、右、右、下。(2)为了便于微指令的设计,标出在运算器中数据的传输方向。3.1.2操作控制信号及其实现方式微操作控制信号设计的一般原则1)对于电平有效的操作控制信号,可采用微指令码直接控制。2)对脉冲型和电平跳变信号,需外加门电路实现。3)对需多个控制信号的器件,通常将某些信号固定好,其他信号接某个Mi。设计实验接线表按模块逐个归纳整理,明确各模块中各器件各控制信号的处理方法,将其分别接在某个Mi上.1)运算器模块累加器A:X0----M16X1----M17CA----φ累加暂存器ACT:CC----φCG----M5暂存器TMP:CT-----+5VOT----M10算逻单元:S3-S0----M23-M20Cn----M19M----M18输出缓冲器BUF:OB----M8进位产生线路:P2-P0不用SB、SA----X1X0CP----M13+φ2)寄存器堆模块RR----M1WR----M0·φA、B将有指令部件控制3)指令部件模块指令寄存器IR1:GI----M7CI----φ指令寄存器IR2:CL----M14·φIR1、IR2输出控制:OI----M15程序计数器PC:P+1----M6CLR----+5VCK----φLP由LP’通过M9间接控制PC输出控制:PCO由P+1通过M6间接控制4)内存模块:RC----M2(RC’)+φWC----M3(WC’)+φ5)总线缓冲模块:B1、B3----RFB2----RC’6)微程序控制模块微程序计数器MPC:MCLR----ROMCLK----POMLD----M4MP+1----+5V操作码散转控制:MD10-MD6----GNDMD5-MD2----I7-I5,I2MD1-M0----+5V微指令寄存器:MIG----GNDMICP----启停模块产生7)启停和时序模块:DR----M5RCP----φ3.1.3根据接线表画出整机的线路图如下：图1.整机逻辑框图3.2设计指令系统表一指令系统序号指令助记符指令功能指令编码第一字节第二字节1JJLNL，JX(L)+(JX)L111111JX2YIDONGL，JX(JX)L110111JX3YIDONGJX，L(L)JX110110JX4ZHUANGZDIZHI(DIZHI)L10111a10a9a8a7~a05FASONGDIZHIL(DIZHI)10011a10a9a8a7~a06ZHUANZDIZHIL是零转移01100a10a9a8a7~a07ZHUANCYDIZHI有进位转移01101a10a9a8a7~a08ZHUANL0DIZHIL0位是1转移01110a10a9a8a7~a09ZHUANYIDIZHI无条件转移01111a10a9aa7~a0810YIDONGL，SHUJUSHUJUL01011111SHUJU11YIDONGJX，SHUJUSHUJUJX010110JXSHUJU12TINGJI停机000000003.3设计微指令及指令的微程序3.3.1计算微地址微程序入口地址形成方法：MD10MD9MD8MD7MD6MD5MD4MD3MD2MD1MD000000I7I6I5I211取指微指令放在000H处。表二微地址序号指令助记符微地址1JIAL，JX03FH2YIDONGL，JX037H3YIDONGJX，L033H4ZHUANGZDIZHI02FH5FASONGDIZHI027H6ZHUANZDIZHI01BH7ZHUANCYDIZHI01CH8ZHUANL0DIZHI01DH9ZHUANYIDIZHI01DH10YIDONGL，SHUJU017H11YIDONGJX，SHUJU013H12TINGJI003H3.3.2写出指令的执行流程表三指令的执行流程指令助记符节拍微操作控制信号控制信号有效性JlAL，JXT1(ACT)+(JX)→BUF→IDB→L置CYRR,A,B/CN,M,S3,S2,S1,S0OB,XO,X1，CASA,SB,CP0,I1,I01,0,1,0,0,10,1,1,↑1,1,↑YIDONGL，JXT1（JX）→BUF→IDB→LRR,A,B/CN,M,S3,S2,S1,S0OB,XO,X1,CA0,I1,I01,1,0,0,0,01,1,1,↑YIDONGJX，LT1（ACT）→BUF→IDB→JX/CN,M,S3,S2,S1,S0OB,WR,A,B1,1,1,1,1,1,0,0,I1,I0ZHUANGZT1(PC)→IAB→OABPCO,B10,0DIZHI(M)→ODB→IDB→IR2(PC)+1→(PC)RC,B2,B3,CLP+1,CK0,0,0,↑1,↓T2(IR1、IR2)→IAB→OAB(M)→ODB→IDB→LOI,B1RC,B2,B3,XO,X1,CA0,00,0,0,1,1,↑FASONGDIZHIT1(PC)→IAB→OAB(M)→ODB→IDB→IR2(PC)+1→(PC)PCO,B1RC,B2,B3,CLP+1,CK0,00,0,01,↓T2(IR1、IR2)→IAB→OAB（ACT）→BUF→IDB→ODBOI,B1/CN,M,S3,S2,S1,S0OB,B2,B3,WC0,01,0,0,0,0,00,1,0,0ZHUANZDIZHIZHUANCYDIZHIZHUANL0DIZHIZHUANYIDIZHIT1(PC)→IAB→OAB(M)→ODB→IDB→IR2(PC)+1→(PC)PCO,B1RC,B2,B3,CLP+1,CK0,00,0,0,↑1,↓T2（IR1、IR2）→IABIAB→PC(条件成立)OILP01YIDONGL,SHUJUT1(PC)→IAB→OAB(M)→ODB→IDB→L(PC)+1→(PC)PCO,B1RC,B2,B3,X0,X1,CAP+1,CK0,00,0,0,1,1,↑1,↓YIDONGJX，SHUJUT1(PC)→IAB→OAB(M)→ODB→IDB→JX(PC)+1→(PC)PCO,B1RC,B2,B3,WR,A,BP+1,CK0,00,0,0,0,I1,I01,↓TINGJIT1置“0”RUNDR,RCP0,↑3.3.3编写指令的微程序指令的微地址及微指令M23M22M21M20M19M18M17M16M15M14M13S0S1S2S3X0X1M/CN/CPCLM12M11M10M9M8M7M6M5M4M3M2M1M0OIOBLPOTCGMLDDRP+1GIWRRRRCWC表四微指令表指令助记符位23222120191817161514131211109876543210信号S0S1S2S3X0X1MCn’/CP’CL’OIObLP’OtCgMlddrp+1giwr’rrrc’wc’微指令码(十六进制)有效信号*********110000001101000微地址取指微指令000H000000000001111001100101001E65001002TINGJI003000000000000111110010111001F97004000000000001111001100101001E6500500600700800900A00B00C00D00E00F010011012YIDONGJX，SHUJU013000000000001111111111101001FFD014000000000001111001100101001E65015016YIDONGL，SHUJU0170000110000011111111101010C1FF5018000000000001111001100101001E6501901AZHUANZ01B000000000011111111110101003FF5DIZHIZHUANCYDIZHIZHUANL0DIZHIZHUANYIDIZHI01C000000000000101111010111000BD701D000000000001111001100101001E6501E01F020021022023024025026FASONGDIZHI027000000000011111111110101003FF50280000000100000111110101100107D6029000000000001111001100101001E6502A02B000000000011111111110101003FF502C00000