说明书

1计算机组成原理课程设计任务书（09级）题目：模型机设计—2学生姓名：吴念念学号：09730220班级：计算机科学与技术（2）班指导老师：包仲贤一、计算机组成原理课程设计题目简介设计要求学生根据计算机组成原理课程所学知识，设计、开发一套简单的模型计算机。通过对一个简单计算机的设计，以达到对计算机的基本组成、不见的功能与设计、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解，加深对理论课程的理解。通过模型机的设计和调试，连贯运用计算机组成原理课程学到的知识，建立计算机整机概念，加深计算机时间和空间概念的理解。二、计算机组成原理课程设计的任务1、查阅文献资料，一般在5篇以上；2、以教学实验用模型机为北京，通过调研、分析现有的模型机，建立带有8位自增、自减指令的整机模型；3、完成系统编程与测试工作；4、撰写设计说明书；5、做好答辩工作。三、计算机组成原理课程设计的主要内容、功能及技术指标1、根据任务要求设计整机系统的方案。2、存储系统:实用模型机的存储模块，说明存储器的输入输出时序，模块连接方式等。3、运算器：实用模型机的器件，组成带有片间串行进位16位算数逻辑运算功能的运算器。4、微程序控制模块：实用教学机的系统，设计微程序控制器。5、设计摸高星级指令系统：（含设计微指令格式、微程序流程图，每条指令所对应的围城粗等）。指令系统包括如下指令：IN、OUT、STA、LDA、JMP、BZC、CLR、MOV、ADD、SUB、ADC、ADT、INC、DEC、SBD、SBC。26、了解并说明教学模型机的输入输出模块。7、在自己设计的指令系统基础上，编制一个汇编语言小程序并进行调试通过。8、整机设计分模块进行，说明模块数据和控制信号的来源、去向、功能、时序，以及模块见数据和控制信号的来源、去向、功能、时序等。四、完成课程设计报告1、设计题目、设计任务、实验设备与器材；2、整机设计方案，设计原理与内容；3、画出模型机数据通路图；4、画出设计的模型机微程序流程图和微程序；5、说明指令系统的格式；6、说明模块中数据和控制信号的来源、去向、功能、时序，以及模块间数据和控制信号的来源、去向、功能、时序等；7、调试情况，调试过程中遇到的主要问题，是如何解决的；岁设计和编码的回顾讨论和分析；改进设想；经验和体会等；五、计算机组成原理课程设计提交的成果1．设计说明书一份，内容包括：1）中文摘要100字，关键词3-5个；2）前言；3）设计的目的及设计原理；4）模型机的逻辑结构及框图；5）运算器的物理结构；6）存储器系统的组成和说明；7）指令系统的设计与指令格式分析；8）微程序控制器的逻辑结构及功能；9）为城西的设计与实现（含微指令格式、后续地址产生方法以及微程序入口地址的形成）；10）系统调试报告；11）设计总结。2．刻制光盘一张。六、设计（论文）的主要参考文献1.白中英.计算机组成原理.科学术出版社，2006.82.白中英.计算机组成原理题解、题库、实验.科学术出版社，2006.83.王爱英，计算机组成与结构，清华大学出版社，19994.王诚，计算机组成与结构，清华大学出版社，1999清华大学出版社，19995.唐朔飞.计算机组成原理，高等教育出版社，19933七、各阶段时间安排（共2周）周次日期内容地点完成情况教师签字第一周星期一教师讲解设计难点，准备参考资料教室星期二、三分析系统，方案设计教室星期四、五编程教室第二周星期一、二调试系统教室星期三、四编写设计说明书教室星期五答辩教室4摘要基本模型机的设计要实现计算机的基本组成、部件的功能与设计、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试，并且连贯运用计算机组成原理课程学到的知识，建立计算机整机概念，加深计算机时间和空间概念的理解。本次课程设计借助DVCC系列实验计算机系统，完成了对设计的基本模型机指令的装入，并通过设计监控程序，验证所设计的微程序代码的正确性。关键字：基本模型机、存储器系统、微程序控制器、微指令、机器指令。5前言《计算机组成原理》是大学本科计算机相关专业的一门核心专业基础必修课程，在先导课和后继课之间起着承上启下的作用。主要包括计算机硬件系统的基本原理与内部运行机制，是进一步学习计算机系统结构的基础，该课程内容的工程性，技术性和实用性都比较强。这门课程是其他诸多类专业的重要选修课，开设这门课可以为理解、应用和开发程序提供技术和方法支持，为后续课程的学习提供重要思想和方法基础，同时对于自己逻辑思维培养和程序设计思想体系的建立有着重要的影响。计算机组成原理讲授单处理机系统的组成和工作原理，课程教学具有知识面广，内容多，难度大，更新快等特点。此次课程设计目的就是为了加深对计算机的时间和空间概念的理解,增强对计算机硬件和计算机指令系统的更进一步了解。计算机组成原理课程设计目的是为加深对计算机工作原理的理解以及计算机软硬件之间的交互关系。不仅能加深对计算机的时间和空间的关系的理解，更能增加如何实现计算机软件对硬件操作，让计算机有条不紊的工作。学好《计算机组成原理》仅仅通过课堂教学或自学获取理论知识是远远不够的，还必须加强实践，亲自实践。在大学学习时，知识是通过一门门独立的课程传授的，而实际问题之能够顺利地得到解决，不但需要多方面的知识，而且还需要善于对这些知识综合地加以运用。这次课设正是给我们了一次自己动脑动手的机会。6目录摘要...........................................................................................................................................1前言...........................................................................................................................................5目录...........................................................................................................................................6第一章设计目的及设计原理...........................................................................................7第二章总体设计................................................................................................................10第三章详细设计................................................................................................................113.1运算器的物理结构.....................................................................................113.2存储器系统的组成与说明.........................................................................143.3指令格式的设计与指令格式分析.............................................................153.4微程序控制器的逻辑机构及功能.............................................................183.5微程序的设计与实现.................................................................................22第四章系统调试................................................................................................................31设计总结................................................................................................................................33参考文献................................................................................................................................34致谢.........................................................................................................................................357第一章设计目的及设计原理融会贯通计算机组成原理课程中各章的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识，特别是对硬连线控制器的认识，建立清晰的整机概念。对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解,加深对理论课程的理解。在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统地构造一台基本模型计算机。（1）运算器设计中所用的运算器数据通路，其中运算器由两片74LS181以并/串形成8位字长的ALU构成。运算器的输出经过一个三态门74LS245(U33)到ALUO1插座，实验时用8芯排线和内部数据总线BUSD0～D7插座BUS1～6中的任一个相连，内部数据总线通过LZD0～LZD7显示灯显示；运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器74LS273（U29、U30）锁存，两个锁存器的输入并联后连至插座ALUBUS，测试时通过8芯排线连至外部数据总线EXD0～D7插座EXJ1～EXJ3中的任一个；参与运算的数据来自于8位数据开并KD0～KD7，并经过一三态门74LS245（U51）直接连至外部数据总线EXD0～EXD7，通过数据开关输入的数据由LD0～LD7显示。算术逻辑运算功能发生器74LS181（U31、U32）的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M并行相连后连至SJ2插座，测试时通过6芯排线连至6位功能开关插座UJ2，以手动方式用二进制开关S3、S2、S1、S0、CN、M来模拟74LS181（U31、U32）的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M；其它电平控制信号LDDR1、LDDR2、ALUB`、SWB`以手动方式用二进制开关LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB来模拟，这几个信号有自8动和手动两种方式产生，通过跳线器切换，其中ALUB`、SWB`为低电平有效，LDDR1、LDDR2为高电平有效。另有信号T4为脉冲信号，在手动方式下进行实验时，只需将跳线器J23上T4与手动脉冲发生开关的输出端SD相连，按动手动脉冲开关，即可获得实验所需的单脉冲。带进位控制运算器增加进位控制部分，其中高位74LS181（U31）的进位CN4通过门UN4E、UN2C、UN3B进入UN5B的输入端D，其写入脉冲由T4和AR信号控制，T4是脉冲信号，在手动方式下进行实验时，只需将跳线器J23上T4与手动脉冲发生开关的输出端SD相连，按动手动脉