1、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 一、课程设计的目的 -1二、设计要求 -1三、设计的方法及过程-2 3.1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-2 3.2设计指令系统-3 3.3设计微指令及指令的微程序-43.3.1设计微地址 -4 3.
2、3.2写出指令的执行流程-3 3.3.3编写指令的微程序-5 3.4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
3、能指令编码第一字节第二字节1JIA L，JX(L)+(JX) L2YIDONG L，JX(JX) L3YIDONG JX，L(L) JX4ZHUANGZ DIZHI(DIZHI) L5FASONG DIZHIL (DIZHI)6ZHUANZ DIZHIL是零转移7ZHUANCY DIZHI有进位转移8ZHUANL0 DIZHIL0位是1转移9ZHUANYI DIZHI无条件转移10YIDONG L，SHUJUSHUJU L11YIDONG JX，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。O
4、RG 100START: YiDONG L,#3 （5F03H） YIDONG J1,#05 （5905H） JIA L,J1 FASONG 00D TINGJI（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
5、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-M16 X1-M17 CA-累加暂存器ACT: CC- CG-M5暂存器TMP: CT-+5V OT-M10算逻单元: S3-S0-M23-M20 Cn-M19 M-
6、M18输出缓冲器BUF: OB-M8 进位产生线路: P2-P0不用 SB、SA-X1X0 CP-M13+ 2) 寄存器堆模块 RR-M1 WR-M0 A、B将有指令部件控制 3) 指令部件模块 指令寄存器IR1: GI-M7 CI- 指令寄存器IR2: CL- M14 IR1、IR2输出控制: OI-M15 程序计数器PC: P+1-M6 CLR-+5V CK- LP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)+ WC-M3(WC)+5) 总线缓冲模块: B1、B3-RF B2-RC6)微程序控制模块 微程序计数器MPC: MC
7、LR-RO MCLK-PO MLD-M4 MP+1-+5V 操作码散转控制: MD10-MD6-GND MD5-MD2-I7-I5,I2 MD1-M0-+5V 微指令寄存器: MIG-GND MICP-启停模块产生 7) 启停和时序模块: DR-M5 RCP-3.1.3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1JJLN L，JX(L)+(JX) L111111JX2YIDONG L，JX(JX) L110111JX3YIDONG JX，L(L) JX110110JX4ZHUANGZ DIZHI(D
8、IZHI) L10111a10a9a8a7a05FASONG DIZHIL (DIZHI)10011 a10a9a8a7a06ZHUANZ DIZHIL是零转移01100a10a9a8a7a07ZHUANCY DIZHI有进位转移011 01a10a9a8a7a08ZHUANL0 DIZHIL0位是1转移01110 a10a9a8a7a09ZHUANYI DIZHI无条件转移01111a10a9a8a7a010YIDONG L，SHUJUSHUJU L01011111SHUJU11YIDONG JX，SHUJUSHUJU JX010110JXSHUJU12TINGJI停机000000003.3
9、 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：MD10 MD9 MD8 MD7 MD6 MD5 MD4 MD3 MD2 MD1 MD0 0 0 0 0 0 I7 I6 I5 I2 1 1取指微指令放在000H处。 表二 微地址序号指令助记符微地址1JIA L，JX03FH2YIDONG L，JX037H3YIDONG JX，L033H4ZHUANGZ DIZHI02FH5FASONG DIZHI027H6ZHUANZ DIZHI01BH7ZHUANCY DIZHI01CH8ZHUANL0 DIZHI01DH9ZHUANYI DIZHI01DH10YIDONG L，SH
10、UJU017H11YIDONG JX，SHUJU013H12TINGJI003H 3.3.2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JlA L，JXT1 (ACT)+(JX)BUFIDBL 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,YIDONG L，JXT1（JX）BUFIDBLRR,A,B/CN,M,S3,S2,S1,S0OB,XO,X1,CA0,I1,I01,1,0,0,0,01,1,1,YIDONG JX，LT1（ACT）BUFIDBJX/CN
11、,M,S3,S2,S1,S0OB,WR,A,B1,1,1,1,1,1,0,0,I1,I0ZHUANGZ DIZHIT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBIR2(PC)+1(PC)PCO,B1RC,B2,B3,CLP+1,CK0,00,0,0,1,T2(IR1、IR2)IABOAB(M)ODBIDBLOI,B1RC,B2,B3,XO,X1,CA0,00,0,0,1,1,FASONG DIZHIT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBIR2(PC)+1(PC)PCO,B1RC,B2,B3,CLP+1,CK0,00,0,01,T2(IR1、IR2)IABOAB（ACT）BUFIDBODBOI,
12、B1/CN,M,S3,S2,S1,S0OB,B2,B3,WC0,01,0,0,0,0,00,1,0,0ZHUANZ DIZHIZHUANCY DIZHIZHUANL0 DIZHIZHUANYI DIZHIT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBIR2(PC)+1(PC)PCO,B1RC,B2,B3,CLP+1,CK0,00,0,0,1,T2（IR1、IR2）IABIABPC(条件成立)OILP01YIDONG L,SHUJUT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBL(PC)+1(PC)PCO,B1RC,B2,B3,X0,X1,CAP+1,CK0,00,0,0,1,1,1,YIDONG JX
13、，SHUJUT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBJX(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M23 M22 M21 M20 M19 M18 M17 M16 M15 M14 M13 S0 S1 S2 S3 X0 X1 M /CN / CP CLM12 M11 M10 M9 M8 M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 M0 OI OB LP OT CG MLD DR P+1 GI WR RR RC WC 表四 微指令表 指令助
14、记符位23 22 21 2019 18 17 1615 14 13 1211 10 9 87 6 5 43 2 1 0信号S0S1S2S3X0X1MCn/CPCLOIObLPOtCgMld dr p+1 giwrrr rcwc微指令码(十六进制)有效信号* * * * * * * 1 1 00 0 0 00 1 1 01 0 0 0微地址取指微指令000H0 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E65001002TINGJI0030 0 0 00 0 0 00 0 0 01 1 1 11 0 0 10 1 1 1 001F970040 0 000
15、 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 01001E6500500600700800900A00B00C00D00E00F010011012YIDONG JX，SHUJU0130 0 0 00 0 0 00 0 0 11 1 1 11 1 1 1 1 10 1001FFD0140 0 0 00 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 01001E65015016YIDONG L，SHUJU0170 0 0 01 1 0 00 0 0 11 1 1 11 1 110 1 0 10C1FF50180 0 0 00 0 0 00 0 0 11 11 00 1
16、 1 00 1 01001E6501901AZHUANZ DIZHIZHUANCY DIZHIZHUANL0 DIZHIZHUANYI DIZHI01B0 0 0 00 0 0 0 0 0 1 11 1 1 11 1 1 10 1 0 1003FF501C0 0 0 00 0 0 00 0 0 01 0 1 11 1 0 10 1 1 1000BD701D0 0 0 00 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E6501E01F020021022023024025026FASONG DIZHI0270 0 0 00 0 0 00 0 1 11 1 1 11 1
17、 1 10 1 0 1003FF50280 0 0 00 0 0 10 0 0 00 1 1 11 1 0 10 1 1 00107D60290 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E6502A02B0 0 0 00 0 0 00 0 1 11 1 1 11 1 1 10 1 0 1003FF502C0 0 0 00 0 0 10 0 0 00 1 1 11 1 0 10 1 1 00107D602D0 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E6502EZHUANGZ DIZHI02F0 0 0 00
18、 0 0 0 0 0 1 11 1 1 11 1 1 10 1 0 1003FF50300 0 0 01 1 0 00 0 0 01 1 1 11 1 0 10 1 0 10C0FD50310 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E65032YIDONG JX，L033111100110001011111011111F317DF0340 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E65035036YIDONG L，JX0370000111110011111110100110F9F030380 0 000
19、0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E6503903A03B03C03D03EJIA L，JX03F1 0 0 11 1 0 10 1 0 10 1 1 11 1 0 10 0 1 19D57D30400 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E653.4 编写并执行应用程序汇编程序为： ORG 100START: YIDONG L,#03 YIDONG J1,#05 JIA L,J1 FASONG 00D TINGJI 要求使用机器汇编和手工汇编两种方法执行应用程序,最后结果放在00D中，即显示08。（1）手工
20、汇编(对照表一系统) ORG 100START: YIDONG L,#03 ； 5F03H YIDONG J1,#05 ； 5905H JIA L,J1 ； fd98H FASONG 00D ； 0D00H TINGJI ； 00 包括微指令存控存，将指令存入主存。a将微指令装入控存CM中(开关拨至CM端) 指令助记符微地址节拍T0T1T2YIDINGL L,SHUJU 017H 0C1FF5001E65 YIDONG JX，SHUJU 013H 001FFD 001E65JIA L,J1 03FH 9D57D3 001E65FASONG DIZHI 027H 003FF5 0107D6001
21、E65TINGJI 003H 001F97 001E65 b.将指令装入主存M中(开关拨至M端) 指令指令功能主存地址手工汇编ORG 100 程序段首地址100YiDONG L,#03 将03送至累加器中1005F10103 YIDONG J1,#05将05送至寄存器1中1025910305JIA L,J1 (L)+(J1)(L)104FDFASONG 00D 将累加器内容送至00d单元106981070DTINGJI 停机10800c.检查结果如下：键入的指令显示运行结果注释主存地址指令内容100 LOAD1005F送程序的首地址STEP1005F 执行第一条指令 YiDONG L,#03
22、STEP10103STEP10259执行第二条指令 YIDONG J1,#05 STEP10305STEP104FD执行第三条指令JIA L,J1 STEP1FF08显示运算结果STEP10598执行第四条指令FASONG 00D STEP106ODSTEP00D08显示00D的内容STEP10700执行第五条指令 TINGJI STEP1FFFF 停机完成(2) 机器汇编方法 FD-CES系统软件视为FD-CES实验仪于PC机相连以构成高层次试验系统用的配套软件，它提供屏幕编辑、汇编、反汇编、文件传送及调试等功能，该软件在Windows 下运行。 在设计实验计算机时，需要通过屏幕编辑来设计四类文件，即： a. 微指令定义文件(BIT.DEF)： 用户可定义24位长的微指令的各位意义，在调试时将显示对应位的微指令的有效操作、高电平操作、低电平操作或无效操作。 源程序：S0 S1 S2 S3 X0 X1 M /CN NONE CP CL OI OB LP OT CG MLD DR P+1 GI WR RR RC WC b.指令定义文件(INS.DEF) 源程序: ;This is an example for multi accumulator ( book page-153): ?2 -JIA -YIDONG -YIDONG 4 4
