《课程设计的目的》doc版.docx
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《课程设计的目的》doc版计算机组成原理课程设计一、课程设计的目的通过对一个简单计算机的设计,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。
二、实验装置TDN-CM++计算机组成原理教学实验系统一台,排线若干三、课程设计的具体实现题目一:
设计一台模型计算机,实现下列指令系统,并通过给定的工作程序验证上述指令系统。
实验目的:
验证不带进位的加法运算本设计实现的模型机共包含五条机器指令:
IN(输入)、ADD(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):
助记符机器指令码(二进制)说明微程序的入口地址(八进制)IN00000000“INPUTDEVICE”中的开关状态—>R010(取指令后续微指令默认地址为10)ADDaddr00010000XXXXXXXXRO+[addr]——>R011STAaddr00100000XXXXXXXXRO——>[addr]12OUTaddr00110000XXXXXXXX[addr]——>LED13JMPaddr01000000XXXXXXXXaddr——>PC14其中IN为单字长(8位),其余为双字长指令,XXXXXXXX为addr对应的二进制地址码。
一、控制台命令的微程序流程如下(01为取指微指令的地址):
二、指令流程三、工作程序如下:
地址指令00IN01ADC01H03STA[0AH]05OUT[0AH]07JMP01四、本设计的验证程序的内存映象(装入起始地址00H)如下:
地址(二进制)内容(二进制)助记符说明0000000000000000IN将输入数据送R0寄存器0000000100010000ADD[OAH]0000001000001010RO+[0AH]—>R00000001100100000STA[0BH]0000010000001011R0—>[0BH]0000010100110000OUT[0BH]0000011000001011[0BH]—>LED0000011101000000JMP01000010000000000101H—>PC000010010000101000000001输入自定的数据00001011求和结果的存储单元测试数据为:
FEH五、二进制微程序表六、实验程序:
$P0000$M0200C048$M0E00E00F$P0110$M0300E004$M0F00A015$P020A$M0400B005$M1001ED92$P0320$M0501A206$M1101ED94$P040B$M06959A01$M1200A017$P0530$M0700E00D$M13018001$P060B$M08001001$M14002018$P0740$M0901ED83$M15070A01$P0801$M0A01ED87$M1600D181$P0A01$M0B01ED8E$M17070A10$M0C01ED96$M18068A11$M00018110$M0D028201$M0101ED82七、实验连线图运行结果:
输入:
FEH输出:
分别为FF,00,01,02,03,04……八、实验分析:
输入数据FEH到R0,R0+[OAH],然后结果送R0,在将R0中数据送0B,0B中在输出到晶体管。
然后JMP循环执行。
此题为不带进位的加法运算,因为用了JMP指令,所以到最后是无限循环。
题目二:
设计一台模型计算机,实现下列指令系统,并通过下列工作程序验证上述指令系统。
实验目的:
验证带进位的加法运算本模型机共包含五条机器指令:
IN(输入)、ADD(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):
助记符机器指令码说明微程序的入口地址(八进制)IN00000000“INPUTDEVICE”中的开关状态—>R010(取指令后续微指令默认地址为10)ADCImm00010000XXXXXXXXRO+Imm+cy——>R011STAaddr00100000XXXXXXXXRO——>[addr]12OUTaddr00110000XXXXXXXX[addr]——>LED13JMPaddr01000000XXXXXXXXaddr——>PC14一、控制台命令的微程序流程图。
二、指令流程三、工作程序如下:
地址指令00IN01ADC01H03STA[0AH]05OUT[0AH]07JMP01测试数据为:
FEH四、内存映像本设计的验证程序的内存映象(装入起始地址00H)如下:
地址(二进制)内容(二进制)助记符说明0000000000000000IN将输入数据送R0寄存器0000000100010000ADC01H0000001000000001RO+01H—>R00000001100100000STA[0AH]0000010000001010R0—>[0AH]0000010100110000OUT[0AH]0000011000001010[0AH]—>LED0000011101000000JMP01000010000000000101H—>PC0000100100001010输出地址单元五、实验程序:
$P0000$M08001001$P0110$M0901ED84$P0201$M0A01ED87$P0320$M0B01ED8E$P040A$M0C01ED96$P0530$M0D028201$P060A$M0E00E00F$P0740$M0F00A015$P0801$M1001ED92$P0A01$M1101ED94$M1200A017$M00018110$M13018001$M0101ED82$M14002018$M0200C048$M15070A01$M0300E005$M1600D181$M0501A206$M17070A10$M06959B41$M18068A11$M0700E00D六、实验连线图:
运行结果:
输入:
FEH输出:
分别为FF,00,02,03,04……七、实验分析:
由于程序是循环进位+1,当程序运行到FF+01时,产生进位,结果为00H,同时进位标志位cy置1,于是下次循环时,RO+Imm+cy——>R0,变成00+01+01->02.所以输出结果中无01,此题同题目1相类似,题目1为不带进位的加法运算,而此题为带进位的加法运算,因此,程序与题目1稍有不同,03的后续地址由03改为04,06的C字段由000改为101,产生AR信号(AR=0)。
在实验中(微指令中)cn为控制信号,当cn=1,并且ar=0时,把上次运行结果带入下次运算。
当cn=0,屏蔽上次运行结果,不带入下次运算。
这是由硬件决定的。
题目三:
设计一台模型计算机,实现下列指令系统,并用指定的工作程序验证上述指令系统。
实验目的:
学习判断指令BZC及跳转指令本模型机的指令系统及指令格式如下(前4位为操作码):
助记符号指令格式功能微程序入口地址(八进制)MOVrs,rd1000RsrdRsàrd30ADCrs,rd1001RsrdRs+rd+cyàrd31BZC00000000D当cy=1或z=1时,DàPC否则,顺序执行20(取指令后续微指令默认地址为20)INrd010001RdInputDeviceàrd24OUTrd010110RdRdàOutputDevice25HALT01100000停机26其中,rs为源寄存器,rd为目的寄存器,并规定:
Rs或rd选定的寄存器000110R0R1R2一、控制台命令的微程序流程(控制台命令的微程序的入口地址,01为取指令微指令的地址二、指令流程三、工作程序如下:
地址指令00INR001INR202ADCR2,R003MOVR0,R104OUTR105BZC0207HLT测试数据为两组:
(1)R0=FE;R2=01H
(2)R0=FF;R2=01H四、内存映像地址(二进制)内容(二进制)助记符说明0000000001000100IN将输入数据送R0寄存器0000000101000110IN将输入数据送R2寄存器0000001010011000ADCR2,R0RO+R2—>R00000001110000001MOVR0,R10000010001011001OUTR1输出R1到LED0000010100001100BZC02判断ZI和CY00000110000001000000011101100000HALT程序终止五、实验程序:
$P0044$M0400E023$P0146$M0801ED8A$P0298$M0901ED8C$P0381$M0A00A03B$P0459$M1001ED83$P050C$M14001001$P0602$M15030401$P0760$M16018016$M18019201$M00018108$M1901A22A$M0101ED82$M2A01B42B$M0200C050$M2B959B41$M0300A0E0$M3405DB81六、实验连线图:
运行结果:
输入:
FEH01输出:
FF输入:
FFH01输出:
00,02七、实验分析:
BZC的功能:
当cy=1或z=1时,DàPC否则,顺序执行。
当输入FEH时,+1后不会产生近位,结果也不为零,所以程序顺序执行。
当输入FFH时,+1后cy=1同时Z=1,程序跳转到02位置循环一次后,再停机。
20PC->AR;PC+103RAM->BUS;BUS->DR140NP(3)6040Y01DR1->BUS;BUS->PC01题目四:
设计一台模型计算机,完成下列指令系统,并编写工作程序验证上述指令系统实验目的:
左移和中断跳转指令的学习本模型机共设计16条基本指令,其中算术逻辑指令9条,访问内存指令和程序控制指令4条,输入输出指令2条,其它指令1条。
下表列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。
类型助记符号指令格式功能微程序入口地址(八进制)算术逻辑指令CLRrd011100rd0àrd27MOVrs,rd1000RsrdRsàrd30ADCrs,rd1001RsrdRs+rd+cyàrd31SBCrs,rd1010RsrdRs-rd-cyàrd32INCrd1011RdRd+1àrd33ANDrs,rd1100rsrdRs∧rdàrd34COMrd1101Rdrdàrd35RRCrs,rd1110RsRd36RLCrs,rd1111RsRd37访存指令LDAM,D,rd00M00RdDEàrd40STAM,D,rd00M01RdDRdàE41程序控制指令JMPM,D00M1000DEàPC42BZC00M1100D当cy=1或z=1时,EàPC43输入输出INaddr,rd010001RdAddràrd24OUTaddr,rd010110RdRdàaddr25其它HALT01100000停机26下面对各种指令格式加以说明:
(1)算术逻辑指令算术逻辑运算指令共9条,用单字节表示,寻址方式采用寄存器直接寻址,格式为:
76543210OP-CODERsrd其中,OP-CODE为操作码,rs为源寄存器,rd为目的寄存器,并规定:
Rs或rd选定的寄存器000110R0R1R2
(2)访存指令及程序控制指令模型机设计两条访存指令,即存数(STA)、取数(LDA),两条转移指令,即无条件转移指令(JMP)、结果为0或有进位转移指令(BZC),指令格式为:
7654321000MOP-CODErdD其中,OP-CODE为操作码,rd为目的寄存器地址(LDA、STA指令使用),D为位移量(正负均可),M为寻址模式,其定义为:
寻址模式M有效地址E说明微程序入口00011011E=DE=(D)E=(RI)+DE=(PC)+D直接寻址间接寻址RI变址寻址相对寻址20212223变址寻址寄存器指定为寄存器R2。
(3)输入/输出指令输入输出指令均采取单字节指令,其格式如下:
76543210OP-CODEaddrrd其中,addr=01时,选中“InputDevice”中的开关组作为输入设备,addr=10时,选中“OutputDevice”中的数码显示作为输出设备。
(4)停机指令用于实现停机操作。
一、控制台命令的微程序流程二、指令流程三、工作程序如下:
IN01,R0IN01,R2ADCR2,R0MOVR0,R1RLCR1,R1OUTR1BZC00,00HLT四、内存映像地址(二进制)内容(二进制)助记符说明0000000001000100IN将输入数据送R0寄存器0000000101000110IN将输入数据送R2寄存器0000001010011000ADCR2,R0RO+R2—>R00000001110000001MOVR0,R10000010011110101RLCR1,R1R0—>[0AH]0000010101011001OUTR1输出R1到LED0000011000001100BZC04判断ZI和CY00000111000001000000100001100000HALT程序终止五、实验程序:
$P0044$M1001ED83$P0146$M14001001$P0298$M15030401$P0381$M16018016$P04F5$M18019201$P0559$M1901A22A$P060C$M1F318239$P0702$M20009001$P0860$M230180E4$M24018001$M00018108$M2A01B42B$M0101ED82$M2B959B41$M0200C050$M3405DB81$M0300A004$M3A019801$M0400E0A0六、实验连线图:
七、运行结果及实验分析:
同实验三相似,但多出了一个左移的指令。
测试数据1:
01H01H执行一次,输出04后停机测试数据2:
FEH01H执行一次后不停机,再执行一次,输出0A后停机实验心得:
通过两天的课程设计,我对计算机组成原理有了深刻,使我从对这门课的开始忘记到现在的比较深刻的理解,对计算机指令和微程序及一些部件理解更深,比较熟悉计算机内部部件的运行,并且实验下,我的动手能力有了更进步的提高,在这感谢两位老师的耐心指导!
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