计算机组成原理课程设计的实验报告.docx
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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--------------------------------------2
3.1.1根据设计要求正确设置正确设置多路开关-------2
3.1.2操作控制信号及其实现方式-------------------2
3.1.3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----------------------4
3.3.1设计微地址--------------------------------4
3.3.2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
指令功能
指令编码
第一字节
第二字节
1
JIAL,JX
(L)+(JX)L
2
YIDONGL,JX
(JX)L
3
YIDONGJX,L
(L)JX
4
ZHUANGZDIZHI
(DIZHI)L
5
FASONGDIZHI
L(DIZHI)
6
ZHUANZDIZHI
L是零转移
7
ZHUANCYDIZHI
有进位转移
8
ZHUANL0DIZHI
L0位是1转移
9
ZHUANYIDIZHI
无条件转移
10
YIDONGL,SHUJU
SHUJUL
11
YIDONGJX,SHUJU
SHUJUJX
12
TINGJI
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。
ORG100
START:
YiDONGL,#3(5F03H)
YIDONGJ1,#05(5905H)
JIAL,J1
FASONG00D
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+φ
2)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·φ
IR1、IR2输出控制:
OI----M15
程序计数器PC:
P+1----M6CLR----+5VCK----φ
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’)+φWC----M3(WC’)+φ
5)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----PO
MLD----M4MP+1----+5V
操作码散转控制:
MD10-MD6----GND
MD5-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----φ
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
1
JJLNL,JX
(L)+(JX)L
111111JX
2
YIDONGL,JX
(JX)L
110111JX
3
YIDONGJX,L
(L)JX
110110JX
4
ZHUANGZDIZHI
(DIZHI)L
10111a10a9a8
a7~a0
5
FASONGDIZHI
L(DIZHI)
10011a10a9a8
a7~a0
6
ZHUANZDIZHI
L是零转移
01100a10a9a8
a7~a0
7
ZHUANCYDIZHI
有进位转移
01101a10a9a8
a7~a0
8
ZHUANL0DIZHI
L0位是1转移
01110a10a9a8
a7~a0
9
ZHUANYIDIZHI
无条件转移
01111a10a9a8
a7~a0
10
YIDONGL,SHUJU
SHUJUL
01011111
SHUJU
11
YIDONGJX,SHUJU
SHUJUJX
010110JX
SHUJU
12
TINGJI
停机
00000000
3.3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:
MD10MD9MD8MD7MD6MD5MD4MD3MD2MD1MD0
00000I7I6I5I211
取指微指令放在000H处。
表二微地址
序号
指令助记符
微地址
1
JIAL,JX
03FH
2
YIDONGL,JX
037H
3
YIDONGJX,L
033H
4
ZHUANGZDIZHI
02FH
5
FASONGDIZHI
027H
6
ZHUANZDIZHI
01BH
7
ZHUANCYDIZHI
01CH
8
ZHUANL0DIZHI
01DH
9
ZHUANYIDIZHI
01DH
10
YIDONGL,SHUJU
017H
11
YIDONGJX,SHUJU
013H
12
TINGJI
003H
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
JlAL,JX
T1
(ACT)+(JX)→BUF→IDB→L置CY
RR,A,B
/CN,M,S3,S2,S1,S0
OB,XO,X1,CA
SA,SB,CP
0,I1,I0
1,0,1,0,0,1
0,1,1,↑
1,1,↑
YIDONGL,JX
T1
(JX)→BUF→IDB→L
RR,A,B
/CN,M,S3,S2,S1,S0
OB,XO,X1,CA
0,I1,I0
1,1,0,0,0,0
1,1,1,↑
YIDONGJX,L
T1
(ACT)→BUF→IDB→JX
/CN,M,S3,S2,S1,S0
OB,WR,A,B
1,1,1,1,1,1,
0,0,I1,I0
ZHUANGZDIZHI
T1
(PC)→IAB→OAB
(M)→ODB→IDB→IR2
(PC)+1→(PC)
PCO,B1
RC,B2,B3,CL
P+1,CK
0,0
0,0,0,↑
1,↓
T2
(IR1、IR2)→IAB→
OAB
(M)→ODB→IDB→L
OI,B1
RC,B2,B3,XO,X1,CA
0,0
0,0,0,1,1,↑
FASONGDIZHI
T1
(PC)→IAB→OAB
(M)→ODB→IDB→IR2
(PC)+1→(PC)
PCO,B1
RC,B2,B3,CL
P+1,CK
0,0
0,0,0
1,↓
T2
(IR1、IR2)→IAB→
OAB
(ACT)→BUF→IDB→ODB
OI,B1
/CN,M,S3,S2,S1,S0
OB,B2,B3,WC
0,0
1,0,0,0,0,0
0,1,0,0
ZHUANZDIZHI
ZHUANCYDIZHI
ZHUANL0DIZHI
ZHUANYIDIZHI
T1
(PC)→IAB→OAB
(M)→ODB→IDB→IR2
(PC)+1→(PC)
PCO,B1
RC,B2,B3,CL
P+1,CK
0,0
0,0,0,↑
1,↓
T2
(IR1、IR2)→IAB
IAB→PC(条件成立)
OI
LP
0
1
YIDONGL,SHUJU
T1
(PC)→IAB→OAB
(M)→ODB→IDB→L
(PC)+1→(PC)
PCO,B1
RC,B2,B3,X0,X1,CA
P+1,CK
0,0
0,0,0,1,1,↑
1,↓
YIDONGJX,SHUJU
T1
(PC)→IAB→OAB
(M)→ODB→IDB→JX
(PC)+1→(PC)
PCO,B1
RC,B2,B3,WR,A,B
P+1,CK
0,0
0,0,0,0,I1,I0
1,↓
TINGJI
T1
置“0”RUN
DR,RCP
0,↑
3.3.3编写指令的微程序
指令的微地址及微指令
M23M22M21M20M19M18M17M16M15M14M13
S0S1S2S3X0X1M/CN/CPCL
M12M11M10M9M8M7M6M5M4M3M2M1M0
OIOBLPOTCGMLDDRP+1GIWRRRRCWC
表四微指令表
指令
助记符
位
23222120
19181716
15141312
111098
7654
3210
信号
S0S1S2S3
X0X1MCn’
/CP’CL’OI
ObLP’OtCg
Mlddrp+1gi
wr’rrrc’wc’
微指令码
(十六进制)
有效信号
****
****
*110
0000
0110
1000
微地址
取指微指令
000H
0000
0000
0001
1110
0110
0101
001E65
001
002
TINGJI
003
0000
0000
0000
1111
1001
0111
001F97
004
0000
0000
0001
1110
0110
010 1
001E65
005
006
007
008
009
00A
00B
00C
00D
00E
00F
010
011
012
YIDONGJX,SHUJU
013
0000
0000
0001
1111
1111
11 01
001FFD
014
0000
0000
0001
1110
0110
010 1
001E65
015
016
YIDONGL,SHUJU
017
0000
1100
0001
1111
111 1
0101
0C1FF5
018
0000
0000
0001
11 10
0110
010 1
001E65
019
01A
ZHUANZDIZHI
ZHUANCYDIZHI
ZHUANL0DIZHI
ZHUANYIDIZHI
01B
0000
0000
0011
1111
1111
0101
003FF5
01C
0000
0000
0000
1011
1101
0111
000BD7
01D
0000
0000
0001
1110
0110
0101
001E65
01E
01F
020
021
022
023
024
025
026
FASONGDIZHI
027
0000
0000
0011
1111
1111
0101
003FF5
028
0000
0001
0000
0111
1101
0110
0107D6
029
0000
0000
0001
1110
0110
0101
001E65
02A
02B
0000
0000
0011
1111
1111
0101
003FF5
02C
0000
0001
0000
0111
1101
0110
0107D6
02D
0000
0000
0001
1110
0110
0101
001E65
02E
ZHUANGZDIZHI
02F
0000
0000
0011
1111
1111
0101
003FF5
030
0000
1100
0000
1111
1101
0101
0C0FD5
031
0000
0000
0001
1110
0110
0101
001E65
032
YIDONGJX,L
033
1111
0011
0001
0111
1101
1111
F317DF
034
0000
0000
0001
1110
0110
0101
001E65
035
036
YIDONGL,JX
037
0000
1111
1001
1111
1101
0011
0F9F03
038
0000
0000
0001
1110
0110
0101
001E65
039
03A
03B
03C
03D
03E
JIAL,JX
03F
1001
1101
0101
0111
1101
0011
9D57D3
040
0000
0000
0001
1110
0110
0101
001E65
3.4编写并执行应用程序
汇编程序为:
ORG100
START:
YIDONGL,#03
YIDONGJ1,#05
JIAL,J1
FASONG00D
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)手工汇编(对照表一系统)
ORG100
START:
YIDONGL,#03;5F03H
YIDONGJ1,#05;5905H
JIAL,J1;fd98H
FASONG00D;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
T0
T1
T2
YIDINGLL,SHUJU
017H
0C1FF5
001E65
YIDONGJX,SHUJU
013H
001FFD
001E65
JIAL,J1
03FH
9D57D3
001E65
FASONGDIZHI
027H
003FF5
0107D6
001E65
TINGJI
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
ORG100
程序段首地址
100
YiDONGL,#03
将03送至累加器中
100
5F
101
03
YIDONGJ1,#05
将05送至寄存器1中
102
59
103
05
JIAL,J1
(L)+(J1)→(L)
104
FD
FASONG00D
将累加器内容
送至00d单元
106
98
107
0D
TINGJI
停机
108
00
c.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
100LOAD
100
5F
送程序的首地址
STEP
100
5F
执行第一条指令
YiDONGL,#03
STEP
101
03
STEP
102
59
执行第二条指令
YIDONGJ1,#05
STEP
103
05
STEP
104
FD
执行第三条指令
JIAL,J1
STEP
1FF
08
显示运算结果
STEP
105
98
执行第四条指令
FASONG00D
STEP
106
OD
STEP
00D
08
显示00D的内容
STEP
107
00
执行第五条指令
TINGJI
STEP
1FF
FF
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:
S0S1S2S3X0X1M/CNNONECPCLOI
OBLPOTCGMLDDRP+1GIWRRRRCWC
b.指令定义文件(INS.DEF)
源程序:
;Thisisanexampleformultiaccumulator(bookpage-153):
?
2
-JIA-YIDONG-YIDONG
44
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