計算機組成原理模型機設(shè)計與實現(xiàn)

0學(xué)號： 武漢華夏理工學(xué)院課 程 設(shè) 計課程名稱 計算機組成原理 題 目 模型機設(shè)計與實現(xiàn) 專 業(yè) 班 級 姓 名 成 績 指導(dǎo)教師 田 小 華 2016 年 12 月 27 日1武漢華夏理工學(xué)院信息工程系課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書課程名稱： 計算機組成原理 指導(dǎo)教師： 田小華 班級名稱： 開課教研室： 軟件與信息安全 一、課程設(shè)計目的與任務(wù)理解計算機系統(tǒng)各個功能部件的功能、結(jié)構(gòu)和工作原理，正確理解各功能部件之間的相互關(guān)系及其在計算機系統(tǒng)中所起的作用；掌握計算機系統(tǒng)各個功能部件的設(shè)計和分析技術(shù)，包括數(shù)據(jù)與指令的編碼、存儲器、運算器、輸入輸出接口等。在此基礎(chǔ)上，使學(xué)生通過理論與實踐的結(jié)合，利用基本模型計算機的構(gòu)建與調(diào)試實驗，完整地建立計算機硬件的整機模型，掌握中央處理器的基本結(jié)構(gòu)和控制流程，掌握機器指令執(zhí)行的基本過程，熟悉微程序控制器的基本結(jié)構(gòu)和微程序設(shè)計技術(shù)的主要技巧，理解一條機器指令與一段微程序的關(guān)系，明確高級語言指令與微指令的對應(yīng)關(guān)系，充分理解控制信息流利用數(shù)據(jù)通路完成對數(shù)據(jù)流的加工處理的過程。通過課程設(shè)計，使學(xué)生將所學(xué)專業(yè)知識綜合運用，在實踐活動中積累經(jīng)驗，增長才干，訓(xùn)練學(xué)生獨立工作能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新精神，養(yǎng)成務(wù)實嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。二、課程設(shè)計的內(nèi)容與基本要求1.按給定的數(shù)據(jù)格式、機器指令格式和微指令格式，利用基本的數(shù)字邏輯器件，設(shè)計臺微程序控制的模型計算機。2.設(shè)計五條機器指令:IN,ADD,STA,OUT,JMP，并用微指令編寫微程序，實現(xiàn)每條機器指令的功能。3.在 TD-CMA 教學(xué)實驗平臺上實現(xiàn)基本模型機方案：建立數(shù)據(jù)通路，定義開關(guān) SWA 及 SWB 的功能；確定微程序控制流程，掌握控制臺操作；輸入編寫的五條機器指令的微程序序列；輸入實驗機器指令程序序列； 設(shè)計基本模型的物理連線；完成微程序的調(diào)試，實現(xiàn)實驗機器指令程序的功能。完成模型機調(diào)試任務(wù)后，整理課程設(shè)計資料，撰寫課程設(shè)計報告。課程設(shè)計報告內(nèi)容包括： 模型機數(shù)據(jù)通路圖；微程序控制器邏輯模塊圖；微程序控制流程圖；元件排列圖；設(shè)計說明書； 調(diào)試小結(jié)。三、課程設(shè)計步驟及時間進(jìn)度和場地安排計算機組成原理課程設(shè)計將安排在第 17 周, 地點在信息系實驗樓 523 教室。具體安排如下：1第 17 周周 1（1 節(jié)）(12 月 26 日) ：集中講解課程設(shè)計原理與方法， 3-203 教室2第 17 周周 1（2-4 節(jié)）：完成模型機的實驗線路連接23第 17 周周 2：調(diào)試模型機，記錄實驗結(jié)果，撰寫課程設(shè)計報告4第 17 周周 5：檢查課程設(shè)計報告，打印提交課程設(shè)計報告軟件工程 1151 班時間安排：周次星期一 星期二 星期五第 17 周 第 1-4 節(jié) 第 1-4 節(jié) 第 1-4 節(jié)地 點 實驗樓 523 實驗樓 523 實驗樓 523四、課程設(shè)計考核及評分標(biāo)準(zhǔn)課程設(shè)計考核將綜合考慮學(xué)生考勤和參與度，課程設(shè)計方案正確性和實驗結(jié)果的正確性，獨立完成實驗環(huán)節(jié)的情況，以及課程設(shè)計報告書的質(zhì)量。具體評分標(biāo)準(zhǔn)如下：序號 評分項目 分?jǐn)?shù)1 學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真、遵守紀(jì)律 102 設(shè)計分析合理性 103 設(shè)計方案正確性、可行性 204 設(shè)計結(jié)果正確性 305 設(shè)計報告的規(guī)范性 106 實踐環(huán)節(jié)的獨立性與主動性 107 設(shè)計驗收 10總得分/等級注：最終成績以五級分制記。優(yōu)（90-100 分）、良（80-89 分）、中（70-79 分）、及格（60-69 分）、60 分以下為不及格目 錄第一章 課程設(shè)計.11.1 課程設(shè)計題目.11.2 課程設(shè)計目的.11.3 實驗設(shè)備 .1第二章 概要設(shè)計.12.1 課程設(shè)計原理.12.2 數(shù)據(jù)通路框圖.22.3 微指令格式.22.4 微程序流程圖.32.5 微指令二進(jìn)制代碼表.42.6 實驗步驟 .5第三章 實驗過程屏幕截圖 . .73.1 調(diào)試部分截圖 .73.2 調(diào)試整體圖 .83.3 運行結(jié)果 .9第四章 設(shè)計總結(jié) .94.1 給出每條機器指令的微程序(十六進(jìn)制格式) .94.2 設(shè)計體會 .10附表答辯和評語表 . .120第一章 需求分析1.1課程設(shè)計題目基本模型機設(shè)計與實現(xiàn)1.2課程設(shè)計目的在掌握計算機系統(tǒng)組成及內(nèi)部工作機制、理解計算機各功能部件工作原理的基礎(chǔ)上，深入掌握信息流和控制信息流的流動過程，進(jìn)一步加深計算機系統(tǒng)各模塊間相互關(guān)系的認(rèn)識和整機的概念，培養(yǎng)開發(fā)和調(diào)試計算機的技能。1.3實驗設(shè)備TDN-CM 組成原理實驗系統(tǒng)，排線若干，微機第二章 概要設(shè)計2.1 課程設(shè)計原理采用五條機器指令:IN,ADD,STA,OUT,JMP 地 址（二進(jìn)制） 內(nèi)容（二進(jìn)制） 助記符 說 明 0000 0000 0000 0000 IN R0 “INPUT DEVICE(班號)”R0 0000 0001 0001 0000 ADD 0AH,R0 R0+0AH R0 0000 0010 0000 1010 0000 0011 0010 0000 STA R0,0BH R00BH 0000 0100 0000 1011 0000 0101 0011 0000 OUT 0BH 0BH LED 0000 0110 0000 1011 10000 0111 0100 0000 JMP 00H 00H PC 0000 1000 0000 0000 0000 1001 0000 1010 0001 1111 學(xué)號為 31 號同學(xué) 0000 1011 求和結(jié)果(班號加學(xué)號)2.2數(shù)據(jù)通路框圖簡單的模型計算機是由運算器、控制器、存儲器、總線、輸入輸出和時序產(chǎn)生器組成。在模型機中，我們將要實現(xiàn) RAM 的讀寫指令，寄存器的讀寫指令，跳轉(zhuǎn)指令，ALU 的加、減、與、或指令。把通用寄存器作為累加器 A，進(jìn)行左、右移等指令，整體構(gòu)成一個單累加器多寄存器的系統(tǒng)。如圖 1 所示：圖 1 數(shù)據(jù)通路框2.3 微指令格式 當(dāng)全部微程序設(shè)計完畢后，應(yīng)將每條微指令代碼化，如圖 2 所示：2圖 2 微指令格式2.4 微程序流程圖微程序流程圖如圖 3 所示：3圖 3 微程序流程2.5微指令二進(jìn)制代碼表 表 1 微指令二進(jìn)制代碼表八進(jìn)制 二 進(jìn) 制 格 式微地址 S3 S2 S1 S0 M CnWEA9A8 A B C A 5A 000Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 000 000 100 0 1 0 0 0 001Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 0 0 0 1 002Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 100 000 001 0 0 1 0 0 003Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 110 000 000 0 0 0 1 0 004Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 011 000 000 0 0 0 1 0 105Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 010 001 000 0 0 0 1 1 006Q 1 0 0 1 0 1 0 1 1 001 101 000 0 0 0 0 0 107Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 110 000 000 0 0 1 1 0 110Q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001 000 000 0 0 0 0 0 111Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 0 0 0 1 112Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 0 0 1 1 113Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 0 1 1 1 0414Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 1 0 1 1 015Q 0 0 0 0 0 0 1 0 1 000 001 000 0 0 0 0 0 116Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 110 000 000 0 0 1 1 1 117Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 010 000 000 0 1 0 1 0 120Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 1 0 0 1 021Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 1 0 1 0 022Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 010 000 100 0 1 0 1 1 123Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 000 000 000 0 0 0 0 0 124Q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 010 000 000 0 1 1 0 0 025Q 0 0 0 0 0 1 1 1 0 000 101 000 0 0