電子計算機組成原理課程設計

1、蚌S阜學院課程設計課程名稱電子計算機組成原理題目名稱模擬機的設計與實現(xiàn)專業(yè)班級08計算機科學本（1）學生姓名張志強學號50802011012指導教師李長旺二OO年六月二十二日目錄一. 程序設計概述 31.1課程設計目的 31.2課程設計任務和基本要求 3二. 模型機的具體設計 32.1. 設計目標 322設計原理 3222控制臺命令流程圖 4內(nèi)存映象 5微程序 6三. 課程設計具體實現(xiàn)步驟 83.1按照圖2連線 83.2. 微指令代碼 83.3分析 93.4聯(lián)機實現(xiàn) 93.5結果分析 9四. 設計心得 9五. 參考文獻 10亠程序設計概述1.1課程設計目的通過對一個簡單計算機的設計，對計算機的

2、基本組成、部件的設計、部件間的連接、微程序控制器的設計、微指令和微程序的編制與調試等過程有更深的了解，加深對理論課程的理解。為今后的科研打下扎實的基礎。1.2課程設計任務和基本要求（1）按給定的數(shù)據(jù)格式和指令系統(tǒng)，理解為程序控制器的設計原理。（2）設計給定機器指令系統(tǒng)遺跡微程序流程圖，安慰指令格式寫出微程序的微指令代 碼。（3）連接邏輯電路，完成啟動、測試、編程、校驗和運行，并觀測運行過程及結果。（4）將微程序控制器模塊與運算器模塊、存儲器模塊聯(lián)機，組成一臺模擬計算機。（5）用微程序控制器控制模型機的數(shù)據(jù)通路。（6）通過在模型機上運行由機器指令組成的簡單程序，掌握機器指令與微指令的關系， 建立

3、計算機的整機概念，掌握計算機的控制機制。按指定應用項目進行匯編指令格式及功能設計，并設計相應的機器指令代碼，按照模型 及數(shù)據(jù)通路設計實現(xiàn)機器指令功能的微程序。1 模型機的具體設計2.1.設計目標設計一臺模型機實現(xiàn) IN（輸入卜ADD（加法）、STA（存數(shù)卜OUT（輸出）、JMP（無條件 轉移）指令系統(tǒng)。并通過給定的工作程序驗證上述指令系統(tǒng)。2.2. 設計原理機器指令本設計實現(xiàn)的模型機共包含五條機器指令：IN（輸入卜ADD（加法）、STA（存數(shù)）、OUT（輸出）、JMP（無條件轉移），其指令格式如下（前4位為操作碼）：助記符機器指令碼（二進 制）說明微程序的入口 地址（八進制）IN0000000

4、0“INPUTDEVICE ”中的開關 狀態(tài)一>R010（取指令后續(xù) 微指令默認地址為10）ADD addr00010000XXXXXXXXRO+addr>R011STA addr00100000XXXXXXXXRO>addr12OUT addr00110000XXXXXXXXaddr>LED13JMP addr01000000XXXXXXXXaddr>PC14其中IN為單字長（8位），其余為雙字長指令，XXXXXXXX 為addr對應的二進制地址碼?？刂婆_命令流程圖在測試程序裝入內(nèi)存后，機器自動執(zhí)行控存中oo號的微指令，產(chǎn)生控制臺命令，其流程如下（01為取指微指

5、令的地址）：控制臺圖1內(nèi)存映象地址（二進制）內(nèi)容（二進制）助記符說明十六進制代碼0000 00000000 0000IN將輸入數(shù)據(jù)送R0寄存器00000000 00010001 0000ADD OAH01100000 00100000 1010RO+0AH >R0020A0000 00110010 0000STA 0BH03200000 01000000 1011R0- >0BH040B0000 01010011 0000OUT 0BH05300000 01100000 10110BH >LED060B0000 01110100 0000JMP 0107400000 1000

6、0000 000101H >PC08010000 10100000 0001輸入自定的數(shù)據(jù)0A01本設計的工作程序的內(nèi)存映象（裝入起始地址00H）如下:微程序微程序（主要 ADD部分）微地 址S3 S2 S1 SO M CN WE A9A8ABCUA5 UA0 （后續(xù)地址）十八進制代碼0 30 0 0 0 0 0 01 10 00 000 0 1 0 00300E0040 10000 40 0 0 0 0 0 00 10 00 000 0 1 0 10400B0050 11000 50 0 0 0 0 0 00 10 00 000 0 1 1 00501A2061 10100 61 0

7、0 1 0 1 00 01 00 000 0 0 0 106959A011 11100 90 0 0 0 0 0 01 11 11 100 0 0 1 10901ED831 10002.3設計流程圖INSW->RO0.PC->ARPC+1RAM->BUSBUS->IRPAlJD、01ITJMPyr1r121 uPC->AKPC->ABPC->ARPC->ARPC+1PC+1PC+1PC+1i a?i 071r 16I 26RAM->BUSR.W>BUSRAMFBU3RAH->BUSBUS->AJ!BUS->ARHUS

8、->ARBUS->PC17I Wr1F15Rfl->BUS BUS->RAMRAM->BUSBUS->DR1RAN->BUS3HS->LR2RO->DR1DR1->LED* Oti (Dfil)4-(DR2 ->R0三課程設計具體實現(xiàn)步驟3.1按照圖2連線32微指令代碼微指令代碼如下：$M00018110$M0700E00D$MOEOOEOOF$M15070A01$M0101ED82$M08001001$M0F00A015$M1600D181$M0200C048$M0901ED83$M1001ED92$M17070A10$M03

9、00E004$M0A01ED87$M1101ED94$M18068A11$M0400B005$M0B01ED8E$M1200A017$M0501A206$M0C01ED96$M13018001$M06959A01$M0D028201$M14002018聯(lián)機寫入程序（微指令） 表編輯成十六進制的文件。，按照實驗要求的規(guī)定格式，將機器指令及微指令二進制代碼3.3分析程序思想如下：首先將輸入數(shù)據(jù)送 R0寄存器，然后送到 ALU單元執(zhí)行ADD操作，加 法完成后將結果再送到 R0寄存器，然后STA跳轉，將R0寄存器的數(shù)據(jù)送到 OBH，然后送 顯示器顯示，送顯后立即JMP指令回到微程序的 01步，即繼續(xù)執(zhí)

10、行ADD加法，一直循環(huán)。微程序中，當 A9=0，A8=0時，選中Y0 ;當 A9=0，A8=1 時，選中 Y1 ； 當 A9=1，A8=0 時，選中 Y2 ； 當A9=1，A8=1時，選中 Y3微指令解釋：指令中 S3CN為全0表示不執(zhí)行任何運算操作，A9 , A8如開始解釋的表示選擇外設，均為 1表示選中擴展單元(EX UNIT )的Y3，而根據(jù)實驗接線圖可知，Y3表示不做任何操作，A , B, C字段為根據(jù)實驗線路圖中起作用的單元，從09開始A, B,C分別為110, 110, 110表示LDAR , PC-B, LDPC有效(附錄圖3),根據(jù)數(shù)據(jù)通路圖， 即是PC->AR , PC

11、并自動+1 , UA5UA0為000011,即下址為下一條微指令地址03H。 09執(zhí)行完后根據(jù)下址到達 03,其中A9 , A8為01即是選中Y1 , Y1與WE相連表示存儲器工 作，即RAM->BUS->AR，后續(xù)地址為 04H。04指令中，A , B, C字段分別為011, 000, 000表示LDDR2有效，即表示將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)傳送到DR2寄存器中，RAM->BUS->DR2 ,后續(xù)地址為05H。05這條指令的 A , B, C字段為010, 001 , 000，即是LDDR1 , RS-B有 效，表示叫R0的數(shù)據(jù)傳送到 DR1寄存器中，R0->DR1 ,后

12、續(xù)地址為06H。06指令既為ADD 運算，S3CN 為 100101 , A, B, C 字段為 001, 101, 000, 即卩 LDRi , ALU-B 邏輯運算單 元有效，執(zhí)行運算操作，將DR1和DR2中的數(shù)據(jù)相加，完成后將結果傳送到R0, ( DR1 )+ (DR2) ->R0。即完成了一次加法操作。ADD指定完成后有JMP跳轉到0伯。一直循環(huán)進行加法運算。3.4聯(lián)機實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)：FEH 結果為：FE->FF->00->01-> ->FE->FF->00-> 一直循環(huán)，每次加 1。3.5結果分析ADD執(zhí)行的是不產(chǎn)生進位的加法，所以

13、實驗結果只是每次在原來的數(shù)據(jù)上加01H。不產(chǎn)生進位加。四設計心得通過這次課程設計， 對計算機的基本組成、部件的設計、 部件間的連接、微程序控制器 的設計、微指令和微程序的編制與調試等過程有更深的了解，加深了對組成原理理論課程的理解。通過自己對一系列微程序的編寫， 對程序執(zhí)行的流程以及指令之間的跳轉有了更深的理 解，能夠根據(jù)流程圖和機器指令寫出相應微程序，對簡單模型機里的數(shù)據(jù)流向圖也有了一定的理解，能看懂根據(jù)自己編寫的微程序在模型機上的一步步流向，對ADD , ADC, BZC,RLC等指令的運用更加熟悉，對它們微程序的一步步流程也有了清晰的認識，通過對機器指令和微指令的分析和編寫，理解了指令代碼所對應的功能。本次實驗中，在微程序的調試中花費不少時間，但通過觀察模型機上的操作流向來檢查錯誤收獲較大，模型機能比較準