计算机组成原理_复杂模型计算机的设计.pdf

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1、课 程 设 计 报 告课程名称_ _ _ _ _ _ _ _计算机组成原理_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _课题名称 复杂模型计算机的设计_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _专 业 计算机科学与技术_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _班 级_ _ _ _ _ _ _ _ _计算机0902_学 号_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 200903010225_姓 名_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 田 鹏_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _指导教师 陈华光、陈多、邓作杰_ _ _ _ _ _

2、 _ _ _ _ _2011年9月8日湖 南 工 程 学 院课 程 设 计 任 务 书课程名称 计算机组成原理课 题复杂模型计算机的设计专业班级_ _ _ _ _ _ _计算机0902_学生姓名_ _ _ _ _ _ _ _ 田 朋 3_学 号 200903010225_指导老师 陈华光、陈多、邓作杰审 批 _ _ _ _ _ _ _ _ _陈华光_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _任务书下达日期 2011年 7 月 8 日任务完成日期 2011年 9 月 8 日一、设计内容与设计要求1.设计内容模型机是由五个部分组成的计算机，通过它可以理解计算机整机的结构及功能，理 解C P

3、U、存储器、中断控制器、总线的结构及实现逻辑和各部件之间的接口关系。本次课程设计的主要内容是利用西安唐都公司的T D N-C M+的内部可编程资源，设计一个模型计算机。本课程设计的主要目的是通过部件级的模型机的设计和调试，使学生理解计算机由5部分组成，掌握计算机的工作过程，从“指令一微指令一微操作”概念的理解，从而清晰地建立计算机的整机概念，并培养学生分析和解决实际问题的能力，同时增强学生的动手能力。2.设计要求：（1）借 助 于T D N-C M+的内部可编程资源，运算器单元，控制存储器，微命令寄存器，地址转移逻辑，微地址寄存器，控制时序信号单元，寄存器组，总线,输入 输出单元等，用微程序的

4、方式设计一台的模型计算机。设计包括模型计算机组成的设计，指令系统的设计，并用汇编语言完成设计并调试成功。（2）复杂模型机的设计要求（参 考P 1 0 7 T 1 5）模型机设计四大类指令共十六条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访问及转移指令和停机指令。设 计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址。设 计2条访内指令，即 存 数（S T A）、取 数（L D A）,2条转移指令，即无条件转 移（川P）、结果为零或有进位转移指令（B ZC）o设 计2条I/O指令，输 入（I N）和 输 出（O U T）指令采用单字节指令。设计停机指令1条用单字节表示。（3）调试的程序第一组

5、地 址（H）内 容（H）助记符说明$P0044IN 01 ROINPUT device-RO$P0146IN 01 R2INPUT device-R2$P0298ADC R2 ROR2+R0+CY-R0$P0381MOV RO RIRO-R1$P04F5RLC RI RIR I右移一位$P05OCBZC 00 0000-PC$P0600第二组地 址(H)内容(H)助记符说明$P0045IN 01 RIINPUT device-Rl$P0100LDA 00 00 RO(20)-R0$P0220$P0386MOV RI R2R1-R2$P04A8SBC R2 ROR2-R0-CY-R0$P05F5

6、RLC RI RIR I右移一位$P06OCBZC 00 0000-PC$P0700第二组地 址(H)内容(H)助记符说明$P0046IN 01 R2INPUT device-R2$P0184MOV R2 ROR2-R0$P0244IN 01 ROINPUT device-RO$P0398ADC R2 ROR2+R0+CY-R0$P04E2COM R2NOT R2-R0$P05D6STA 00 OA R2R2-(0A)$P060A$P07OCBZC 00 0000-PC$P0800在规定的时间内以小组为单位完成相关的系统功能实现、数据测试和记录并进行适当的分析。(4)按本任务书的要求，编 写

7、课程设计报告(W o rd文档格式)。并 用A 4的复印纸打印并装订。(5)在规定的时间内，请各班学习委员收齐课程设计报告在星期五交陈华光老师。3.分组及安排分5组，学号除以5取余数，余数为0的同学做复杂模型机1、余 数 为1的同学做复杂模型机2,余数为2的同学做复杂模型机3,余数为3的同学做基于R I S C的模型机，余数为4的做流水线模型机，每个组必须独立完成指定的题目，每个同学按要求独立完成课程设计报告。4.成绩评定程序设计方案是否合理；程序设计是否正确；调试结果；设计说明书的质量高低；答辩时回答问题情况；课程设计周表现情况；总评成绩记入“课程设计成绩评分表”。二 进 度 安 排第1周-

8、2周，具体安排如下:星期时间班级内容地点第 2 周二上 午 8：309：40计算机0901/0902任务安排E-510二下 午 2：306：30计算机0901/0902接线E-510三上午8：3012：30计算机0901/0902调试E-510四下午 2：30-6：00计算机0901/0902系统调试实现E-510目 录课题的主要功能1二、总体设计方案.11、模型机的逻辑框图.12、用框图语言表示模型机的指令执行流程.1三、数据格式和寻址方式的设计.31、数据格式.32、指令格式.3四、指令和微程序的设计.6五、线路连接图.7六、微程序流程及说明.8七、课程设计的收获及体会.11八、参考资料.

9、11计算机科学与技术系课程设计评分表一、课题的主要功能通过部件级的模型机的设计和调试，使学生理解计算机由5部分组成，掌握计算机的工作过程，从“指令一微指令一微操作”概念的理解，从而清晰地建立计算机的整机概念，并培养学生分析和解决实际问题的能力，同时增强学生的动手能力。二、总体设计方案(1)复杂模型机的逻辑框图以控制器为中心，首控制器从指令寄存器取得指令，编译指令，再输出微控制信号，控制A L U的运算，P C加一，并且从R A M中取出数据运算，运算后再把2、用框图语言表示模型机的指令执行流程12三.数据格式和寻址方式的设计1、数据格式模型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为8 位，其格

10、式如下:76 5 4 3 2 1 0符号尾 数其中第7位为符号位，相对于十进制数值表示范围是：-2 7 X rdRLC rs,rdm irsrdrs rdLDA M,D,rdSTA M,D,rdJMP M,DBZC M,D00M00rdrsrd-EEf PC当 CY=1 或 Z=l,E PCD00M01rdD00M1000D00M1100DIN addr,rdOUT addr,rd010001rdaddr-010110rdrd addrHALT01100000停机算术逻辑运算指令用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：7 6 5 43 21 040P-C 0D Ersrd其中，O

11、P-CODE为操作码，r s 为源寄存器，r d 为目的寄存器，并规定:R s 或 rd选定的寄存器00R001RI10R2（2）访问指令及转移指令模型机设计2 条访内指令，即存数（STA）、取 数（LDA）,2 条转移指令,即无条件转移（JMP）、结果为零或有进位转移指令（BZC）,指令格式为：76543 21 000MOP-CODERDD其中，OP-CODE为操作码，r d 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，其定义如下：寻址模式M有效地址E说 明00E=D直接寻址01E=(D)间接寻址10E=(R I)+D R T变址寻址11E=(

12、P C)+D相对寻址（3）I/O 指令输 入（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令，其格式如下:7 6 5 43 21 0OP-CODEaddrrd其中，addr=01时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为输入设备,addr=10时，选中“OUTPUT DEVICE”中的数码块作为输出设备。（4）停机指令指令格式如下：HALT指令，用于实现停机操作。7 6 5 43 21 0OP-CODE00005四、指令和和微程序的设计(1).指令系统2423222120191817161514 1312 11 109 8 7654321S3S2S1SOMCnWEA9A8ABCgA5RA5g

13、A5pA5gA5|iA5A字段151413逸择000001LDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDARB字段121110选择000001RS-B010RD-B011RI-B100299-B101A LU-B110PC-BC字段987选捍000001p010P(2)011P(3)100P(4)101AR110LDPC五、线路连接图6BUS UNITB7aBOAR UNITWEO O-A 入STATE UNIT人 入uc CO-0 H23SIGNAL UNITSWITCH UNIALU LSITM190-0-I t1 ti e0-o-n0-o-0-o-U00-

14、rfl0-o-U-0LDDR1I.BCR2ALU-B邓 小ARM24 0:MISSE6SEI阳：R 3).I W廿LDRi aRS-BRD-BKl-BLDIR OMI6 M17 b3B7iiBH JIZ-u 二 二 二*N X三三三更M 至REG UNITMICROCONTROLLERLDAR0-B7 L0Al)a:ADJ6 M B Q80 门LDK DADDRESS L、II0 0-fl LDARu v-LOAD0 0-nJ PCB-0 LDPC、lQ 00 0OLOG UNIT LDIKu-0-0-1-o-o-F0Ooo心ISSt.MILDRiRS-BKD-B0六、微程序流程及说明7J J

15、 L30 _ i rx ru _ _ 0D817131959B4132019A013301B4353405DB8135B99B41360D9A0137298838380198013905883A3A0198013B070A083C068Ao93D0080FF8ADDRESS BUS910七、课程设计的收获及体会本次计算机组成原理的课程设计，在陈老师的帮助和指导下，以及三个组员的积极配合，努力工作，在一周时间内基本实现了课程设计的基本要求和功能，通过紧张有序的几天设计实践，使我掌握复杂模型机的组成原理，掌握微程序控制器的组成原理，掌握微程序的编制和写入。做这个实验需要极大的耐心和高度的细心，尤其

16、是当实验板上错综复杂的接线有错误时，要仔仔细细地检查才能找到错误。本次课程设计提高了我对本学科的认识理解程度，熟悉了计算机组成原理教学实验系统的使用，增强了我将理论转化为实际的能力，为以后深入学习奠定基础。培养了我对科学实验的认真态度的同时也让我认识到团队合作的重要性，为我以后的工作学习打下了坚实的基础。八、参考资料1陈华光.计算机组成原理M.北京：机械工业出版社，20042 杨小龙.计算机组成原理与系统结构实验教程M,西安：西安电子科技大学出 版 社,200411源代码：SP0044$P0146SP0298$P0381SP04F5$P050CSP0600微程序$M00018108$M0101

17、ED82$M0200C050SM0300A004$M0400E0A0SM0500E006$M0600A007$M0700E0A0$M0801ED8ASM0901ED8CSM0A00A03B$MOBO 18001$M0C00203CSM2205DB81$M230180E4$M24018001$M2595AAA0$M2600A027$M2701BC28SM2895EA29$M2995AAA0SM2A01B42B$M2B959B41$M2C01A42D$M2D65AB6E$M2E0D9A01$M2F01AA30SM0D00A00ESM0E01B60FSM0F95EA25$M1001ED83$M110

18、1ED85$M1201ED8DSM1301EDA6SM14001001$M 15030401$M16018016$M173D9A01$M18019201SM1901A22ASM1A01B22C$M1BO1A232$M1CO1A233$M1DO1A236SM1E318237$M1F318239SM20009001$M21028401SM300D8171$M31959B41$M32019A01$M3301B435SM3405DB81$M35B99B41SM360D9A01$M37298838SM38019801SM0519883A$M3A019801SM3B070A08SM3C068A0912计算机科学与技术系课程设计评分表课题名称：复杂模型计算机的设计项 目评 价设计方案的合理性与创造性设计与调试结果设计说明书的质量答辩陈述与回答问题情况课程设计周表现情况综合成绩教师签名：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _B 期：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _（注：1.此页附在课程设计报告之后；2.综合成绩按优、良、中、及格和不及格五级评定。）1314