计算机组成原理专业课程设计方案报告.doc

课程设计报告
计算机构成原理
典型模型机设计与实验

院系：
专业：计算机科学与技术
姓名：
学号：
班级：计***
指引教师：***
12月24日
**大学

目录

一、 设计目 2
二、 设计任务 2
三、 实验设备 2
四、 设计原理 2
五、 指令系统设计 2
1.指令格式 2
2.指令系统 3
3.微程序入口地址形成办法 3
六、 设计过程 4
1.生成指令系统 4
2.生成源代码 4
3.编写微程序 5
4.联机运营 5
七、 设计心得 5

一、 设计目
在掌握部件单元电路实验基本上，构造一台基本模型计算机。 为其设计8～15条机器指令，编写相应微程序，并在实验系统上调试通过，以理解CPU控制原理以及计算机整机系统概念。
二、 设计任务
设计8～15条机器指令，用相应微程序实现。示例程序给出了5条指令：
0000: IN R0，IOL（输入） ； IOL→R0
ADD R0，0260H（加法） ；(R0)+(0260) →R0
STA 0261h，R0（存数） ； (R0) →(0261)
OUT 0261h，IOH（输出）； (0261) →IOH
JMP 0000（无条件转移）
可以参照、修改。
三、 实验设备
Dais-CMX16+计算器构成原理教学实验系统一台
四、 设计原理
在已完毕实验课程中，咱们完毕了手动(在线)控制实验。其中各部件单元控制信号是以手动模仿产生为主。而本次设计是在微程序控制下，自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令功能。
计算机数据通路控制将由微程序控制器来完毕，即：CPU从主存EM中取出一条机器指令、分析指令、执行指令一种指令周期解决过程，所有由微指令构成序列来完毕，设计并验证机器指令由相应微程序控制实现过程。
五、 指令系统设计
1.指令格式
7
6
5
4
3
2
1
0
OP-CODE
Rd
Rs
Addr
其中：
OP-CODE为操作码段，位于指令字节高四位(IR7~IR4）；Addr —— 定义操作数或操作数地址；Rd为目寄存器，Rs为源寄存器。它们编码见下表：
Rs或Rd
选定寄存器
0
0
R0
0
1
R1
1
0
R2
1
1
R3

2.指令系统
本实验装置微控制器微地址寄存器11位，高2位指定为“11”，实际使用低9位，用于所定义指令起始微地址（亦可称为指令微程序入口地址）。 因此，指令系统微程序地址寻址范畴为：600~7FFH，最多可支撑256条微指令运营，其容纳率达到了通用计算机控制器设计水准。
3.微程序入口地址形成办法
（1） 多路转移法
微总线
ud10
ud9
ud8
ud7
ud6
Ud5
ud4
ud3
ud2
ud1
ud0
指令总线
1
1
id7
id6
id5
id4
0
0
0
0
0
id8~id5是机器指令操作码高四位，相应机器指令操作码：00h、10H、20h、30H、40h、50H、60h、70H、80h、90H、A0h、B0H、C0h、D0H、E0h；
由上表可产生：600h、620h、640h、660h、680h、6A0h、6C0h、700h、720h、740h…… 共16个微地址，分别作为16个微程序入口地址。
（2） 直接地址法
按照直接地址法（断定法）原理，直接由本条微指令给出下一条微指令地址，实现微程序转移。微指令格式：
微操作控制字段
测试字段
下地址字段

六、 设计过程
1.生成指令系统
生成指令系统如下：
助记符
操作数
指令码
长度
微指令入口
指令功能
IN
R0，IOL
20
1
640
I/O偶字节→R0
ADD
R0，*
40
3
680
R0+RAM→R0
NOR
R2
E2
1
7C0
R0取反→R2
SUB
R0，R2
38
1
660
R2-R0→R0
AND
R2，R0
12
1
620
R0∧R2→R2
STA
*,R0
60
3
6C0
R0→RAM
OUT
IOH,*
80
3
700
RAM→I/O奇字节
CLE
R0
C0
1
780
R0=0
SER
R0，*
50
5
6A0
RAM→RAM→R0
(间接寻址，成果送R0)
JMP
*
A0
3
740
RAM→PC

2.生成源代码
依照指令系统生成指令，源代码如下：
；基本模型机程序
#LOAD “MXJ1.IS” ;预调入指令系统微程序
#SET RAM 0438H=0450H ;数据区0438H单元预置数据0450H
#SET RAM 0450H=6666H ;数据区0450H单元预置数据6666H

data serment ;将程序装载到数据存储器
assume ds:data
org 0
start：in r0，iol
add r0,0438h
NOR R2
SUB R0，R2
AND R2，R0
STA 0450H,R0
OUT OIH,0450H
CLE R0
SER R0，0438H
JMP START
DATA ENDS
END START
3.编写微程序
按照指令系统中指令指令码求出相应微程序入口，然后跳转到微程序入口，按照系统建议微指令格式，参照微指令流程图，将每条微指令代码化。
4.联机运营
保存微程序及源代码，然后点击工具栏“装载”按钮开始装载，如源程序，语法错误即可完毕装载，进入调试状态。
七、 设计心得
一方面，非常感谢教师对我指引与协助，让我能顺利完毕这次课程设计。这次课程设计让咱们学到了许多知识，其中有许多是在课本上学不到。课程设计增长了我对微指令与机器指令设计经验，也提高了自己动手能力。在对微程序设计过程中，我进一步理解了计算机指令系统构成。在设计过程中，难免遇到困难，通过解决问题，咱们学会了独立思考，增强了团队意识，同步也加深了对控制台操作理解，这为咱们此后学习与工作，提供了良好锻炼机会，进一步增强了咱们实践能力，提高了咱们对本专业知识运用能力。虽然最后做得不是非常好，但我和小组内其她成员刻苦努力、坚持不懈钻研过程让我觉得成绩并不是很重要，核心是在设计过程中拓宽了知识面，懂得了合伙交流、互帮互助、坚持不懈。在后来学习生活中，我会继续认真地学习本专业有关知识，不断去发现问题，解决问题。