計算機組成原理課程設(shè)計的實驗報告--設(shè)計一臺性能簡單的計算機

1、<p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　課程名稱： 計算機組成原理課程設(shè)計 </p><p>　　設(shè)計題目： 設(shè)計一臺性能簡單的計算機 </p><p>　　系 別： 計算機系 </p><p>　　專 業(yè)：

2、 計科1101班 </p><p>　　組 別： 第三組 </p><p>　　學(xué)生姓名: 學(xué) 號: </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、課

3、程設(shè)計的目的 ----------------------------------1</p><p>　　二、設(shè)計要求 ----------------------------------------1</p><p>　　三、設(shè)計的方法及過程---------------------------------2</p><p>　　3.1整機設(shè)計 ---------

4、-----------------------------2</p><p>　　3.1.1 根據(jù)設(shè)計要求正確設(shè)置正確設(shè)置多路開關(guān)-------2</p><p>　　3.1.2操作控制信號及其實現(xiàn)方式-------------------2</p><p>　　3.1.3根據(jù)接線表畫出整機的線路圖-----------------2</p><

5、p>　　3.2．設(shè)計指令系統(tǒng)----------------------------------3</p><p>　　3.3．設(shè)計微指令及指令的微程序----------------------4</p><p>　　3.3.1設(shè)計微地址 --------------------------------4</p><p>　　3.3.2寫出指令的執(zhí)行流程--

6、-----------------------3</p><p>　　3.3.3編寫指令的微程序---------------------------5</p><p>　　3.4．編寫并執(zhí)行應(yīng)用程序----------------------------8</p><p>　　四、心得體會--------------------------------------

7、---7</p><p><b>　　一 課程設(shè)計的目的</b></p><p>　　通過課程設(shè)計更清楚地理解下列基本概念：</p><p>　?。?）計算機的硬件基本組成；</p><p>　　（2）計算機中機器指令的設(shè)計；</p><p>　?。?）計算機中機器指令的執(zhí)行過程；</p&g

8、t;<p>　?。?）微程序控制器的工作原理；</p><p>　?。?）微指令的格式設(shè)計原理；</p><p><b>　　二 設(shè)計要求</b></p><p>　　題一研制以臺性能如下的實驗計算機。</p><p>　　（1）沒有外部設(shè)備；</p><p>　?。?）運算器采用單

9、累加器多寄存器結(jié)構(gòu)；</p><p>　　（3）操作數(shù)尋址方式有：立即數(shù)尋址、寄存器尋址、直接尋址；</p><p>　?。?）設(shè)計由如下指令組成的指令系統(tǒng)，其中L為累加器A，Jx為通用寄存器。將指令的二進制編碼填入表中；</p><p>　　（5）計算各指令的微地址并寫出各指令的微程序；</p><p>　　（6）將下列程序手工匯編、手工裝

10、入并運行，察看運行結(jié)果。</p><p><b>　　ORG 100</b></p><p>　　START: YiDONG L,#3 （5F03H）</p><p>　　YIDONG J1,#05 （5905H）</p><p><b>　　JIA L,J1</b></p>

11、<p>　　FASONG 00D</p><p><b>　　TINGJI·</b></p><p>　?。?）編寫匯編語言程序?qū)崿F(xiàn)如下功能：將內(nèi)存某兩個單元的數(shù)據(jù)相加后存入另一個單元中，若有進位，則在00B單元中存入數(shù)據(jù)0，否則在00B單元中存入數(shù)據(jù)1；</p><p>　?。?）將該應(yīng)用程序機器匯編、機器裝入、并連續(xù)運行

12、，察看運行結(jié)果并驗證程序的正確性；</p><p>　　三 設(shè)計的方法及過程</p><p><b>　　3.1 整機設(shè)計</b></p><p>　　3.1.1 根據(jù)設(shè)計要求正確設(shè)置正確設(shè)置多路開關(guān)</p><p>　　(1) 設(shè)計單累加器多寄存器結(jié)構(gòu)的運算器, 要求開關(guān)KA、KB、KC、KR分別置左、右、右、下。&l

13、t;/p><p>　　(2) 為了便于微指令的設(shè)計, 標出在運算器中數(shù)據(jù)的傳輸方向。</p><p>　　3.1.2操作控制信號及其實現(xiàn)方式</p><p>　　微操作控制信號設(shè)計的一般原則</p><p>　　1) 對于電平有效的操作控制信號, 可采用微指令碼直接控制。</p><p>　　2) 對脈沖型和電平跳變信號,

14、 需外加門電路實現(xiàn)。</p><p>　　3) 對需多個控制信號的器件,通常將某些信號固定好, 其他信號接某個Mi。</p><p><b>　　設(shè)計實驗接線表</b></p><p>　　按模塊逐個歸納整理, 明確各模塊中各器件各控制信號的處理方法, 將其分別接在某個Mi上.</p><p><b>　　1)

15、 運算器模塊</b></p><p>　　累加器A: X0----M16 X1----M17 CA----φ</p><p>　　累加暫存器ACT: CC----φ CG----M5</p><p>　　暫存器TMP: CT-----+5V OT----M10</p><p>　　算

16、邏單元: S3-S0----M23-M20 Cn----M19 M----M18</p><p>　　輸出緩沖器BUF: OB----M8</p><p>　　進位產(chǎn)生線路: P2-P0不用 SB、SA----X1X0 CP----M13+φ </p><p><b>　　2) 寄存器堆模塊</b>

17、</p><p>　　RR----M1 WR----M0·φ A、B將有指令部件控制</p><p><b>　　3) 指令部件模塊</b></p><p>　　指令寄存器IR1: GI----M7 CI----φ</p><p>　　指令寄存器IR2: CL---- M14·φ&l

18、t;/p><p>　　IR1、IR2輸出控制: OI----M15</p><p>　　程序計數(shù)器PC: P+1----M6 CLR----+5V CK----φ</p><p>　　LP由LP’通過M9間接控制 </p><p>　　PC輸出控制: PCO由P+1通過M6間接控制 </p><p>　　4) 內(nèi)

19、存模塊: RC----M2(RC’)+φ WC----M3(WC’)+φ</p><p>　　5) 總線緩沖模塊: B1、B3----RF B2----RC’</p><p><b>　　6)微程序控制模塊</b></p><p>　　微程序計數(shù)器MPC: MCLR----RO MCLK----PO </p&g

20、t;<p>　　MLD----M4 MP+1----+5V</p><p>　　操作碼散轉(zhuǎn)控制: MD10-MD6----GND </p><p>　　MD5-MD2----I7-I5,I2 MD1-M0----+5V </p><p>　　微指令寄存器: MIG----GND MICP----啟停模塊產(chǎn)生</p>

21、<p>　　7) 啟停和時序模塊: DR----M5 RCP----φ</p><p>　　3.1.3根據(jù)接線表畫出整機的線路圖如下：</p><p>　　圖1. 整機邏輯框圖</p><p>　　3.2 設(shè)計指令系統(tǒng)</p><p><b>　　表一 指令系統(tǒng)</b></p><

22、p>　　3.3 設(shè)計微指令及指令的微程序</p><p>　　3.3.1計算微地址</p><p>　　微程序入口地址形成方法：</p><p>　　MD10 MD9 MD8 MD7 MD6 MD5 MD4 MD3 MD2 MD1 MD0 </p><p>　　0 0 0 0 0 I7 I6 I5

23、 I2 1 1</p><p>　　取指微指令放在000H處。</p><p><b>　　表二 微地址</b></p><p>　　3.3.2寫出指令的執(zhí)行流程</p><p>　　表三 指令的執(zhí)行流程</p><p>　　3.3.3編寫指令的微程序</p>&

24、lt;p>　　指令的微地址及微指令</p><p>　　M23 M22 M21 M20 M19 M18 M17 M16 M15 M14 M13 </p><p>　　S0 S1 S2 S3 X0 X1 M /CN / CP CL</p><

25、p>　　M12 M11 M10 M9 M8 M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 M0</p><p>　　OI OB LP OT CG MLD DR P+1 GI WR RR RC WC</p><p>　　表四 微指令表

26、 </p><p>　　3.4 編寫并執(zhí)行應(yīng)用程序</p><p><b>　　匯編程序為：</b></p><p><b>　　ORG 100</b></p><p>　　START: YIDONG L,#03 </p><p>　　YIDONG J1,#0

27、5 </p><p><b>　　JIA L,J1</b></p><p>　　FASONG 00D</p><p><b>　　TINGJI</b></p><p>　　要求使用機器匯編和手工匯編兩種方法執(zhí)行應(yīng)用程序,最后結(jié)果放在00D中，即顯示08。</p><p&g

28、t;　?。?）手工匯編(對照表一系統(tǒng))</p><p><b>　　ORG 100</b></p><p>　　START: YIDONG L,#03 ； 5F03H</p><p>　　YIDONG J1,#05 ； 5905H</p><p>　　JIA L,J1 ；

29、fd98H</p><p>　　FASONG 00D ； 0D00H</p><p>　　TINGJI ； 00</p><p>　　包括微指令存控存，將指令存入主存。</p><p>　　a．將微指令裝入控存CM中(開關(guān)撥至CM端)</p><p>　　b.將指令裝入主存M

30、中(開關(guān)撥至M端)</p><p><b>　　c.檢查結(jié)果如下：</b></p><p>　　(2) 機器匯編方法</p><p>　　FD-CES系統(tǒng)軟件視為FD-CES實驗儀于PC機相連以構(gòu)成高層次試驗系統(tǒng)用的配套軟件，它提供屏幕編輯、匯編、反匯編、文件傳送及調(diào)試等功能，該軟件在Windows 下運行。</p><p&

31、gt;　　在設(shè)計實驗計算機時，需要通過屏幕編輯來設(shè)計四類文件，即：</p><p>　　a. 微指令定義文件(BIT.DEF)：</p><p>　　用戶可定義24位長的微指令的各位意義，在調(diào)試時將顯示對應(yīng)位的微指令的有效操作、高電平操作、低電平操作或無效操作。</p><p>　　源程序：S0 S1 S2 S3 X0 X1 M /CN NONE CP CL O

32、I</p><p>　　OB LP OT CG MLD DR P+1 GI WR RR RC WC</p><p>　　b.指令定義文件(INS.DEF) </p><p><b>　　源程序:</b></p><p>　　;This is an example for multi accumulator (

33、book page-153): </p><p><b>　　?2</b></p><p>　　-JIA -YIDONG -YIDONG</p><p>　　4 4 4</p><p&

34、gt;　　L,JX L,JX JX,L</p><p>　　111111JX 110111JX 110110JX</p><p>　　-ZHUANGZ -FASONG -ZHUANZ </p>&l

35、t;p>　　3 3 3</p><p>　　DIZHI DIZHI DIZHI</p><p>　　10111aaa 10011aaa 01100aaa </p><p>　

36、　a7-a0 a7-a0 a7-a0</p><p>　　-ZHUANCY -ZHUANL0 -ZHUANYI</p><p>　　3 3 3</p><p>　　DIZ

37、HI DIZHI DIZHI</p><p>　　01101aaa 01110aaa 01111aaa</p><p>　　a7-a0 a7-a0 a7-a0</p><p>　　-Y

38、IDONG -YIDONG -TINGJI</p><p>　　2 2 1</p><p>　　L,#SHUJU JX,#SHUJU 00000000</p><p>　　010

39、11111 010110JX</p><p>　　SHUJU SHUJU</p><p>　　c.微程序文件（MOP*.MID）</p><p>　　;This is an example for multi accumulator ( book page-155 ):</p><

40、p>　　;get the first instrution</p><p><b>　　;TINGJI</b></p><p>　　;000H~002H ;003H~006H ;007H~00AH ;00BH~00EH</p><p>　　-001E65 -001F97

41、 - -</p><p>　　- -001E65 - -</p><p>　　- - - -</p><p>　　-

42、 - -</p><p>　　;00FH~012H ;YIDONG JX,#SHUJU ;YIDONG L,#SHUJU ;ZHUANZ DIZHI</p><p>　　- ;013H~016H ;017H~01AH ;01BH</p><p>　　-

43、 -001FFD -0C1FF5 -003FF5</p><p>　　- -001E65 -001E65 </p><p>　　- - - </p><

44、;p>　　- -</p><p>　　;ZHUANCY DIZHI ;ZHUANL0 DIZHI ;ZHUANYI DIZHI ;ZHUANZ DIZHI</p><p>　　;01CH ;01DH ;01EH ;01FH</p>

45、<p>　　-000BD7 -001E65 - -003FF5</p><p>　　;ZHUANCY DIZHI ;ZHUANL0 DIZHI ;ZHUANYI DIZHI</p><p>　　;020H ;021H

46、 ;022H</p><p>　　-000BD7 -001E65 -</p><p>　　;FASONG DIZHI ;FASONG DIZHI ;ZHUANGZ DIZHI ;ZHUANGZ DIZHI</p><p>　　;02

47、3H~026H ;027H~02AH ;02BH~02EH ;02FH~032H</p><p>　　-003FF5 -003FF5 -003FF5 -003FF5 </p><p>　　-0107D6 -0107D6 -

48、0C0FD5 -0C0FD5</p><p>　　-001E65 -001E65 -001E65 -001E65</p><p>　　- - - -</p><p&g

49、t;　　;YIONG JX,L ;YIDONG L,JX ;03BH~03EH ;JIA L,JX</p><p>　　;033H~036H ;037H~03AH - ;03FH~042H</p><p>　　-F317DF -0F9F03 -

50、 -9D57D3</p><p>　　-001E65 -001E65 - -</p><p>　　- - - -</p><p>　　-

51、 - -</p><p>　　d.兩個匯編程序文件（*.ASM）</p><p>　　匯編源程序編譯之后將產(chǎn)生目標文件（*.OBJ），當調(diào)試時則需將目標文件下載至內(nèi)存。</p><p>　　程序一： 程序二：</p>

52、<p>　　ORG 100 ORG 100</p><p>　　YIDONG L,#03 YIDONG J2,#02 FASONG 00BH</p><p>　　YIDONG J1,#05 YIDONG L,#05 ZHUANYI M2</p>&

53、lt;p>　　JIA L,J1 JIA L,J2 M1: YIDONG L,#00 </p><p>　　FASONG 00D ZHUANCY M1 FASONG 00BH </p><p>　　END YIDONG L,

54、#01 M2: END</p><p><b>　?。?）文件下載</b></p><p>　　a.下載Micor Program</p><p>　　此項功能將用戶的微程序的目標代碼（*.DAT）從PC機下載到實驗計算機的控存中，用戶可選擇所需傳送程序的文件名，并定義其在Control Memory中的起始地址，確認

55、前需將M\CM開關(guān)置于CM端。</p><p><b>　　b.BIT.DEF</b></p><p>　　此項功能系統(tǒng)將用戶的微指令位定義文件（BIT.DEF）讀入。</p><p>　　c.下載Program </p><p>　　此項功能將用戶的調(diào)機程序的目標文件（*.OBJ）從PC機下載到實驗計算機的內(nèi)存中，用

56、戶可選擇所需傳送程序的文件名，并定義其在實驗計算機內(nèi)存中的起始地址，確認前需將M\CM開關(guān)置于M端。</p><p><b>　?。?）實驗機運行</b></p><p>　　用戶完成邏輯框圖的選擇、內(nèi)存的源程序目標代碼裝入、控存的微程序代碼裝入以及BIT.DEF的裝入后，就可以開始調(diào)試、運行了。</p><p>　　運行功能包括三種：Star

57、t at、Step、Run。</p><p>　　Strat at要求用戶輸入運行程序的起始地址，地址用十六進制表示。</p><p>　　Step允許用戶單步運行程序。</p><p>　　Run 提供連續(xù)運行程序的功能。</p><p>　?。?）運行結(jié)果 </p><p>　　對于程序一，我們采用Run方法運

58、行程序，運行程序以后檢驗00D單元的內(nèi)容，經(jīng)檢驗00D單元的內(nèi)容為0D，實驗結(jié)果正確。</p><p>　　對于程序二，我們采用Run方法運行程序，運行程序以后檢驗00B單元的內(nèi)容，若00B的內(nèi)容為0的話，說明此時有進位；如果內(nèi)容為1的話，沒有進位；此題我們設(shè)計的沒有進位，所以最后00B的內(nèi)容1。</p><p><b>　　四 心得體會</b></p>

59、<p>　　通過這一次的課程設(shè)計，我收獲很大，我了解了一個比較簡單的模型計算機的實現(xiàn)，真正了解了計算機組成原理的實際意義，而且在整個制作過程中,我們遇到了很多錯誤，出現(xiàn)錯誤時，在更改的過程，體會其中的種種困難，了解到了難點的地方，這對于我們學(xué)習(xí)計算機硬件方面的課程有著很大的幫助，同時對于之前的幾次試驗我們操作機器的實驗理解、總結(jié)也更加的深刻了，在設(shè)計過程中，我從開始對硬件的迷惑和只懂個大概，到中間的疑惑與焦慮甚至無奈放棄，到

60、解決了所有問題和疑惑。突然有一種雨過天晴的感覺。對于整個實驗過程，首先，我們按提示進行初步的定位，尋找合適的地址指令，安排指令，出現(xiàn)錯誤時，就先查找錯誤所在位置進而仔細檢查是否代碼錯誤或者其他系統(tǒng)性的錯誤或是機器、接線的錯誤，從而根據(jù)錯誤行修改，操作時一定要注意規(guī)范程度避免帶來不必要的麻煩，給系統(tǒng)的正常運行帶來麻煩，在制作過程中經(jīng)常出現(xiàn)代碼錯誤，經(jīng)過仔細的思考我們進行改進。而且，這對于我們以后工作也有著很大的好處，培養(yǎng)了我們遇到問題，分

61、析問題，解決問題各個方面上的能力。平時我們做作業(yè)也都是在做書本上面給我們的題目，而這一次則是由我們自己設(shè)計出的，這對我們的創(chuàng)新意識也是一種很大大</p><p>　　我們希望學(xué)校以后可以多為我們提供這樣的機會，這樣我們就可以在實踐中得到平時課堂上面所缺失的一些能力，同時希望學(xué)?？梢栽趧e的學(xué)科也可以小組成員里這樣給我們提供更好的條件來進行教學(xué)。這樣可以使我們的綜合素質(zhì)的到很好的提升。</p><