計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告--復(fù)雜模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　　課程名稱 計(jì)算機(jī)組成原理 </p><p>　　課題名稱 復(fù)雜模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì) </p><p>　　專 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　班 級(jí)

2、 計(jì)科1001班 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　時(shí) 間 2013年 1月 5號(hào)

3、 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一 復(fù)雜模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1</p><p>　　二 總體設(shè)計(jì)方案2</p><p>　　2.1 復(fù)雜模型機(jī)的邏輯框圖2</p><p>　　2.2用框圖語(yǔ)言表示模型機(jī)的指令執(zhí)行流程3</p>&l

4、t;p>　　三 數(shù)據(jù)格式和尋址方式的設(shè)計(jì)3</p><p><b>　　3.1數(shù)據(jù)格式3</b></p><p>　　3.2模型機(jī)的尋址方式4</p><p>　　3.3 指令格式5</p><p>　　四 指令和和微程序的設(shè)計(jì)8</p><p><b>　　4.1指令系

5、統(tǒng)8</b></p><p>　　4.2微程序的設(shè)計(jì)8</p><p>　　五 線路連接圖12</p><p>　　六 微程序流程及說(shuō)明13</p><p>　　七 課程設(shè)計(jì)的收獲及體會(huì)17</p><p><b>　　八 參考資料19</b></p><

6、;p>　　第一章 復(fù)雜模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)目的：</b></p><p>　　(1)建立清晰完整的整機(jī)概念;</p><p>　　(2)學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)與調(diào)試計(jì)算機(jī)的基本方法與步驟;</p><p>　　(3)培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲凶黠L(fēng)和獨(dú)立工作能力。</p><p&

7、gt;<b>　　1.2設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p><p>　　(1)綜合運(yùn)用所學(xué)的計(jì)算機(jī)原理知識(shí)，按給定的指令系統(tǒng)和數(shù)據(jù)格式，在所提供設(shè)備的范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)一臺(tái)字長(zhǎng)八位的由微程序控制器來(lái)控制的模型計(jì)算機(jī)。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)較為完整的八位模型計(jì)算機(jī)；</p><p>　　(2)設(shè)計(jì)微程序控制器的邏輯原理電路圖；</p><p>　　(3)設(shè)計(jì)微地址轉(zhuǎn)移的邏

8、輯電路圖；</p><p>　　(4)設(shè)計(jì)微程序流程圖；</p><p><b>　　(5)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。</b></p><p><b>　　1.3．設(shè)計(jì)指標(biāo)：</b></p><p><b>　　(1)字長(zhǎng)八位；</b></p><p>　　(2)時(shí)鐘

9、源MF=QB=1μs；</p><p>　　(3)內(nèi)存容量不得小于2^8；</p><p>　　(4)指令系統(tǒng)不得小于十四條。要求算術(shù)邏輯指令七條、訪問(wèn)內(nèi)存和程序控制指令四條、輸入輸出指令兩條、其他指令一條。</p><p><b>　　1.4實(shí)驗(yàn)類型：</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)型試驗(yàn)；<

10、/b></p><p><b>　　1.5實(shí)驗(yàn)設(shè)備：</b></p><p>　　(1)CM++試驗(yàn)儀一臺(tái)；</p><p>　　(2)集成電路芯片以及排線若干。</p><p>　　第二章 模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)原理</p><p><b>　　2.1數(shù)據(jù)格式：</b><

11、;/p><p>　　模型機(jī)規(guī)定采用定點(diǎn)補(bǔ)碼表示法表示數(shù)據(jù)，且字長(zhǎng)為８位，其格式如下：</p><p>　　其中第 7 位為符號(hào)位，相對(duì)于十進(jìn)制數(shù)值表示范圍是：-1≤X≤1。 </p><p>　　模型機(jī)設(shè)計(jì)四大類指令一共16條，其中包含算術(shù)邏輯指令、I/O 指令、訪問(wèn)以及轉(zhuǎn)移指令和停機(jī)指令。</p><p><b>　　1．算術(shù)邏輯指令

12、</b></p><p>　　算術(shù)邏輯運(yùn)算指令用單字節(jié)表示，尋址方式采用寄存器直接尋址，其格式如下：</p><p>　　其中，OP-CODE為操作碼，Rs為源寄存器，Rd為目的寄存器，并規(guī)定：</p><p>　　2．訪存指令及轉(zhuǎn)移指令（本模型機(jī)規(guī)定變址寄存器RI指定為寄存器R2。）</p><p>　　模型機(jī)設(shè)計(jì)2條訪問(wèn)指令，

13、即存數(shù)(STA)、取數(shù)(LDA)、2條轉(zhuǎn)移指令，即無(wú)條件轉(zhuǎn)移(JMP)、結(jié)果為零或有進(jìn)位轉(zhuǎn)移指令(BZC)。其格式如下：</p><p>　　其中，OP-CODE為操作碼， Rd為目的寄存器，D為位移量(正負(fù)均可)，M為尋址方式，其定義如下：</p><p><b>　　3．I/O指令</b></p><p>　　輸入和輸出指令采用單字節(jié)指令，

14、其格式如下：</p><p>　　其中，addr=01 時(shí)，表示選中“輸入單元”中的開(kāi)關(guān)組作為輸入設(shè)備，addr=10時(shí)，表示選中“輸出單元”中的數(shù)碼管作為輸出設(shè)備。</p><p>　　其中，addr=01 時(shí)，表示選中“輸入單元”中的開(kāi)關(guān)組作為輸入設(shè)備，addr=10時(shí)，表示選中“輸出單元”中的數(shù)碼管作為輸出設(shè)備。</p><p><b>　　4．控制

15、臺(tái)指令</b></p><p><b>　　5．停機(jī)指令</b></p><p>　　這類指令只有1條，即停機(jī)指令HALT，用于實(shí)現(xiàn)停機(jī)操作，指令格式如下：</p><p>　　2.2 系統(tǒng)指令：</p><p>　　算術(shù)邏輯指令的助記符、功能和具體格式</p><p>　　第三章

16、模型計(jì)算機(jī)總體設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介：</b></p><p>　　本系統(tǒng)是一臺(tái)八位模型計(jì)算機(jī)，它由微程序控制器、數(shù)據(jù)通路、時(shí)序發(fā)生器等三大部件構(gòu)成。</p><p>　　它由16條基本指令，其中算術(shù)邏輯指令七條，移位指令兩條。訪問(wèn)內(nèi)存指令和程序控指令四條，輸入/輸出指令以及停機(jī)指令。</p><p

17、>　　3.2系主要部件的工作原理：</p><p>　　3.3微指令格式的設(shè)計(jì)：</p><p>　　表2 微指令結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　其中uA5~uA0為6位的后續(xù)微地址，A、B、P為三個(gè)譯碼字段，分別由三個(gè)控制位譯碼出多位。P字段中的P1~P4是四個(gè)測(cè)試字位，其功能是根據(jù)機(jī)器指令及相應(yīng)微代碼進(jìn)行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的為地址入口，從而實(shí)現(xiàn)微程

18、序的順序、分支、循環(huán)運(yùn)行。具體來(lái)說(shuō)，P1測(cè)試用于“取指令”微指令，它用下址低四位（uA3~uA0）與指令寄存器高四位（IR7~IR4）相或得到各路分支；P2測(cè)試用下址低2位（uA1~uA0）與指令寄存器的IR3IR2相或得到各路分支；P3測(cè)試用于條件轉(zhuǎn)移，它用下址的uA4與(ZI +CY)相或得到各路分支；P4測(cè)試用于控制臺(tái)操作，它用下址低2位（uA1~uA0）與SWB、SWA相或得到各路分支。</p><p>

19、　　3.4 模型以及數(shù)據(jù)通路總框圖：</p><p>　　以控制器為中心，首控制器從指令寄存器取得指令，編譯指令，再輸出微控制信號(hào)，控制ALU的運(yùn)算，PC加一，并且從RAM中取出數(shù)據(jù)運(yùn)算，運(yùn)算后再把結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)總線存到RAM，在指令寄存器讀去下一條指令，依次循環(huán)。</p><p>　　3.5 微程序流程圖：</p><p>　　3.6 微地址轉(zhuǎn)移邏輯電路圖：&

20、lt;/p><p>　　改圖的IR順序?yàn)椋↖7、I6、I5、I3、I4、I2）</p><p><b>　　邏輯表達(dá)式如下：</b></p><p>　　SE1=T4·[SWA·P(4)+P(2) ·I2+P(1) ·I4]</p><p>　　SE2=T4·[SWB

21、3;P(4)+P(2) ·I3+P(1) ·I5]</p><p>　　SE3=P(1)·T4·I6</p><p>　　SE4=P(1)·T4·I7</p><p>　　SE5=P(3)·T4·(FC+FZ)</p><p>　　3.7 時(shí)序狀態(tài)圖：</

22、p><p>　　3.8 寄存器譯碼電路圖：</p><p><b>　　邏輯表達(dá)式如下</b></p><p>　　LDR0=LDRi·I1·I0</p><p>　　LDR1=LDRi·I1·I0</p><p>　　LDR2= LDRi·I1&#

23、183;I0</p><p>　　R0-B=(RD-B·I1·I0 )· (RS-B·I2·I3)</p><p>　　R1-B=(RD-B·I1·I0 )· (RS-B·I2·I3)</p><p>　　R2-B=(RD-B·I1·I0 )

24、83; (RS-B·I2·I3) · (RI-B)</p><p>　　3.9 74LS的邏輯功能圖：</p><p>　　74LS181的邏輯功能表</p><p>　　3.10 模型機(jī)接線圖：</p><p>　　七 課程設(shè)計(jì)的收獲及體會(huì)</p><p>　　經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我了解

25、了很多知識(shí)，也學(xué)到了一些課本中沒(méi)有的知識(shí)點(diǎn)，實(shí)踐給我們帶來(lái)了很多快樂(lè)，但是在這快樂(lè)中我們有著艱辛，在我們接完線的時(shí)候，去運(yùn)行機(jī)器總是出錯(cuò)，我們一步一步的檢查，到最后一遍又一遍的重新連線，到最后終于成功了，心里有著一般人沒(méi)有的喜悅。</p><p>　　計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)踐實(shí)驗(yàn)課程不僅僅是對(duì)理論的驗(yàn)證，重要的是技術(shù)訓(xùn)練和能力培養(yǎng)，包括動(dòng)手能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力、書(shū)寫(xiě)能力和表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等的培養(yǎng)也就是要注

26、重學(xué)生的工程能力，培養(yǎng)學(xué)生完成項(xiàng)目實(shí)踐的能力，同時(shí)，要培養(yǎng)學(xué)生交流的能力，能夠很好地表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思想，這也是工程實(shí)踐中必不可少的。因此，在整個(gè)課程中，指導(dǎo)教師多次與學(xué)生交流設(shè)計(jì)方案，讓學(xué)生在與老師的交流中逐漸理解處理器的工作原理。同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生書(shū)寫(xiě)報(bào)告的能力，很多學(xué)生只注重編程序，而不重視課程報(bào)告的撰寫(xiě)，這需要老師的引導(dǎo)和成績(jī)比例分配的導(dǎo)向，讓學(xué)生真正理解報(bào)告不僅是寫(xiě)給老師看的，更重要的是真正通過(guò)報(bào)告的形式提交自己的設(shè)計(jì)思想。通過(guò)口頭

27、交流和文字的書(shū)寫(xiě)，引導(dǎo)學(xué)生明確設(shè)計(jì)思路，體會(huì)整機(jī)的設(shè)計(jì)思想，使“設(shè)計(jì)”真正成為完成該“項(xiàng)目”的第一步。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)對(duì)于我個(gè)人有很大的收獲，對(duì)于復(fù)雜模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)有了一定的了解，意識(shí)到專業(yè)知識(shí)的重要性，要想學(xué)好一定要下狠功夫，沒(méi)有付出，怎有回報(bào)，同時(shí)也體會(huì)到理論的知識(shí)的理解必須依靠實(shí)踐是的有力結(jié)合，才能對(duì)學(xué)習(xí)的知識(shí)融會(huì)貫通，了解透徹，實(shí)踐永遠(yuǎn)是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，我希望在學(xué)習(xí)的過(guò)程能夠多開(kāi)展

28、這樣的有意義的課程設(shè)計(jì)，對(duì)于學(xué)生的知識(shí)的提高有很大的幫助，期待下一次這樣課題的課程設(shè)計(jì)，我將一如既往熱情地投入到學(xué)習(xí)的過(guò)程中，求知，求學(xué)，更好學(xué)好專業(yè)，優(yōu)秀完成專業(yè)任務(wù)，豐富自己的專業(yè)知識(shí)，求得更快成長(zhǎng)！</p><p><b>　　八 參考資料</b></p><p>　　[1] 陳華光. 計(jì)算機(jī)組成原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 </p>

29、<p>　　[2] 楊小龍. 計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教程[M]，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004</p><p><b>　　個(gè)人總結(jié):</b></p><p>　　在我們將微指令的二進(jìn)制形式轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制在逐條測(cè)試的時(shí)候,發(fā)現(xiàn)了自增指令存在一些問(wèn)題,在我們的程序設(shè)計(jì)過(guò)程中,用到了計(jì)數(shù)的功能,但是由于微程序流程圖所提供的指令數(shù)有限,所以我們?cè)谟?/p>

30、每一次先用減法減一然后在進(jìn)行加法,通過(guò)循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)乘法的功能。</p><p>　　還有在對(duì)ＣＹ清零的時(shí)候存在一些問(wèn)題，我們通過(guò)循環(huán)移位來(lái)消除該位對(duì)邏輯運(yùn)算的影響。經(jīng)過(guò)小組成員的共同努力，我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)乘法運(yùn)算的功能，具體內(nèi)容見(jiàn)上文的描述。通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)ＣＰＵ的工作原理有了更加深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)的工作原理有了更清晰的認(rèn)識(shí)，受益匪淺，難免會(huì)存在一些問(wèn)題，希望老師給出寶貴的意見(jiàn)和建議，為我們指點(diǎn)迷津。感謝老