计算机组成原理课程设计--研制一台性能简单的实验计算机

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1、 课 程 设 计 报 告 课程名称：课程名称：计算机组成原理课程设计 设计题目设计题目： 研制一台性能简单的实验计算机 系系 别：别： 计算机系 专专 业：业： 计算机科学与技术 目录 1.课程设计的目的 1 1.1 计算机的硬件基本组成 1 1.2 计算机中机器指令的设计 . 1 1.3 计算机中机器指令的执行过程 . 1 1.4 微程序控制器的工作原理 . 1 1.5 微指令的格式设计原理 . 1 2.设计要求 1 3 设计方法及过程 3 3.1 整机设计 . 3 3.2 设计指令系统 . 5 3.3 设计微指令及指令的微程序 5 3.3.1 计算微地址 5 3.3.2 指令的执行流程 5

2、 3.3.3 编写指令的微程序 8 3.4.编写并执行应用程序 10 3.4.1 手工汇编. 10 3.4.2 机器汇编. 10 4 心得体会 . 15 5.参考文献： . 16 1 1.课程设计的目的课程设计的目的 1.1 计算机的硬件基本组成计算机的硬件基本组成 计算机分为软件系统和硬件系统；软件系统又分为：系统软件和应用软 件；硬件系统分为：运算器，控制器，存储器，出入设备，输出设备。 1.2 计算机中机器指令的设计计算机中机器指令的设计 计算机的指令格式与机器的字长、存储器的容量及指令的功能都有很大 的关系。从便于程序设计、增加基本操作并行性、提高指令功能的角度来看， 指令中应包含多种

3、信息。但在有些指令中，由于部分信息可能无用，这将浪 费指令所占的存储空间，并增加了访存次数，也许反而会影响速度。 1.3 计算机中机器指令的执行过程计算机中机器指令的执行过程 完成一条指令的功能可以分成两个主要阶段：取指和执行。 (1).取指（Fetch）从主存储器中取出指令代码进入 CPU。 (2).执行（Execution）是将指令代码翻译成它代表的功能（被称为译 码） 、并发出有关控制信号实现这个功能。 1.4 微程序控制器的工作原理微程序控制器的工作原理 微程序控制器的工作原理：是依据读来的机器指令的操作码找到与之对 应的一段微程序的入口地址，并按由指令具体功能所确定的次序，逐条从控

4、制存储器中读出微指令，以“驱动”计算机各功能部件正确运行。 1.5 微指令的格式设计原理微指令的格式设计原理 2.设计要求设计要求 研制以台性能如下的实验计算机。 （1）没有外部设备； （2）运算器采用单累加器多寄存器结构； （3）操作数寻址方式有：立即数寻址、寄存器寻址、直接寻址； （4）设计由如下指令组成的指令系统，其中 A 为累加器 A，RX 为通用寄存器。 将指令的二进制编码填入表中； 表 1 指令助记符 指令助记符 指令功能 指令编码 I7I7I5I4I3I2I1I0 节拍 微操作 控制信号 控制信号 有效性 取指微指令 SUB A，RX 000000 RX 2 ADD A，RX 0

5、00001 RX MOV A，RX 001000 RX MOV RX，A 001001 RX MOV A ， #DA TA 01000000DA TA MOV RX， #data 01000100 DA TA LDA ADDR 01100 AAA A7A0 STA ADDR 01100AAA A7A0 RLC A 10000000 HALT 10000100 （5）计算各指令的微地址并写出各指令的微程序； （6）编写汇编语言程序实现如下功能：将内存某个单元的数据进行左移一位， 并将结果放入 00D 中，进行保存； （7）将该应用程序机器汇编、机器装入、并连续运行，察看运行结果并验证程 序的正确

6、性； （8）将下列程序手工汇编、手工装入并运行，察看运行结果。 ORG 300 START: MOV A1,#01 RLC A1 LDA 00D END 3 3 设计方法及过程设计方法及过程 3.1 整机设计整机设计 图 1 单累加器多寄存器结构 4 确定设计目标 确定整机逻辑 确定指令系统 指令流程 编写调试程序 编写应用程序 确定各位操作控制信号实现方 确定微指令格式 编写微程序 熟悉实验仪 输入微程序到控存 （用 FD-CES 键盘） 熟悉 PLD 实验板 编辑 ABL 源程序 (生成*.ABL 文件) 编译 ABL 源程序 (生成*.JED 文件) 下载*.JED 文件到 PLD(ISP2096) 输入程序到内存 （用 FD-CES 键盘） 单拍/连续运行程序 （用 FD-CES 键盘） 图 2 实验计算机研制流程 5 3.2 设计指令系统设计指令系统 表 2 指令的功能及编码 序号 指令助记符 指令功能 指令编码 第一字节 第二字节 1 SUB