计算机组成原理课程设计--模型机的设计与实现

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1、计算机信息工程学院 计算机组成原理计算机组成原理 课课 程程 设设 计计 报报 告告 题目： 模型机的设计与实现 专 业： 计算机科学与技术（网络方向） 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： I 目目 录录 一、一、 设计概述设计概述 .2 1.1 设计目的 2 二、设计原理及内容二、设计原理及内容 .3 2.1 设计基本原理 3 2.2 需执行的机器指令 3 2.3 数据通路图 4 2.4 微指令格式 5 2.5 微程序地址的转移 5 2.6 机器指令的写入、读出和执行 6 三、三、 设计步骤设计步骤 .8 3.1 编写机器指令 8 3.2 绘制微程序流程图 8 3.3 绘制

2、微指令 9 3.4 连接实验线路 10 3.5 写指令 10 3.5.1写微指令 .10 3.5.2写机器指令 .11 四、运行结果四、运行结果 .11 参考文献参考文献 .12 2 一、 设计概述 1.1 设计目的 随着社会科技的发展，计算机被应用到各行各业，人们步入自动化、智能化 的生活阶段。 本次课程设计课题是基本模型机的设计与实现， 它正体现了这一点。 利用 CPU 与简单模型机来实现计算机组成原理课程及实验中所学到的实验原理 和编程思想，硬件设备自拟，编写指令的应用程序，用微程序控制器实现了一系 列的指令功能，最终达到将理论与实践相联系。本次设计完成了各指令的格式以 及编码的设计，

3、实现了各机器指令微代码， 形成具有一定功能的完整的应用程序。 在“微程序控制器的组成与微程序设计实验”的基础上，将第一部分中的各单元 组成系统，构造一台基本模型计算机。 1.掌握机器指令与微程序的对应关系。 2.掌握机器指令的执行流程。 3.掌握机器指令的微程序的编制、写入。 4.在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将组成系统，构成一台基本模 型计算机。 5.为其定义五条机器指令，并编写相应的微程序，上机调试，掌握整机概念。 3 二、设计原理及内容 2.1 设计基本原理 部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，如运算器实验 中对 74LS181 芯片的控制，存储器实验中对存储器

4、芯片的控制信号，以及几个 实验中对输入设备的控制。而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元 控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制 器来完成，CPU 从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部 由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一段微程序。 本系统使用两种外部设备，一种是二进制代码开关(DATA UNIT)，它作为输 入设备； 另一种是发光二极管(BUS UNIT 上的一组发光二极管)， 它作为输出设备。 例如：输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到总线上，只要开关状态不变， 输入的信息也不变。输出时，将输出数据送到数据总线 BU

5、S 上，驱动发光二极管 显示。 2.2 需执行的机器指令 本次设计采用五条机器指令；IN(输入)、ADD（加） 、OR(或)、OUT(输出)、 NOT(加 3 取反)、JMP(无条件转移)，其指令格式如表 2-1 所示。 助记符 机器指令码 说明 IN 0000 0000 “DA TA UNIT”中的开关状态R0 ADD addr 0001 0000 XXXXXXXX R0+addraddr OR addr 0010 0000 XXXXXXXX R0 OR addr-R0 NOR addr 0011 0000 XXXXXXXX R0 0 R addrRO OUT addr 0100 0000

6、XXXXXXXX addrBUS JMP addr 0101 0000 XXXXXXXX addrPC 表 2-1 机器指令格式表 其中机器指令码的最高 8 位为操作码。IN 为单字长(8 位)，其余为双字长指 令，XXXXXXXX 为 addr 对应的二进制地址码。 4 BU ALU-B RAM(256X8) S3 S2 S1 S0 M CN ALU(74181) DR1(74273) DR2(74273) CE WE AR(74273 LDAR PC-R LOAD LDPC PC(74161) 时序 产生器 微控器 LDIR IR(74273) I/O R0(74374) LDDR1 LDDR2 R0-B LDR0 SW-B 2.3 数据通路图 实验系统的数据通路图，如图 2.1 所示。 图 2.1 数据通路图 注意： 片选信号 CE=0 为有效电平，CE=1 为无