计算机组成原理课程设计报告及代码之复杂模型机设计剖析.doc

课程设计报告 课程名称： 计算机组成原理 题目名称： 复杂模型机设计 专业名称： 计算机科学与技术 班 级： 2013240203 学生姓名： 李俊 同组同学： 丰翔 王兆宇 学 号： 201324020311 指导教师： 兰勇 完成时间： 2016年1月8 日 目录 一 、课程设计概述 2 1.1 课程设计的教学目的 2 1.2 课程设计任务和基本要求 3 1.3 设计原理 3 二、 规定项目的实验验证 3 2.1 设计原理 3 2.2 操作步骤 9 三、 指定应用项目的设计与实现 14 3.1设计任务 14 3.2任务分析以及解决方案 14 四、 收获和体会 15 4.1 我的收获与体会 15  一 、课程设计概述 1.1 课程设计的教学目的 本课程设计的教学目的是在掌握计算机系统组成及内部工作机制、理解计算机各功能部件工作原理的基础上，深入掌握数据信息流和控制信息流的方法，进一步加深对计算机系统各模块间相互关系的认识和整机的概念，培养开发和调试计算机的技能。在设计实践中提高应用所学专业知识分析问题和解决问题的能力。 1.2 课程设计任务和基本要求 本课程设计以TD—CMA计算机组成原理教学实验系统为平台完成。 1. 按给定的数据格式和指令系统，理解微程序控制器的设计原理。 2. 设计给定机器指令系统以及微程序流程图，按微指令格式写出微程序的微指令代码。 3. 连接逻辑电路，完成启动、测试、编程、校验和运行，并观测运行过程和结果。 4. 将微程序控制器模块与运算器模块、存储器模块联机，组成一台模型计算机。 5. 用微程序控制器控制模型机的数据通路。 6. 通过在模型机上运行有机器指令组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，建立计算机的整机概念，掌握计算机的控制机制。 7. 按指定应用项目进行汇编指令格式及功能设计，并设计相应的机器指令代码，按照模型机数据通路设计实现机器指令功能的微程序。在PC机上编辑机器指令和微程序，装载代码到TD—CMA实验系统并运行，实现应用要求。 1.3 设计原理 在部件实验中，我们是人为用二进制开关来模拟一些控制信号完成数据通 路的控制。而在本课程设计中，数据通路的控制由微程序控制器来完成。计算机 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的列 来完成，即一条机器指令对应一个微程序。 二、 规定项目的实验验证 2.1 设计原理 机器指令格式：$P XX XX 机器指令标志、十六进制地址、机器指令代码 微指令格式：$M XX XXXXXX 微指令标志、十六进制地址、微指令代码 微指令代码格式 23 22 21 20 19 18-15 14-12 11-9 8-6 5-0 M23 CN WR RD IOM S3-S0 A B C M5-M0 0 进位 读 写 ALU 下一个地址 CN代表进位 WR、RD代表向MEM单元写和读 IOM代表向IN或OUT单元读写 S3-S0代表不同的运算 A指定目的地址 B指定原地址 C代表P测试或指定目的地址为PC指针 M5-M0代表下一个微指令的地址（一共6位，所以最大值为3F） WR、RD、IOM的功能 WR RD IOM 功能 0 0 0 不涉及MEM、IN和OUT单元 0 1 0 从MEM单元读数据 0 1 1 从IN单元读数据 1 0 0 向MEM单元写数据 1 0 1 向OUT单元写数据 S3~S0以及CN的功能 运算类型 S3；S2；S1；S0 CN 功能 逻辑运算 0000 X F=A 0001 X F=B 0010 X F=AB 0011 X F=A+B 0100 X F=~B 移位运算 循环移位 0101 X F=AB 0110 0 F=A1 1 F=A1 0111 0 F=A1 1 F=A1 算数运算 1000 X FC=CN 1001 X F=A+B 1010 X F=A+B+FC 1011 X F=A-B 1100 X F=A-1 1101 X F=A+1 1110 X 1111 X ABC字段以及功能 字段 内容 功能 A字段 目的操作数 000 NOP 001 存入A 010 存入B 011 存入寄存器Ri（R0~R3） 101 配合C字段的101，代表存入PC指针 110 存入地址寄存器AR 111 存入指令寄存器IR B字段 源操作数 000 NOP 001 ALU写入总线 010 RS写入总线 011 RD写入总线 100 RI写入总线 110 配合C字段的