《计算机组成原理》课程设计报告-基本模型机的设计--加减法指令的实现汇.doc

课程设计任务书 学生姓名： 专业班级： 计算机 指导教师： 工作单位：计算机科学与技术学院 题 目: 基本模型机的设计——加减法指令的实现 初始条件： 理论：学完“电工电子学”、“数字逻辑”和“计算机组成原理”课程，掌握计算机组成原理实验平台的使用。 实践：计算机学院科学系实验中心提供计算机、实验的软件、硬件平台，在实验中心硬件平台验证设计结果。 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、基本模型机系统分析与设计，利用所学的计算机组成原理课程中的知识和提供的实验平台完成设计任务，从而建立清晰完整的整机概念。 2、根据课程设计题目的要求，编制实验所需的程序，上机测试并分析所设计的程序。 3、课程设计的书写报告应包括： （1）课程设计的题目。 （2）设计的目的及设计原理。 （3）根据设计要求给出模型机的逻辑框图。 （4）设计指令系统，并分析指令格式。 （5）设计微程序及其实现的方法（包括微指令格式的设计，后续微地址的产生方法以及微程序入口地址的形成）。 （6）模型机当中时序的设计安排。 （7）设计指令执行流程。 （8）给出编制的源程序,写出程序的指令代码及微程序。 （9）说明在使用软件HKCPT的联机方式与脱机方式的实现过程（包括编制程序中加减法指令的时序分析，累加器A和有关寄存器、存储器的数据变化以及数据流程）。 （10）课程设计总结（设计的特点、不足、收获与体会）。 时间安排： 周一：熟悉相关资料。 周二：系统分析,设计程序。 周三、四：编程并上实验平台调试 周五：撰写课程设计报告。 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 加减法指令的实现 设计目的与原理 实验目的 本实验，通过掌握各个单元模块的工作原理，进一步将其组成完整的系统，构造成1台基本的模型计算机。并通过这台模型计算机，对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制等过程有更深的了解，加深对理论课程的理解。 在本试验中，我们将规划读写内存、寄存器、数值计算等功能，并且编写相应的微程序。具体上机调试各个模块单元以进一步掌握整机的概念。 实验原理 在本设计中，数据通路的控制将由微程序控制器来完成。在各个模块实验中，各模块的控制信号都是由实验者手动模拟产生的。而在真正的实验系统中，模型机的运行是在微程序的控制下，实现特定指令的功能。计算机从内存取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期，全部由微指令和与之相匹配的序列来完成，即1条机器指令对应一个微程序。 二、总体设计 模型机逻辑框图 简单的模型计算机由算术逻辑运算单元、微程序单元、堆栈寄存器单元、累加器、启停、时序单元、总线和存储器单元组成。 下图为较典型的实验计算机整体逻辑框图： 2、指令系统与指令格式 实验平台内采用的是8位数据总线和8位地址总线方式，设计指令系统时，主要考虑的是指令的类型，寻址方式和编码方式。 指令类型包括算术/逻辑运算类指令、移位操作类指令（带进位或不带进位）、数据传送类指令、程序跳转指令（有条件或无条件）、存储器操作类指令等。寻址方式包括直接地址寻址、寄存器直接寻址、寄存器间接寻址、立即数寻址等。指令格式的设定一般与机器的字长、存储器的容量以及指令的功能有关。主要包括操作码字段和地址码字段。本实验中操作码为8位，数据的传送单位为8位。 微程序的设计及其实现方法 3.1微指令格式设计 微指令长24位，本阶段的设计任务是决定24位长的微指令是否分段定义，以及确定各段段长、决定各码位含义和有效性等。 由于模型机指令系统规模较小，功能也不太复杂，所以采用全水平不编码纯控制场的微指令格式。因为在本设计平台的硬件设计中，微指令长24位，所以最多有24位微操作控制信号可由微码直接实现。本实验计算机24位长的微指令，对应信号分别为：S0、S1、S2、S3、M、CN、AUL-O、EDR2、EDR1、RA-O、ERA、X1、X0、HALT、WR、RR、ELP、PC-O、IR2-O、EIR2、EIR1、RM、WM、MLD。 3.2微程序入口地址及后续微地址 当微指令格式确定后，就需要确定后续微指令地址。通常是先确定微程序分支处的微地址，因为微程序分支处需要进行判断测试。 微指令由ROM读出后直接给出下一条微指令的地址，这个地址就放在微地址寄存器中。当微程序出现分支时，通过地址转移逻辑去修改微地址寄存器内容，并按修改好的微地址读出下条微指令。 在模型机中，微程序