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PAGE \* MERGEFORMAT17 《计算机组成原理》 课 程 设 计 课程名称：计算机组成原理 题 目：模型及设计与实现 专 业：计算机科学与技术（交通信息工程） 同 组：高鸿雁 班 级学 号：2402090422 姓 名：支俊方 指导老师 课程设计时间：11.28~12.2 目录 课程设计任务书3 课程设计具体步骤4 实验题目4 设计目的4 课程设计设备4 设计内容（步骤）4 确定设计的功能和用途4 模型机的硬件设计4 指令设计分析5 五条机器指令5 模型机图解6 微指令的设计6 五、测试程序9 （二）装载和写入程序9 （三）测试运行程序10 （四）调试过程中的截图10 三、课程设计总结10 附录一：课设连线图 附录二：调试过程截图 附录三： 参考文献 课程设计任务书 一、设计任务： 1、 基本模型机设计与实现； 2、 在基本模型机设计的基础上设计一台复杂模型机。 二、功能指标和设计要求： 利用所学过的理论知识，特别是微程序设计的思想，写出要设计的指令系统的微程序。设计环境为TDN－CM＋计算机组成原理教学实验箱、微机，联机软件等。将所设计的微程序在此环境中进行调试，并给出测试思路和具体程序段。最后撰写出符合要求的课程设计说明书、完成答辩。 1.基本模型机设计与实现 1.1、设计一台简单模型机，要求其指令系统至少要包括五条不同类型指令：如一条输入指令（假设助记符为IN），一条加法指令（假设助记符为ADD），一条存数指令（假设助记符为STA），一条输出指令（假设助记符为OUT）和一条无条件转移指令（假设助记符为JMP）；利用设计的模型机设计一个进行两个数求和运算的测试验证程序，验证模型机的功能。 1.2、在1.1的基础上，给基本模型机增加一条加法指令（假设助记符仍为ADD），但是该加法指令的寻址方式与1.1中的加法指令寻址方式不同。利用设计的模型机设计一个进行两个数求和运算的测试验证程序，验证模型机的功能。 2. 在任务1的基础上，设计具有不少于10条指令的复杂指令系统模型机。其中，包含算术逻辑指令、访问内存指令、转移指令、程序控制指令（控制台指令）、输入输出指令、停机指等令。数据的寻址方式要包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。利用设计的复杂模型机实现两个数的减法运算并判断差得正负，差为正数则输出A，差为负数则输出B，差为零则输出C。设计该测试验证程序，验证模型机的功能。 3、基本模型机和复杂模型机的CPU数据字长为8位，采用定点补码表示。指令字长为8的整数倍。微指令字长为24位。 三、设计步骤： 1、确定设计目标 进行全面深入的模型机设计需求分析，确定所设计计算机的功能和用途。 2、确定指令系统 确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式。确定相对应指令所包含的微操作。 3、总体结构与数据通路与硬件实现 总体结构设计包括确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构。在此基础上，就可以拟出各种信息传输路径，以及实现这些传输所需要的微命令。 综合考虑计算机的速率、性能价格比、可靠性等要求，设计合理的数据通路结构，确定采用何种方案的内总线及外总线。数据通路不同，执行指令所需要的操作就不同，计算机的结构也就不一样。 硬件实现基于现有的基本实验箱平台，根据所设计模型机选择必要的元器件，并通过接插件（各种连线等）进行器件连接，组成所设计的模型机硬件系统（物理机）。 4、设计指令执行流程 数据通路确定和硬件实现后，就可以设计指令系统中每条指令所需要的机器周期数。对于微程序控制的计算机，根据总线结构，需考虑哪些微操作可以安排在同一条微指令中，哪些微操作不能安排在同一条微指令中。 5、确定微程序地址 根据后续微地址的形成方法，确定每个微程序地址及分支转移地址。 6、微指令代码化 根据微指令格式，将微程序流程中的所有微指令代码化，转化成相应的二进制代码写入到控制存储器中的相应单元中。 7、组装、调试 7.1、在总调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有各功能模块工作正常后，才能保证整机的正常运行。首先调试每条微指令功能，再调试每条机器指令功能。 连接所有模块，用单步微指令方式执行机器指令的微程序流程图，当全部微程序流程图检查完后，若运行结果正确，则在内存中装入一段机器指令，进行其他的运行方式等功能调试及执行指令的正确性验证。 7.2、当所有功能模块都调试正常后，进入总调试。根据设计的模型机设计模型机功能测试验证程序，运行程序验证模型机功能。 五、时间安排： 第十四周（11.28~12.2） 熟悉课程设计任务，掌握实验设备 设计模型机连接电路 编写机器指令和微程序指