计算机组成原理课程设计--- 模型机设计.doc

计算机组成原理课程设计 题 目： 模型机设计 前言 通过计算机组成原理理论课和几次实验的学习，尝试设计十四条机器指令，并编写相应的微程序，完成由基本单元电路构成一台基本模型机，再经过调试指令和模型机使其在微程序的控制下自动产生各部件单元的正常工作控制信号。 在设计基本模型机5的实验过程中，个别部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本课程设计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条微程序。 本课程设计以DVCC计算机组成原理教学实验系统为平台设计完成。 按给定的数据格式和指令系统，理解程序控制器的设计原理。 设计给定机器指令系统以及微程序流程图，由指令格式写出微程序的微指令代码 连接逻辑电路，完成启动、测试、编程、校验和运行，并观测运行过程及结果。 将微程序控制器模块与运算器模块、存储器模块联机，组成一台模拟计算机。 用微程序控制器控制模型机的数据通路。 通过在模型机上运行由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。 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，按照模型及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DVCC实验系统并运行，实现应用要求。 本课程设计要求实现十四条机器指令：IN（输入)，LDA,CLR,SUB（减法指令）, OUT（输出），JMP,MOV(数据传送指令),DEC（减1指令）, STA（存数），BZC,CMP（比较指令）,HTL,RL,RLC(循环左移)的输入，输出。重点主要在逻辑运算的设计中。 摘要 “计算机组成原理”是计算机专业和网络工程专业的重要专业基础课，“计算机组成原理课程设计”是理解和巩固计算机组成的基本理论、原理和方法的重要实践环节。本课程的目的是通过课程设计，使学生对所学习过的计算机组成原理课程内容加以理解和巩固。通过实验使学生掌握计算机由哪些部件所组成，各部件间又是如何进行协调工作的。 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，本课程设计将能在微程序控制下自动产生各部件单元的控制信号，实现特定指令的功能，通过设计流程图，编写机器指令，微指令和控制信号程序。首先向存储器（RAM）中装入数据和程序，然后检查写入是否正确，启动程序执行。另外，还需设计三个控制台操作微程序：存储器读操作（READ），存储器写操作（WRITE），运行程序(RUN)。以上各微指令设计完毕后，连接线路在DVCC计算机组成原理教学实验箱运行程序，并将实验结果显示输出。 关键词：计算机组成原理，微指令，机器指令， DVCC教学实验计算机 目录 前言 1 摘要 2 第一章 设计的目的及设计原理 4 1.1设计的目的 4 1.2设计的原理 5 第二章 总体设计 8 第三章 详细设计 10 3.1运算器的物理结构 10 3.2存储器系统的组成与说明 13 3.3指令系统的设计与指令分析 14 3.4微程序控制器的逻辑结构及功能 17 3.5微程序的设计与实现 21 第四章 系统调试报告 30 设计总结 32 参考文献 33 致谢 34 第一章 设计的目的及设计原理 1.1设计的目的 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，深入掌握信息流和控制信息流的流动过程，进一步加深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。再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。 本次课程设计主要是为其定义六条机器指令，编写相应的微程序，并上机调试运行，形成整机概念。 用微程序控制器实现以下指令功能，设计各指令格式以及编码，并实现各机器指令微代码，根据定义的机器指令，自拟编写加ADD,减SUB,循环左移RLC的应用程序。 全部微指令设计完毕后，编写二进制代码，即使每条指令代码化。连接线路在DVCC计算机组成原理教学实验箱上运行，并显示输出实验结果。 1.2设计的原理 （一）基本模型机的设计与实现 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，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个微程序。 为了向RAM中装入程序和数据,检查写入是否正确,并能启动程序执行,还必须设计三个控制台操作微程序. 存储器读操作: