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组成原理课程设计 指导教师： 学生班级： 学生姓名： 学 号： 班内序号： 课设日期： 2011/6/13～2011/6/26 目录 一、设计目的 3 二、设计要求 3 三、设计方案 3 1．首先设计整机逻辑框图，并分析各主要部件中所使用的关键器件，彻底理解主要芯片的工作原理。 3 2．指令系统和指令执行流程设计 3 3．微操作控制信号和微程序设计 3 四、详细设计过程 4 1．整机逻辑框图，并分析各主要部件中所使用的关键器件，彻底理解主要芯片的工作原理。 4 2．指令系统和指令执行流程设计 4 3．微操作控制信号和微程序设计 7 五、编程与调试程序 9 1．实验计算机的组装 9 2．实验计算机调试 9 3．汇编源文件 .ASM 9 六、结果及分析 10 七、收获体会 10 一、设计目的 1．主要掌握微程序控制结构计算机的设计方法，通过对机器指令和相对应微程序的设计，加深对微程序控制器的理解，加深对微程序设计特点的了解，加深对计算机各部件的理解以及对整机结构的理解。 2．掌握几种寻址方式的控制执行过程。 3．了解多累加器计算机的特点。 4．熟悉VHDL语言的编程。 二、设计要求 1．运算器采用单累加器多寄存器结构 2．指令系统：16条以上指令，有I/O指令，外部设备统一编址。 3．内存寻址范围1K以上字节 寻址方式： 寄存器直接寻址 寄存器间接寻址 直接寻址 立即数寻址 4．可执行从键盘上输入的十进制两位数与两位数加法程序并打印输入的数据及结果或实现两数相加通过数码管显示结果。 三、设计方案 1．首先设计整机逻辑框图，并分析各主要部件中所使用的关键器件，彻底理解主要芯片的工作原理。 根据设计要求，对实验仪硬件模块进行逻辑剪辑组合，便可设计出该实验计算机的整机逻辑框图。为利于调试，应在逻辑框图上表明各器件的控制信号及必要的输出信号。 2．指令系统和指令执行流程设计 ① 指令系统 需确定实验计算机的指令系统具体由哪里指令组成，包括哪几种类型指令，指令操作数有哪几种寻址方式，以及指令编码等。 ② 指令执行流程 应根据实验计算机整机逻辑图来设计指令系统中每条指令的执行流程。 一条指令从内存取出到执行完，需要若干个机器周期(节拍)。任何指令的第一个机器周期都是“取指令周期”，或称为公操作周期。而一条指令共需几个机器周期取决于指令在机内实现的复杂程度。 3．微操作控制信号和微程序设计 ① 微操作控制信号及其实现方法 综合实验计算机指令系统各指令执行流程中所涉及到的微操作控制信号，统计总共需要多少个微控制信号，每个信号的有效性，决定这些信号中哪些由软件(微指令)直接产生，哪些需用硬件实现。 ② 设计微指令格式，微指令由32位组成，设计出每位微操作的定义。 ③ 确定微程序控制方式 设计任务包括设计各微程序入口地址的形成方法和控存的顺序控制(即下地址形成)方法。 ④ 编写各指令的微程序 根据指令流程和微指令格式仔细地逐条填写微指令各码位。 为减少填写错误，可边把本条微指令用到的微码(微操作控制信号)按预定的有效性填入，检查无误后，再对本条微指令用不到的微码(微操作控制信号)填入与预定的有效性相反的代码，核对无误后，最后将这32位微码缩写成8位十六进制微指令。 四、详细设计过程 1．整机逻辑框图，并分析各主要部件中所使用的关键器件，彻底理解主要芯片的工作原理。 T0为取指令微指令，所有指令的T0拍均相同。 T1~T3为执行微指令。 T0中的（A）→ACT为节省以后从累加器A输出数据的时间而增设的，它把A预先送到暂存器ACT中，以后可直接传送到ALU中进行各种运算。 对于微程序控制的计算机指令流程与微指令一一对应。 2．指令系统和指令执行流程设计 编号 汇编码 指令流程 0 取指令(所有指令的最后一步) T0:(PC) MC=00 AB; (M) CRDX=0 DB GI=0 IR; (PC)+1 PINC=0 PC; (A) GC=0 ACT; MPLD=0; 1 MOV A, Ri T1:(Ri) MA=0 S=011 ALU MB=00DB GA=0 A; 2 MOV Ri, A T1:(ACT) S=010ALU MB=00 DB WRE=0 Ri; 3 MOV A, @Ri T1:(Ri) MA=1 S=011 ALU MB=00 DB GA2=0 ADRL; T2:7EH S=111 ALU MB=00 DB GA1=0 ADRH; T3:(ADR) MC=01 AB; (M) CRDX=0 DB GA=0 A; 4 MOV @Ri, A