计算机组成原理课程设计1111

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1、第1章设计分析1.1设计题目基本模型机的存储器逻辑框图设计1.2设计目的1.巩固和加深所学的硬件系统知识，学习和掌握硬件系统的设计方法。2.掌握计算机各模块的原理和相互关系,建立计算机整机概念。3.利用基本模型机的构建与调试，完整地建立计算机硬件的整机模型，掌握CPU的基本结构和控制流程，掌握指令执行的基本过程。4.掌握计算机功能模块的原理和关系,建立计算机整机概念。在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统，构造一台基本模型计算机。为其定义五条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试掌握整机概念1.3设计环境和工具TDN-CM组成原理实验系统,排线若干和PC微机一台1.4设

2、计任务1.掌握CISC微控制器功能与微指令格式2.设计五条机器指令,并编写对应的微程序3.在TDN-CM+教学实验系统中调试机器指令程序,确认运行结果1.5设计要求1.掌握实验系统的熟练操作2.完成模型机的实验线路连接3.调试模型机，并记录下实验结果第2章概要设计部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次课程设计将在微程序控制下自动产生各个部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这本次课程设计里，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段微程序。而微程序由设计者自己

3、写入微控制存储器中或者联机读入程序。2.1机器指令定义本次采用五条机器指令：IN(输入)，ADD(二进制加法)，STA(存数)，OUT(输出)，JMP(无条件转移)。其指令格式如下(前4位为操作码)：助记符机器指令码说明IN00000000“INPUTDEVICE”中的开关状态→R0ADDaddr00010000××××××××R0+[addr]→R0STAaddr00100000××××××××R0→[addr]OUTaddr00110000××××××××[addr]→LEDJMPaddr01000000××××××××addr→PC其中IN为单字长(8位)，其余为双字长指令，××

4、××××××为addr对应的二进制地址码。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(KRD)：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA为“00”时，按START微动开关，可对RAM连续手动读操作。*存储器写操作(KWE)：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA置为“01”时，按START微动开关可对RAM进行连续手动写入。*启动程序：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA置为“11”7时，按START微动开关，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行。上述三条控制台指令用两个开关SWB,

5、SWA的状态来设置，其定义如下：表2.1控制台命令SWBSWA控制台指令001011读内存(KRD)写内存(KWE)启动程序(RP)2.2数据通路框图图2.1数据通路框图2.3微代码定义表2.2微代码格式其中A、B、C字段的代码格式如下：表2.3A、B、C字段代码格式72.4微程序流程系统涉及到的微程序流程如图：图2.2微程序流程图17图2.3微程序流程图2当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P(1)测试。由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P(1)的测试结果出现多路分支。本机用指令寄存器的前4位(IR7一IR4)作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定微

6、地址单元。对于每一指令分别予以微程序解释。控制台操作为P(4)测试，它以控制台开关SWB，SWA作为测试条件，出现了3路分支，占用3个固定微地址单元。当分支微地址单元固定后，剩下的其他地方就可以一条微指令占用控存一个微地址单元随意填写。注意：微程序流程图上的单元地址为8进制。指令寄存器(IR)：指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把它从内存取到缓冲寄存器中，然后再传送至指令寄存器。指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试[P(1)]，通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。“指令译码器”(实验板上标有“IN

7、SDECODE”的芯片)根据指令中的操作码译码强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。2.5二进制微代码表表2.4二进制微代码表八进制二进制格式十六进制格式微地址S3S2S1S0MCnWEA9A8ABC～μA5～μA0微地址微指令内容00Q00000001100000010001000000H018110H01Q00000001111011011000001001H01ED82H02Q0000000011000000010