组成原理课程设计-计算机组成原理 基本模型机的实现

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1、沈阳工程学院课程设计报告目录,目录第1章课程设计11.1设计目的11.2设计基本原理11.2.1实验模型机CPU结构11.2.2机器指令的结构和功能2第2章微指令设计52.1微指令设计流程图52.2二进制微代码表设计62.2.1控制台指令代码与数据62.2.2DEC5和RSA指令代码与数据72.2.3机器指令与操作码7第3章指令的写入83.1实验接线图83.2写入程序93.2.1写入微指令93.2.2机器指令的写入与检查9第4章运行程序114.1运行程序114.1.1单步运行114.1.2连续运行程

2、序114.2设计新的指令114.3选作指令114.4微指令代码12第5章问题解决方案145.1遇到的问题145.2解决的方法14设计总结15沈阳工程学院课程设计报告第1章课程设计第1章课程设计1.1设计目的（1）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。（2）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。（3）掌握微程控器的组成原理。（4）掌握微程序的编写、写入，观察微程序的运行。（5）通过课程设计，使学生将掌握的计算机组成基本理论应用于实践中，

3、在实际操作中加深对计算机各部件的组成和工作原理的理解，掌握微程序计算机中指令和微指令的编码方法，深入理解机器指令在计算机中的运行过程。1.2设计基本原理1.2.1实验模型机CPU结构①运算器单元（ALUUINT）运算器单元由以下部分构成：两片74LS181构成了并－串型8位ALU；两个8位寄存器DR1和DR2为暂存工作寄存器，保存参数或中间运算结果。ALU的S0～S3为运算控制端，Cn为最低进位输入，M为状态控制端。ALU的输出通过三态门74LS245连到数据总线上，由ALU-B控制该三态门。②寄存

4、器堆单元（REGUNIT）该部分由3片8位寄存器R0、R1、R2组成，它们用来保存操作数用中间运算结构等。三个寄存器的输入输出均以连入数据总线，由LDRi和RS-B根据机器指令进行选通。③指令寄存器单元（INSUNIT）指令寄存器单元中指令寄存器（IR）构成模型机时用它作为指令译码电路的输入，实现程序的跳转，由LDIR控制其选通。④时序电路单元（STATEUNIT）用于输出连续或单个方波信号，来控制机器的运行。⑤微控器电路单元（MICRO－CONTROLLERUNIT）15沈阳工程学院课程设计报告第

5、1章课程设计微控器主要用来完成接受机器指令译码器送来的代码，使控制转向相应机器指令对应的首条微代码程序，对该条机器指令的功能进行解释或执行的工作。由输入的W/R信号控制微代码的输出锁存。由程序计数器（PC）和地址寄存器（AR）实现程序的取指功能。⑥逻辑译码单元（LOGUNIT）用来根据机器指令及相应微代码进行译码使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行，及工作寄存器R0、R1、R2的选通译码。⑦主存储器单元（MAINMEM）用于存储实验中的机器指令。⑧输入输出单元（INPU

6、T/OUTPUTDEVICE）输入单元使用八个拨动开关作为输入设备，SW-B控制选通信号。输出单元将输入数据置入锁存器后由两个数码管显示其值。该数据结构通路框图如图1-1所示：图1-1数据通路图1.2.2机器指令的结构和功能15沈阳工程学院课程设计报告第1章课程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，而本次课设是在微程控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控器来完成，CPU从存储器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

7、指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。本次课设采用实验四中五条机器指令：IN（输入）、AND（逻辑与运算）、SUB（二进制减法）、NOR（逻辑或非运算）、JMP（无条件转移）。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为“01”时，

8、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”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、SWA的状态来设置，其定义如表1-2所示：表1-2控制台定义格式SWBSWA控制台指令001011读存储器（KRD）写存储器（KWE）启动程序（RP）微指令字长共24位，其控制位顺序如表1-3所示。表1-3控制位顺序24232221201918