计算机组成原理课程设计报告及代码之复杂模型机设计

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1、课程设计报告课程名称：计算机组成原理题目名称：复杂模型机设计专业名称：计算机科学与技术班级：2013240203学生姓名：李俊同组同学：丰翔王兆宇学号：201324020311指导教师：兰勇完成时间：2016年1月8日15目录一、课程设计概述21.1课程设计的教学目的21.2课程设计任务和基本要求31.3设计原理3二、规定项目的实验验证32.1设计原理32.2操作步骤9三、指定应用项目的设计与实现143.1设计任务143.2任务分析以及解决方案14四、收获和体会154.1我的收获与体会1515一、课程设计概

2、述1.1课程设计的教学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，深入掌握数据信息流和控制信息流的方法，进一步加深对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。在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。1.2课程设计任务和基本要求本课程设计以TD—CMA计算机组成原理教学实验系统为平台完成。1.按给定的数据格式和指令系统，理解微程序控制器的设计原理。2.设计给定机器指令系统以及微程序流程图，按微指令格式写出

3、微程序的微指令代码。3.连接逻辑电路，完成启动、测试、编程、校验和运行，并观测运行过程和结果。4.将微程序控制器模块与运算器模块、存储器模块联机，组成一台模型计算机。5.用微程序控制器控制模型机的数据通路。6.通过在模型机上运行有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。7.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，按照模型机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TD—CMA实验系统并运

4、行，实现应用要求。1.3设计原理在部件实验中，我们是人为用二进制开关来模拟一些控制信号完成数据通路的控制。而在本课程设计中，数据通路的控制由微程序控制器来完成。计算机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的列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。15二、规定项目的实验验证2.1设计原理机器指令格式：$PXXXX机器指令标志、十六进制地址、机器指令代码微指令格式：$MXXXXXXXX微指令标志、十六进制地址、微指令代码微指令代码格式232221201918-1514-1211-98-

5、65-0M23CNWRRDIOMS3-S0ABCM5-M00进位读写ALU下一个地址CN代表进位WR、RD代表向MEM单元写和读IOM代表向IN或OUT单元读写S3-S0代表不同的运算A指定目的地址B指定原地址C代表P测试或指定目的地址为PC指针M5-M0代表下一个微指令的地址（一共6位，所以最大值为3F）WR、RD、IOM的功能WRRDIOM功能000不涉及MEM、IN和OUT单元010从MEM单元读数据011从IN单元读数据100向MEM单元写数据101向OUT单元写数据S3~S0以及CN的功能运算类型

6、S3；S2；S1；S0CN功能15逻辑运算0000XF=A0001XF=B0010XF=AB0011XF=A+B0100XF=~B移位运算循环移位0101XF=A>>B01100F=A>>11F=A>>101110F=A<<11F=A<<1算数运算1000XFC=CN1001XF=A+B1010XF=A+B+FC1011XF=A-B1100XF=A-11101XF=A+11110X1111XABC字段以及功能字段内容功能A字段目的操作数000NOP001存入A010存入B011存入寄存器Ri（R0~R3）1

7、01配合C字段的101，代表存入PC指针110存入地址寄存器AR111存入指令寄存器IRB字段源操作数000NOP001ALU写入总线010RS写入总线011RD写入总线100RI写入总线110配合C字段的101，代表PC写入总线C字段P测试000NOP001P（1）010P（2）011P（3）101指令涉及PC寻址模式15寻址模式M有效地址E说明00E=D直接寻址01E=(D)间接寻址10E=(R2)+DR2变址寻址11E=(PC)+D相对寻址RS、RD的表示RS/RDRI00R001R110R211R3

8、一般D表示立即数；P表示地址复杂模型机数据流图微指令格式如表3所示，当微指令格式确定之后，下一步就是确定后续微指令地当微指令格式确定之后，下一步就是确定后续微指令址通常的方法是先确定微程序分支处的微地址，因为微程序分支处需要进行判断测试，这些微地址确定以后，就可以在一个“微地址表”中将分支微地址填入相应的分支微地址单元，避免以后的设计中因重复使用而造成错误，对于其他位置按照数据通路可画出机器指令的微程序流程图如图