组成原理课程设计-复杂模型机

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1、课程设计报告课程名称：计算机组成原理设计题目：复杂模型机专业：xxxxxx姓名：xx学号：xxxxx同组人：xxxxxx指导教师：xx二零一六年一月目录1、课程设计任务书31.1设计任务31.2性能指标和设计要求32、本设计模型机体系结构及功能32.1模型机的体系结构32.2模型机所具有的基本功能43、模型机硬件设计43.1模型机总体结构设计43.2模型机的硬件实现53.3模型机数据通路的设计54、模型机机器指令系统设计64.1指令设计64.2指令格式64.3指令系统85、模型机控制器微程序设计95.1机器指令周期分析95.2模型机硬件译码电路95.3微程序流程图设计115.4微指

2、令格式设计125.5微指令编码设计125.6微指令地址及控存存储器设计136、模型机功能测试146.1机器指令功能调试146.2整机功能测试177、结论188、致谢189、附录181、附录一182、附录二191、课程设计任务书1.1设计任务1、基本模型机的设计与实现。2、在基本模型机的基础上设计一台复杂模型机。1.2性能指标和设计要求利用所学过的理论知识，特别是微程序设计的思想，设计基于微程序控制器的模型计算机，包括设计相应的硬件平台、机器指令系统和微指令等。设计环境为TD－CMA计算机组成原理教学实验箱、微机，联机软件等。同时设计好基于模型机的测试验证程序，并在设计好的硬件平台上

3、调试通过，以验证所设计的模型机功能的可行性与可靠性。在设计完成的前提下，撰写出符合要求的课程设计说明书并通过设计答辩。1.基本模型机设计与实现设计一台简单模型机，在具备基本必要的硬件平台的基础上，进一步要求其机器指令系统至少要包括五条不同类型指令：如一条输入指令（假设助记符为IN），一条加法指令（假设助记符为ADD），一条输出指令（假设助记符为OUT）、一条无条件转移指令（假设助记符为JMP）和一条停机指令（假设助记符为HLT）；在设计好的模型机基础上，设计一个进行两个数求和运算的测试验证程序，用以验证模型机功能的可行性与可靠性。2.在任务1的基础上，增加机器指令系统的功能，设计具

4、有不少于10条机器指令的复杂指令系统模型机，包含算术逻辑指令、访问内存指令、控制转移指令、输入输出指令、停机指等令。数据的寻址方式采用寄存器直接寻址。利用设计的复杂模型机实现两个数的减法运算并判断差得正负，差为正数则输出A，差为负数则输出B，差为零则输出C。在设计好的模型机基础上，进一步设计一个测试验证程序，验证模型机功能的可行性与可靠性。3、基本模型机和复杂模型机的CPU数据字长为8位，采用定点补码表示。指令字长为8的整数倍。微指令字长为24位。2、本设计模型机体系结构及功能2.1模型机的体系结构依据计算机系统的层次结构，本次设计的模型机可简化为图1所示的四层结构。我们需要对每一

5、个层次进行设计和实现。对于最上层的应用程序，本次设计需要设计一个应用程序的测试实例来验证下面三层构成的模型机的功能可行性与可靠性。2.2模型机所具有的基本功能本模型机共设计三大类指令，其中包括运算类指令，控制转移类指令，数据传送类指令。运算类指令包含三种运算，算术运算，逻辑运算和移位运算。数据转移类指令包含访问内存指令、输入输出指令等，控制类指令包括停机指令等。实现的功能如：两寄存器的内容相加减，寄存器中数据的移位，外设与寄存器内容交换等多种功能。3、模型机硬件设计3.1模型机总体结构设计总体结构设计包括确定模型机应具有的基本功能部件以及它们之间的数据通路。根据课堂中所掌握的知识我

6、们可以知道，计算机是由五大部件组成，包括：运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备。所以我们在设计硬件时基于所给出的实验平台选出我们所需要的五大部件（其中包括一些必要的寄存器件）。根据课堂上掌握的只是我们可以知道计算机中总线类型分为：数据总线，地址总线，控制总线。因此我们在连接线路时脱离不了这三大类型相应的信号（数据信号，地址信号，控制信号）。并且我们根据冯诺依曼机的特点可以知道，计算机的指令在内存中按照其执行顺序存放，并且对于微程序控制器的计算机，控存中必须有固化的微指令。3.2模型机的硬件实现在本次设计中，硬件的实现基于已给出的实验平台，并根据我们所设计的模型机选择具有控制数

7、据通路开关的必须元器件，通过接插线（各种连线等）将具有控制数据通路的相关引脚进行器件连接，组成所设计的模型机硬件系统（物理机）。3.3模型机数据通路的设计在上面总体结构和硬件实现的基础上，我们组根据各部件之间的逻辑组成关系并综合考虑计算机的速率以及可靠性等各方面因素，设计出合理的数据通路结构。数据通路的不同，执行指令所需要的逻辑操作也就不同，计算机的结构也就不同。在此基础上，在后面的微指令设计阶段，就可以依据数据通路关系确定模型机工作过程中的所有微操作，并进一步确定微