《计算机组成原理》课程设计报告-基本模型机的设计--加减法指令的实现

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1、武汉理工大学《计算机组成原理》课程设计报告说明书课程设计任务书学生姓名：专业班级：计算机指导教师：工作单位：计算机科学与技术学院题目:基本模型机的设计——加减法指令的实现初始条件：理论：学完“电工电子学”、“数字逻辑”和“计算机组成原理”课程，掌握计算机组成原理实验平台的使用。实践：计算机学院科学系实验中心提供计算机、实验的软件、硬件平台，在实验中心硬件平台验证设计结果。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、基本模型机系统分析与设计，利用所学的计算机组成

2、原理课程中的知识和提供的实验平台完成设计任务，从而建立清晰完整的整机概念。2、根据课程设计题目的要求，编制实验所需的程序，上机测试并分析所设计的程序。3、课程设计的书写报告应包括：（1）课程设计的题目。（2）设计的目的及设计原理。（3）根据设计要求给出模型机的逻辑框图。（4）设计指令系统，并分析指令格式。（5）设计微程序及其实现的方法（包括微指令格式的设计，后续微地址的产生方法以及微程序入口地址的形成）。（6）模型机当中时序的设计安排。（7）设计指令执行流程。（8）给出编制的源程序,写出程序的指令代

3、码及微程序。（9）说明在使用软件HKCPT的联机方式与脱机方式的实现过程（包括编制程序中加减法指令的时序分析，累加器A和有关寄存器、存储器的数据变化以及数据流程）。（10）课程设计总结（设计的特点、不足、收获与体会）。时间安排：周一：熟悉相关资料。周二：系统分析,设计程序。周三、四：编程并上实验平台调试周五：撰写课程设计报告。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日17武汉理工大学《计算机组成原理》课程设计报告说明书加减法指令的实现一、设计目的与原理1、实验目的本实验，通过掌握各个单元模

4、块的工作原理，进一步将其组成完整的系统，构造成1台基本的模型计算机。并通过这台模型计算机，对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制等过程有更深的了解，加深对理论课程的理解。在本试验中，我们将规划读写内存、寄存器、数值计算等功能，并且编写相应的微程序。具体上机调试各个模块单元以进一步掌握整机的概念。2、实验原理在本设计中，数据通路的控制将由微程序控制器来完成。在各个模块实验中，各模块的控制信号都是由实验者手动模拟产生的。而在真正的实验系统中，模型机的运行是

5、在微程序的控制下，实现特定指令的功能。计算机从内存取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期，全部由微指令和与之相匹配的序列来完成，即1条机器指令对应一个微程序。二、总体设计1.模型机逻辑框图简单的模型计算机由算术逻辑运算单元、微程序单元、堆栈寄存器单元、累加器、启停、时序单元、总线和存储器单元组成。下图为较典型的实验计算机整体逻辑框图：17武汉理工大学《计算机组成原理》课程设计报告说明书2、指令系统与指令格式实验平台内采用的是8位数据总线和8位地址总线方式，设计指令系统时，主要考虑的是指令的类型

6、，寻址方式和编码方式。指令类型包括算术/逻辑运算类指令、移位操作类指令（带进位或不带进位）、数据传送类指令、程序跳转指令（有条件或无条件）、存储器操作类指令等。寻址方式包括直接地址寻址、寄存器直接寻址、寄存器间接寻址、立即数寻址等。指令格式的设定一般与机器的字长、存储器的容量以及指令的功能有关。主要包括操作码字段和地址码字段。本实验中操作码为8位，数据的传送单位为8位。1、微程序的设计及其实现方法3.1微指令格式设计微指令长24位，本阶段的设计任务是决定24位长的微指令是否分段定义，以及确定各段段长

7、、决定各码位含义和有效性等。17武汉理工大学《计算机组成原理》课程设计报告说明书由于模型机指令系统规模较小，功能也不太复杂，所以采用全水平不编码纯控制场的微指令格式。因为在本设计平台的硬件设计中，微指令长24位，所以最多有24位微操作控制信号可由微码直接实现。本实验计算机24位长的微指令，对应信号分别为：S0、S1、S2、S3、M、CN、AUL-O、EDR2、EDR1、RA-O、ERA、X1、X0、HALT、WR、RR、ELP、PC-O、IR2-O、EIR2、EIR1、RM、WM、MLD。3.2微程

8、序入口地址及后续微地址当微指令格式确定后，就需要确定后续微指令地址。通常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。微指令由ROM读出后直接给出下一条微指令的地址，这个地址就放在微地址寄存器中。当微程序出现分支时，通过地址转移逻辑去修改微地址寄存器内容，并按修改好的微地址读出下条微指令。在模型机中，微程序入口地址的确定采用“按操作法散转”方法，即用指令操作码的高4位作为核心扩展成8位的微程序入口地址MD0~MD7。（如下表所示）微程序首地址形成MD