计算机组成原理复杂模型机设计

课程设计报告

课 程 名 称： 计算机组成原理

题 目 名 称： 复杂模型机的设计与实现 专 业 名 称： 计算机科学与技术 班 级： 学 号： 学 生 姓 名：雷 彬 同 组 人：曹子恺 指 导 老 师 ：单博炜

完 成 时 间 ：2014年12月29日至2014年1月4日

第一章 课程设计概述…………………………………………………….1 课程设计的教学目的……………………………………………….1 课程设计任务和基本要求………………………………………..1 第二章 规定项目的实验验证………………………………………….2 实验线路图…………………………………………………………………………2

测试………………………………………………………………………..2 写程序……………………………………………………………………2 联机读写程序…………………………………………………………3 运行程序…………………………………………………………………6 第三章 指定应用项目的设计实现………………………………….6

设计任务…………………………………………………………………6 任务分析及解决方案………………………………………………6 设计原理………………………………………………………………..7 程序运行分析及讨论………………………………………………12

第四章 收获和体会………………………………………………………..13

第一章、课程设计概述

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。 此次课题的目的是完整设计一台模型计算机，进一步建立整机的概念。借助于TDN-CM++的内部可编程资源，运算器单元，控制存储器，微命令寄存器，地址转移逻辑，微地址寄存器，控制时序信号单元，寄存器组，总线，输入\\输出单元等，用微程序的方式设计一台的模型计算机。设计包括模型计算机组成的设计，指令系统的设计，并用汇编语言完成设计并调试成功因此我们先通过一个复杂模型机的设计实验来进行实际的计算机设计和实现，然后安排了用CPLD 来实现一个CPU 中的大部分功能的设计实验，接着讨论了输入输出系统的概念、分类、接口、寻址、基本控制方式等，根据后续微地址的形成方法，确定每条微程序地址及分支转移地址。根据微指令格式，将微程序流程中的所有微指令代码化，转化成相应的二进制代码，写入到控制存储器中的相应单元中。在总调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有各功能模块工作正常后，才能保证整机的运行正确。当所有功能模块都调试正常后，进入总调试。连接所有模块，用单步微指令方式执行机器指令的微程序流程图，当全部微程序流程图检查完后，若运行结果正确，则在内存中装入一段机器指令，进行其他的运行方式等功能调试及执行指令的正确性验证。在验证正确后再自己修改几条微程序，再调试验证是否达到自己的目的。

课程设计的任务和基本要求 1、设计任务

综合运用所学计算机组成原理知识，设计并实现较为完整的计算机。 2、基本要求

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。

设计具有不少于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、停机指令等。数据的寻址方式要包括直接、间接、变址和相对寻址等多种寻址方式。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。

第二章 规定项目的实验验证

实验线路图 测试

在联机软件CMPP中打开复杂模型机的数据通路，在菜单中点击“开始”，按照提示进行测试。 写程序

用联机软件在CMPP中将机器指令以及微指令的二进制代码编辑成十六进制的TXT文件，转出装载到试验系统中。 联机读/写程序

选择联机软件的“【转储】-【装载】“功能，在打开文件对话框中选择上面保存的文件，软件自动将机器程序和微程序写入指定单元。 机器程序

$P 00 20 ; START: IN R0,00H 从IN单元读入计数初值 $P 01 00

$P 02 61 ; LDI R1,0FH 立即数0FH送R1 $P 03 0F

$P 04 14 ; AND R0,R1 得到R0低四位 $P 05 61 ; LDI R1,00H 装入和初值00H $P 06 00

$P 07 F0 ; BZC RESULT 计数值为0则跳转

$P 08 16

$P 09 62 ; LDI R2,60H 读入数据始地址 $P 0A 60

$P 0B CB ; LOOP: LAD R3,[RI],00H 从MEM读入数据送R3，变址寻址，偏移量为00H $P 0C 00

$P 0D 0D $P 0E 72 $P 0F 63 $P 10 01

$P 11 8C $P 12 F0 $P 13 16

$P 14 E0 $P 15 0B

$P 16 D1 $P 17 70

$P 18 34 $P 19 40

$P 1A E0 $P 1B 00

$P 1C 50 $P 60 01 $P 61 02 $P 62 03 $P 63 04 $P 64 05 $P 65 06 $P 66 07 $P 67 08

; ADD R1,R3 累加求和

; INC RI 变址寄存加1，指向下一数据 ; LDI R3,01H 装入比较值 ; SUB R0,R3

; BZC RESULT 相减为0，表示求和完毕 ; JMP LOOP 未完则继续 ; RESULT: STA 70H,R1 和存于MEM的70H单元 ; OUT 40H,R1 和在OUT单元显示 ; JMP START 跳转至START ; HLT 停机 ; 数据