计算机组成原理实验报告模型机.pdf

计算机组成原理课程设计报告

作者姓名：程壑

专业：网络工程

学号：092055132

指导教师：郭芸俊

完成日期：2011年12月

太原工业学院

计算机工程系

摘要

1
本课程设计是利用所学的计算机结构和工作原理的知识，独立完成简单计算
机的模型机设计，并用PROTEUS软件进行验证。设计过程中重点实现：运算器执
行算术逻辑运算的具体实现，半导体存储器的系统连接和扩充方法，数据通路组
成和实现，控制器的基本原理和设计实现，模型系统验证程序的存储。首先构思
创建一个计算机系统模型，然后将系统拆分运算器、存储器、控制器和输入输出
接口五部分，分别进行设计和验证

关键字：计算机系统模型，运算器，存储器，控制器，输入输出接口，PROTEUS
软件

正文:

一、设计目的

为了更好的掌握计算机的的组成原理和结构，通过实际编写一个简单的指令系统的指
令，并在机器中实现。使抽象的原理形象化。
二、采用设备

带有仿真软件的计算机一台。
三、设计原理

部件实验过程中，各部件单元的控制信号是以人为模拟产生为主，而本次实验将能在
微程序控制下自动产生各部件单元的控制信号，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序控制器来完成，CPU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组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。
本实验采用七条机器指令：IN（输入），STA（存数），OUT（输出），JMP（无条
件转移），RLC(带进位左移)，RR（右移），SUB（减法）其指令格式如下（前三位为操
作码）：
=================================================================
机器指令码助记符说明

2
-----------------------------------------------------------------
P0000;INR0,SW;数据开关→R0
P0110;RLCR0;R0带进位左移
P02200E;SUBR0,0EH;R0-(0EH)→R0
p04A0;RRR0;RO右移
P05400F;STA0FH,R0;R0→(0FH)
P07600F;OUT0FH,LED;(0FH)→输出单元
P098000;JMP00H;无条件转移
=================================================================
其中IN为单字节(8位)，其余为双字节指令，XXXXXXXX为addr对应的二进制地址码。
根据以上要求设计数据通路框图，如图7-10-1所示。系统涉及到的微程序流程见图
8-7-3，当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P(1)测试。由于“取指”微
指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P(1)的测试结果出现多路分支。本机用指令
寄存器的前3位(IR7~IR5)作为测试条件，出现8路分支，占用8个固定微地址单元。
当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，表7-10-1即为将图7-10-2的微
程序流程图按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”。
下面介绍指令寄存器(IR)：指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一
条指令时，先把它从内存取到BUS总线上，然后再传送至指令寄存器。指令划分为操作码
和地址码字段，由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试P(1)，

通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。“指令寄存器”根据指令中的操作码

译码强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。
本系统有两种外部I/O设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备(INPUT
DEVICE)；另一种是LED块，它作为输出设备(OUTPUTDEVICE)。例如：输入时，二进
制开关数据直接经过三态门送到外部数据总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不变。
输出时，将输出数据送到外部数据总线上，当LDED有效时，将数据打入输出锁存器，驱动
LED显示。

图7-10-1基本模型机数据通路框图
按照系统建议的微指令格式，参照微指令流程图，将每条微指令代码化，译成二进制
代码表，并将二进制代码表转换成十六进制格式文件。

3
323130292827262524232221201918171615

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