计算机组成原理课程设计 基本模型机设计与实现.docx

计算机组成原理课程设计

课程设计名称：计算机组成原理
设计项目名称：基本模型机设计与实现
专业：计算机科学与技术
班级：计科115

2014年6月13日

一、课程设计的教学目的
本课程设计的教学目是在掌握计算机系统的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,进一步加深计算机系统各模块间相互关系的认识和整机的概念,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。学会微程序的设计方法，进一步掌握微程序控制器的工作原理，并体会设计方案的优劣对性能发挥的重要性,培养科学研究的独立工作和创新能力，取得设计与调试的实践经验。
二、课程设计任务和基本要求
本课程设计以TDN-CM++计算机组成原理教学实验系统为平台设计完成。
按给定的数据格式和指令系统,设计一个微程序控制器。
设计给定机器指令系统以及微程序流程图,按微指令格式写出微程序的为指令代码。
连接逻辑电路完成启动,测试,编程,测试,效验和运行,并观测运行过程及结果。
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。
用微程序控制器控制模型机的数据通路。
通过在模型机上运行由机器指令组成的简单程序,掌握机器指令与微指令的关系,建立计算机整机的概念,掌握计算机的控制机制。
按指定的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TDN-CM++实验系统并运行,实现应用要求。
三、设计任务及分析：
(1)设计任务:从输入设备读取数据X并将其存入以A为间接地址的内存单元，将X与R0.寄存器中的内容Y执行X⊕，结果送到以B为直接地址的内存单元保存。
(2)分析:
A:给R0寄存器直接置入01H.
B:从数据开关给间接地址为0CH的内存单元置数,(03H).
C:给R0中的内容取反,结果存在R0中.
D:将间接地址0CH中直接地址0EH中的内容(03H)放入DR1中,R0中的内容放入DR2中,将DR1和DR2种的数进行异或运算,结果放在R0中.
E:将R0中的内容存在直接地址为0DH的内存单元中.
四、设计原理
在部件实验中，我们是人为用二进制开关模拟一些控制信号来完成数据通路的控制。而在本课程设计中，数据通路的控制将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组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。
本设计的机器指令程序如下:
地址(二进制)内容(二进制)助记符
0000000000000000STAR=0\*Arabic0，01H
0000000100000001
0000001000010000INR=0\*Arabic0，[[0CH]]；
0000001100001100
0000010000100000NOTR=0\*Arabic0；
0000010100110000XORR=0\*Arabic0，[[0CH]]；
0000011000001100
0000011101000000MOV[0DH]，R=0\*Arabic0；
0000100000001101
0000100101010000OUT[0DH]；
0000101000001101
0000101101100000HLT；
数据区：
0000110000001110
0000111000000000
0000110100000000
本设计的汇编指令如下:
指令注释
STAR=0\*Arabic0，01H；将01H存在寄存器R=0\*Arabic0中
IN[[0CH]];给间接地址为0CH的内存单元单元中置数
NOTR=0\*Arabic0;给R=0\*Arabic0中的内容取反
XORR=0\*Arabic0,[[0CH]];将间接地址为0CH的内存单元的内容和寄存器R=0\*Arabic0中的内容执行
异或运算，结果存入寄存器R0
MOV[0DH],R=0\*Arabic0;将寄存器R=0\*Arabic0中的内容存入直接地址为0DH的内存单元中
OUT[0DH];输出0DH中的内容
HLT;停机

为了向RAM中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，还设计了三个控制台操作微程序。
存储器读操作(KRD):拨动总清开关CLR后，当控制台开关SWB、SWA置为“00”时，按START微动开关，可对RAM进行连续手动读操作。
存储器写操作(KWE):拨动总清开关CLR后，当控制台开关SWB、SWA置为“01”时，按START微动开关，可对RAM进行连续手动写入。
启动程序：拨动总清开关CLR后，当控