计算机组成与原理课程设计报告.docx
- 文档编号:26450601
- 上传时间:2023-06-19
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:131.25KB
计算机组成与原理课程设计报告.docx
《计算机组成与原理课程设计报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《计算机组成与原理课程设计报告.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
计算机组成与原理课程设计报告
扬州大学信息工程学院
课程设计报告
课程名称计算机硬件课程设计
设计题目实验计算机的研制
学生姓名xxxx
班级计科1001
学号xxxxxxxxxxxxx
指导老师xxx
2013年1月11日
目录
一、设计目的与要求3
1.实验目的3
2.实验要求3
二、实验原理3
三、微操作控制信号的设计与连接4
四、数据通路结构框图6
五、指令系统及微指令、微程序7
1.指令系统8
2.操作数的寻址方式10
六、调试11
1.调试存取类指令11
2.调试算逻运算类指令12
3.调试跳转类I/O设备操作类指令12
七、心得体会13
八、参考文献13
一、设计目的与要求
1.实验目的
通过对一个简单计算机的设计,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与调试等过程有了更深的了解,加深对理论课程的理解。
2.实验要求
1.运算器:
采用单累加器多寄存器结构(开关KA、KB、KC、KR分别置左、右、右、左)。
2.指令系统:
16条指令,内存和外设统一编址
3.内存寻址方式:
寄存器直接寻址
寄存器间接寻址
直接寻址
立即数寻址
4.能实现键盘输入的任何两个两位十进制数的加法运算,并打印出这两个两位数及运算结果。
二、实验原理
按照要求设计指令系统,该指令系统能够实现数据传送,进行加、减运算和无条件转移,具有累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存储器直接寻址、立即数寻址等五种寻址方式。
指令系统是设计计算机的依据,拟订指令系统将涉及基本字长、指令格式、指令种类、寻址方式等内容。
基本字长:
程序设计平台中配置的存储器容量为256*8,可知道基本字长定为8位。
指令格式:
指令格式可有单字长和双字长指令两种,在双字长格式中,第二字节一般定义为操作数或操作数地址。
指令格式为:
操作码OP
源操作数
目的操作数
指令类型:
模型机有单操作数指令、双操作数指令和无操作数指令。
操作码OP共四位,最多可定义16条指令。
数据的传送单位为8位
数据的传送范围R—>RR—>RAMRAM—>R
寻址方式:
由于指令较短,操作数字段仅两位,为了简化硬件设计,将操作数字段和目的操作数字段的寻址定义为不同的含义。
源操作数字段寻址方式目的操作数寻址方式
00R000R1
01(R0)01(R1)
10I10I
11D11D
三、微操作控制信号的设计与连接
1.运算器模块(ALU)
ZC=
CP=
SA接X0接M16
SB接X1接M17
P0接CY
P1接A0接SR
P2接A7接SL
CA接
S3~S0接M23~M20
接M19
M接M18
CG接M11
CC接
OB接M8
OT接M10
CT接+5V
2.寄存器堆模块(REG)
WR=
RR接M1
A接I0
B接I1
3.指令部件模块(I-PC)
CL=
P+1接M6
GI接M7
CI接
CK接PO
CLR接+5V
OI接M15
PCO、LP连接如图4-11所示。
图4-11PCO、LP连线图
4.内存模块(MEM)
RC=M2+
WC=M3+
5.总线缓冲模块(BUS)
B1、B3接RF
B2=RC+IAB2·IAB10
KA接IAB0
PA接IAB1
6.启停和时序模块(R-P)
DR接M5
RCP接
7.微程序控制模块(MPG)
MLD接M4
MP+1接+5V
MCLR接RO
MCLK接PO
MIG接地
MD10~MD6接地
MD5接I7
MD4接I6
MD3接I5
MD2接I2
MD1~MD0接+5V
另外,还需添加“IO询问口”电路,用于实现查询外设的状态。
它可以和B2信号结合起来统一设计。
因零标志取自ZD信号,所以零状态触发器的ZC信号无需控制。
四、数据通路结构框图
根据设计要求,实验计算机属多累加器结构。
因此,应将试验仪上的KA、KB、KC、KR四组开关分别置为右、左、左、上的位置。
另外,实验计算机和外设(键盘和打印机),采用I/O询问方式。
五、指令系统及微指令、微程序
1.指令系统
根据系统的要求确定了实验计算机的指令系统,见“指令系统和指令执行流程”表的左半部分,也可单独列表。
指令助字符
指令功能
指令编码
节拍
微操作
控制信号
控制信号有效性
取址微指令
I7I6I5I4I3I2I1I0
T0
(PC)→IAB→OAB
(M)→ODB→IDB→IR1
(PC)+1→PC
(MD)→MPC核数
(A)→ACT
PCO,B1
RC,B2,B3,C1,G1
P+1,CK
MLD
CC,CG
0,0
0,0,0,↑,0
1,↓
0
↑,0
ADDA,Ai
Ai+(addr)→Ai
000000Ai
T1
(A)→BUFFER→IDB→ACT
OB,CC,CG
0,1,0
T2
(ACT)+(Aj)→A
置CY
RR,A,B
/Cn,M,S3,S2,S1,S0
OB,X0,X1,CA
SA,SB,CP
0,I1,I0
1,0,1,0,0,
1
0,1,1,↑
1,1,↑
SUBAi,addr
Ai-(addr)→Ai
000001Ai
T1
(A)→BUFFER→IDB→ACT
OB,CC,CG
0,1,0
T2
(ACT)-(Aj)→BUF→IDB→A
置CY
RR,A,B
/Cn,M,S3,S2,S1,S0
OB,X0,X1,CA
SA,SB,CP
0,I1,I0
1,0,1,0,0,
1
0,1,1,↑
1,1,↑
MOVA,Aj
(Ai)→A
010000Ai
T1
(Ai)→IDB→TMP→ALU→A
A,B,RR,CT,OT,
/Cn,M,S3,S2,S1,S0
X0,X1,CA
0,11,10,1,0
1,1,1,0,1,0
1,1,↑
MOVAj,A
(A)→Ai
010001Ai
T1
(A)→BUFFER→IDB→Ai
OB,WR,A,B
0,1,I1,I0
MOVA,#data
data→A
011000Ai,data
T1
(PC)→IAB→OAB
(M)→ODB→IDB→ALU→A
(PC)+1→PC
PCO,B1
RC,B2,B3,CT,OT
/Cn,M,S3,S2,S1,S0
X0,X1,CA
P+1,CK
0,0
0,0,0,1,0
1,1,1,0,10
1,1,↑
1,↓
MOV#data,A
A→data
011001Ai,data
T1
(PC)→IAB→OAB
(M)→ODB→IDB→Ai
(PC)+1→PC
PCO,B1
RC,B2,B3,WR,A,B
P+1,CK
0,0
0,0,0,0,I1,I0
1,↓
LDA,addr
(addr)->
Ai
10000a10a9a8
a7-a0
T1
(PC)→IAB→OAB
(M)→ODB→IDB
→Ai
(PC)+1→PC
PCO,B1
RC,B2,B3,CL
P+1,CK
0,0
0,0,0,↑
1,↓
T2
(IR1,IR2)→IAB
→OAB
(M)→ODB→IDB→ALU→A
O1,B1
RC,B2,B3,CT,0T
/Cn,M,S3,S2,S1,S0
X0,X1,CA
0,0
0,0,01,0
1,1,1,0,1,0
1,1,↑
STA,addr
(Ai)->
addr
10100a10a9a8
a7-a0
T1
(PC)→IAB→OAB
(M)→ODB→IDB
→IR2
(PC)+1→PC
PCO,B1
RC,B2,B3,CL
P+1,CK
0,0
0,0,0,↑
1,↓
T2
(IR1,IR2)→IAB
→OAB
(A)→BUFFER→IDB→ODB
O1,B1
OB,B2,B3,WC
0,0
0,1,0,0
HALT
置“0”,RUN
11111111
T1
置“0”,RUN
DR,RCP
0,↑
表1-1指令系统和指令执行流程
指令助记符
位
23222120
19181716
15141312
111098
7654
3210
微指令码十六进制
信号
S3S2S1S0
/CnMX1X0
OICLCP/
CGOTLPOB
GIP+1DRMLD
WCRCRRWR
有效电平
xxxx
xxxx
011x
0000
0100
0001
微地址
取消微指令
000H
0000
0000
1000
0111
0110
1010
00876A
001H
002H
003H
SUBAi,addr
004H
0110
0011
1000
1110
1011
1100
638EBC
005H
0000
0000
1000
0111
0110
1010
00876A
006H
007H
LDAi,addr
008H
0000
0011
1000
1111
1111
1010
D38FFA
009H
0000
0011
0000
1111
1011
1010
030FBA
00AH
0000
0000
1000
0111
0110
1010
00876A
00BH
STAi,addr
00CH
0000
0000
1000
1111
1011
1010
00CFBA
00DH
0000
1000
0000
1110
1011
0110
080EB6
00EH
0000
0000
1000
0111
0110
1010
00876A
00FH
HALT
010H
0000
0000
1000
1111
1001
1110
008F9E
011H
0000
0000
1000
0111
0110
1010
00876A
012H
013H
表1-2微指令格式和指令微程
指令系统中指令格式:
单字节指令:
I7I6I5I4I3I2I1I0
OP
Ai
OP
Aj
双字节指令:
I7I6I5I4I3I2I1I0
OP
Ai或OP
addrH
addrL/data
2.操作数的寻址方式
①累加器直接寻址:
例:
单字节指令
MOVAi,Aj;(Aj)→Ai
←含操作码及Ai选择码,选择码Aj→
指令(第一个)字节含有两个累加器选择码段,分别用于选择Ai和Aj。
②累加器间接寻址:
例:
单字节指令
MOVAi,@Aj;(0XX(Aj))→Ai
指令(第一个)字节含有两个累加器选择码段,而且低3位0XX决定访内地址高3位(页面号),Ai的内容决定访内地址低8位(页内地址)。
Aj选择码
0
X
X
←含操作码及Ai选择码→←页面号→
③直接地址寻址
例:
双字节指令
LDAiaddr;(addr)→Ai
指令第一字节低3位和指令第二字节8位构成11位操作数地址,指令第一字节高5位含有累加器Ai选择码段。
操作码,Bx选择
←11位形式地址→
④立即数寻址
例:
双字节指令
MOVAi,#data;Data→Ai
指令第一字节中含有一个累加器选择码段。
第一字节第二字节
d7
d6
d5
d4
d3
d2
d1
d0
←操作码及Ai选择码→
←8位立即数data→
六、调试
1.调试存取类指令
键入首址005,按LODA键和连续运行键START,查看00A地址单元内容,应为55H。
单拍运行(按STEP)键过程如下:
2.调试算逻运算类指令
结果:
(015)=7FH
3.调试跳转类I/O设备操作类指令
七、心得体会
通过这次硬件课程设计,我受益匪浅,并且有以下几点启发:
1.在做实验之前,必须知道要做什么,怎么做,以及详细了解相关的专业知识,否则做实验时什么都没明白,效率很低。
2.由于实验是在一块面包板上进行的,这当中当然必不可少的插几百根线,如果没有足够的耐心和信心,只会让自己变得浮躁,到时候什么都做不成。
3.遇到不明白的地方,一定要虚心向别的同学或老师请教,不能不懂装懂,因为伟人也有不懂的时候。
4.最后一点也是最重要一点,在这次实验中,锻炼了我的团队合作精神,每个人都不可能单独的活在这个世界上,与人合作也是一种能力,也是一种创新。
在与别人的讨论中,我懂得了计算机的工作原理,包括运算器,控制寄存器等器件
八、参考文献
《计算机硬件技术基础》
《计算机硬件技术基础实验及其课程设计指导书》
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 计算机 组成 原理 课程设计 报告
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)