计算机组成原理与标准体系结构专业课程设计.doc

计 算 机 组 成 原 理实 验 报 告评 语：成绩教 师：年 月 日班 级： 031213 学 号： 03121256 姓 名： 戚玉志 地 点： 二区312 时 间： .9.15(第二批) 计算机组成原理和体系结构课程设计 基础模型机设计和实现一试验目标1深入了解基础模型计算机功效、组成知识；2深入学习计算机各类经典指令实施步骤；3学习微程序控制器设计过程和相关技术，掌握LPM_ROM配置方法。4在掌握部件单元电路试验基础上，深入将单元电路组成系统，结构一台基础模型计算机。5定义五条机器指令，并编写对应微程序，上机调试，掌握计算机整机概念。掌握微程序设计方法，学会编写二进制微指令代码表。6经过熟悉较完整计算机设计，全方面了解并掌握微程序控制方法计算机设计方法。二试验原理本试验采取五条机器指令：IN（输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件转移），其指令格式以下（最高4位二进制数为操作码）：1在部件试验过程中，各部件单元控制信号是人为模拟产生，而本试验将能在微过程控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定功效。试验中，计算机数据通路控制将由微过程控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令实施结束一个指令周期，全部由微指令组成序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。2指令格式（1）指令格式采取寄存器直接寻址方法，其格式以下：位 7654 3210功效OP-CODErsrd其中，OP-CODE为操作码，rs为源寄存器，rd为目标寄存器，并要求：Rs或rd选定寄存器000110R0R1R2助记符机器指令码Addr地址码功效说明INADD addrSTA addrOUT addrJMP addr0 0H1 0H XX H2 0H XX H3 0H XX H4 0H XX H“INPUT”中数据R0R0+addr -R0R0 - addraddr - BUSaddr PC其中IN为单字长（8位二进制），其它为双字长指令，XX H 为addr对应十六进制地址码。为了向RAM中装入程序和数据，检验写入是否正确，并能开启程序实施，还必需设计三个控制台操作微程序。图6-1 数据通路框图1,存放器读操作（KRD）：下载试验程序后按总清除按键（CLR）后，控制台SWA、SWB为“0 0”时，可对RAM连续手动读入操作。2,存放器写操作（KWE）：下载试验程序后按总清除按键（CLR）后，控制台SWA、SWB为“0 1”时，可对RAM连续手动写操作。3、开启程序（RP）：下载试验程序后按总清除按键（CLR）后，控制台SWA、SWB为“1 1”时，即可转入到微地址“01”号“取指令”微指令，开启程序运行。SWBSWA控制台指令001011读内存（KRD）写内存（KWE）开启程序（RP）依据以上要求设计数据通路框图，图5-1所表示。表6-1 24位微代码定义：24232221201918171615 14 1312 11 10987654321S3S2S1S0MCnWEA9A8ABCuA5uA4uA3uA2uA1uA0 表6-2 A、B、C各字段功效说明：A字段B字段C字段151413选择121110选择987选择000000000001LDRi001RS-B001P（1）010LDDR1010010011LDDR2011011100LDIR100100P（4）101LOAD101ALU-B101LDAR110LDAR110PC-B110LDPC24位微代码中各信号功效(1) uA5uA0：微程序控制器微地址输出信号，是下一条要实施微指令微地址。(2) S3、S2、Sl、S0：由微程序控制器输出ALU操作选择信号，以控制实施16种算术操作或16种逻辑操作中某一个操作。(3) M：微程序控制输出ALU操作方法选择信号端。M0实施算术操作；Ml实施逻辑操作。(4) Cn：微程序控制器输出进位标志信号，Cn0表示ALU运算时最低位有进位，Cn1则表示无进位。 (5)WE：微程序控制器输出RAM控制信号。当/CE0时，如WE0为存放器读；如WE1为存放器写。 (6) A9、A8译码后产生CS0、CS1、CS2信号，分别作为SW_B、RAM、LED选通控制信号。 (7) A字段（15、14、13）译码后产生和总线相连接各单元输入选通信号（见表6-1）。(8) B字段（12、11、10）译码后产生和总线相连接各单元输出选通信号。(9) C字段（9、8、7） 译码后产生分支判定测试信号P(1)P(4)和LDPC信号。系统包含到微程序步骤见图6-2。当实施“取指令”微指令时，该微指令判定测试字段为P(1)测试。因为“取指令”微指令是全部微程序全部使用公用微指令，所以P(1)测试结果出现多路分支（见图6-2左图）。用指令寄存器高4位（IR7-IR4）作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定地址单元。控制台操作为P(4)测试（见图6-2右图），它以控制台信号SWB、SWA作为测试条件，出现了3路分支，占用3个固定微地址单元。当分支微地址单元固定后，剩下其它地方就能够一条微指令占用控制存放器一个微地址单元，随意填写。注意：微程序步骤图上微地址为8进制！当全部微程序设计完成后，应将每条微指令代码化，表6-2即为图6-2微程序步骤图按微指令格式转化而成“二进制微代码表”。微地址微指令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表6-2 二进制微代码表指令寄存器（IR）：指令寄存器用来保留目前正在实施一条指令。当实施一条指令时，先把它从内存取到缓冲寄存器中，然后再传送至指令寄存器。指令划分为操作码和地址码段，由二进制数组成，为了实施任何给定指令，必需对操作码进行测试“P(1)”，经过节拍脉冲T4控制，方便识别所要求操作。 指令译码器: 依据指令中操作码强置微控制器单元微地址，使下一条微指令指向对应微程序首地址。试验电路原理图 ：试验程序1： 伪指令设计过程：图所表示，设计了减法，或运算，和运算，非运算，加一和减一运算，得到微指令以下图所表示：试验RAM中程序以下图所表示：试验心得试验刚开始时候，拿到课程设计题目，认为自己简直是无法下手，但以后经过认真学习试验课程相关内容和在同学帮助下，我认为其是自己还是能够实现课程设计最终目标。其是只要是认真看明白了试验所给出微指令例程，尤其是加法指令后，和其相同指令就能够实现了，自己所需要改变只是一些控制位和最终地址位而已，但这种方法做出来微指令也有一定缺点，全部指令全部是在围绕着ALU而已，没有创新。经过这次课程设计，我愈加深刻认识到，全部在书本上面学到知识其实全部是能够在实际操作中实现。经过自己动手，所学到知识才会有愈加深刻印象，才能真正做到学以致用。