計算機組成原理課程設(shè)計報告--復(fù)雜模型計算機的設(shè)計

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 報 告</p><p>　　課程名稱 計算機組成原理 </p><p>　　課題名稱 復(fù)雜模型計算機的設(shè)計 </p><p>　　專 業(yè) 計算機科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　班 級

2、 計科1001班 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　時 間 2013年 1月 5號

3、 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一 復(fù)雜模型計算機的設(shè)計任務(wù)書1</p><p>　　二 總體設(shè)計方案2</p><p>　　2.1 復(fù)雜模型機的邏輯框圖2</p><p>　　2.2用框圖語言表示模型機的指令執(zhí)行流程3</p>&l

4、t;p>　　三 數(shù)據(jù)格式和尋址方式的設(shè)計3</p><p><b>　　3.1數(shù)據(jù)格式3</b></p><p>　　3.2模型機的尋址方式4</p><p>　　3.3 指令格式5</p><p>　　四 指令和和微程序的設(shè)計8</p><p><b>　　4.1指令系

5、統(tǒng)8</b></p><p>　　4.2微程序的設(shè)計8</p><p>　　五 線路連接圖12</p><p>　　六 微程序流程及說明13</p><p>　　七 課程設(shè)計的收獲及體會17</p><p><b>　　八 參考資料19</b></p><

6、;p>　　第一章 復(fù)雜模型計算機的設(shè)計任務(wù)書</p><p><b>　　1.1設(shè)計目的：</b></p><p>　　(1)建立清晰完整的整機概念;</p><p>　　(2)學(xué)習設(shè)計與調(diào)試計算機的基本方法與步驟;</p><p>　　(3)培養(yǎng)嚴謹?shù)目蒲凶黠L和獨立工作能力。</p><p&

7、gt;<b>　　1.2設(shè)計任務(wù)：</b></p><p>　　(1)綜合運用所學(xué)的計算機原理知識，按給定的指令系統(tǒng)和數(shù)據(jù)格式，在所提供設(shè)備的范圍內(nèi)，設(shè)計一臺字長八位的由微程序控制器來控制的模型計算機。設(shè)計并實現(xiàn)較為完整的八位模型計算機；</p><p>　　(2)設(shè)計微程序控制器的邏輯原理電路圖；</p><p>　　(3)設(shè)計微地址轉(zhuǎn)移的邏

8、輯電路圖；</p><p>　　(4)設(shè)計微程序流程圖；</p><p><b>　　(5)設(shè)計說明書。</b></p><p><b>　　1.3．設(shè)計指標：</b></p><p><b>　　(1)字長八位；</b></p><p>　　(2)時鐘

9、源MF=QB=1μs；</p><p>　　(3)內(nèi)存容量不得小于2^8；</p><p>　　(4)指令系統(tǒng)不得小于十四條。要求算術(shù)邏輯指令七條、訪問內(nèi)存和程序控制指令四條、輸入輸出指令兩條、其他指令一條。</p><p><b>　　1.4實驗類型：</b></p><p><b>　　設(shè)計型試驗；<

10、/b></p><p><b>　　1.5實驗設(shè)備：</b></p><p>　　(1)CM++試驗儀一臺；</p><p>　　(2)集成電路芯片以及排線若干。</p><p>　　第二章 模型計算機設(shè)計原理</p><p><b>　　2.1數(shù)據(jù)格式：</b><

11、;/p><p>　　模型機規(guī)定采用定點補碼表示法表示數(shù)據(jù)，且字長為８位，其格式如下：</p><p>　　其中第 7 位為符號位，相對于十進制數(shù)值表示范圍是：-1≤X≤1。 </p><p>　　模型機設(shè)計四大類指令一共16條，其中包含算術(shù)邏輯指令、I/O 指令、訪問以及轉(zhuǎn)移指令和停機指令。</p><p><b>　　1．算術(shù)邏輯指令

12、</b></p><p>　　算術(shù)邏輯運算指令用單字節(jié)表示，尋址方式采用寄存器直接尋址，其格式如下：</p><p>　　其中，OP-CODE為操作碼，Rs為源寄存器，Rd為目的寄存器，并規(guī)定：</p><p>　　2．訪存指令及轉(zhuǎn)移指令（本模型機規(guī)定變址寄存器RI指定為寄存器R2。）</p><p>　　模型機設(shè)計2條訪問指令，

13、即存數(shù)(STA)、取數(shù)(LDA)、2條轉(zhuǎn)移指令，即無條件轉(zhuǎn)移(JMP)、結(jié)果為零或有進位轉(zhuǎn)移指令(BZC)。其格式如下：</p><p>　　其中，OP-CODE為操作碼， Rd為目的寄存器，D為位移量(正負均可)，M為尋址方式，其定義如下：</p><p><b>　　3．I/O指令</b></p><p>　　輸入和輸出指令采用單字節(jié)指令，

14、其格式如下：</p><p>　　其中，addr=01 時，表示選中“輸入單元”中的開關(guān)組作為輸入設(shè)備，addr=10時，表示選中“輸出單元”中的數(shù)碼管作為輸出設(shè)備。</p><p>　　其中，addr=01 時，表示選中“輸入單元”中的開關(guān)組作為輸入設(shè)備，addr=10時，表示選中“輸出單元”中的數(shù)碼管作為輸出設(shè)備。</p><p><b>　　4．控制

15、臺指令</b></p><p><b>　　5．停機指令</b></p><p>　　這類指令只有1條，即停機指令HALT，用于實現(xiàn)停機操作，指令格式如下：</p><p>　　2.2 系統(tǒng)指令：</p><p>　　算術(shù)邏輯指令的助記符、功能和具體格式</p><p>　　第三章

16、模型計算機總體設(shè)計</p><p><b>　　3.1系統(tǒng)簡介：</b></p><p>　　本系統(tǒng)是一臺八位模型計算機，它由微程序控制器、數(shù)據(jù)通路、時序發(fā)生器等三大部件構(gòu)成。</p><p>　　它由16條基本指令，其中算術(shù)邏輯指令七條，移位指令兩條。訪問內(nèi)存指令和程序控指令四條，輸入/輸出指令以及停機指令。</p><p

17、>　　3.2系主要部件的工作原理：</p><p>　　3.3微指令格式的設(shè)計：</p><p>　　表2 微指令結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　其中uA5~uA0為6位的后續(xù)微地址，A、B、P為三個譯碼字段，分別由三個控制位譯碼出多位。P字段中的P1~P4是四個測試字位，其功能是根據(jù)機器指令及相應(yīng)微代碼進行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的為地址入口，從而實現(xiàn)微程

18、序的順序、分支、循環(huán)運行。具體來說，P1測試用于“取指令”微指令，它用下址低四位（uA3~uA0）與指令寄存器高四位（IR7~IR4）相或得到各路分支；P2測試用下址低2位（uA1~uA0）與指令寄存器的IR3IR2相或得到各路分支；P3測試用于條件轉(zhuǎn)移，它用下址的uA4與(ZI +CY)相或得到各路分支；P4測試用于控制臺操作，它用下址低2位（uA1~uA0）與SWB、SWA相或得到各路分支。</p><p>

19、　　3.4 模型以及數(shù)據(jù)通路總框圖：</p><p>　　以控制器為中心，首控制器從指令寄存器取得指令，編譯指令，再輸出微控制信號，控制ALU的運算，PC加一，并且從RAM中取出數(shù)據(jù)運算，運算后再把結(jié)果通過數(shù)據(jù)總線存到RAM，在指令寄存器讀去下一條指令，依次循環(huán)。</p><p>　　3.5 微程序流程圖：</p><p>　　3.6 微地址轉(zhuǎn)移邏輯電路圖：&

20、lt;/p><p>　　改圖的IR順序為（I7、I6、I5、I3、I4、I2）</p><p><b>　　邏輯表達式如下：</b></p><p>　　SE1=T4·[SWA·P(4)+P(2) ·I2+P(1) ·I4]</p><p>　　SE2=T4·[SWB

21、3;P(4)+P(2) ·I3+P(1) ·I5]</p><p>　　SE3=P(1)·T4·I6</p><p>　　SE4=P(1)·T4·I7</p><p>　　SE5=P(3)·T4·(FC+FZ)</p><p>　　3.7 時序狀態(tài)圖：</

22、p><p>　　3.8 寄存器譯碼電路圖：</p><p><b>　　邏輯表達式如下</b></p><p>　　LDR0=LDRi·I1·I0</p><p>　　LDR1=LDRi·I1·I0</p><p>　　LDR2= LDRi·I1&#

23、183;I0</p><p>　　R0-B=(RD-B·I1·I0 )· (RS-B·I2·I3)</p><p>　　R1-B=(RD-B·I1·I0 )· (RS-B·I2·I3)</p><p>　　R2-B=(RD-B·I1·I0 )

24、83; (RS-B·I2·I3) · (RI-B)</p><p>　　3.9 74LS的邏輯功能圖：</p><p>　　74LS181的邏輯功能表</p><p>　　3.10 模型機接線圖：</p><p>　　七 課程設(shè)計的收獲及體會</p><p>　　經(jīng)過這次課程設(shè)計我了解

25、了很多知識，也學(xué)到了一些課本中沒有的知識點，實踐給我們帶來了很多快樂，但是在這快樂中我們有著艱辛，在我們接完線的時候，去運行機器總是出錯，我們一步一步的檢查，到最后一遍又一遍的重新連線，到最后終于成功了，心里有著一般人沒有的喜悅。</p><p>　　計算機設(shè)計與實踐實驗課程不僅僅是對理論的驗證，重要的是技術(shù)訓(xùn)練和能力培養(yǎng)，包括動手能力、分析問題和解決問題的能力、書寫能力和表達能力、團隊協(xié)作能力等的培養(yǎng)也就是要注

26、重學(xué)生的工程能力，培養(yǎng)學(xué)生完成項目實踐的能力，同時，要培養(yǎng)學(xué)生交流的能力，能夠很好地表達自己的設(shè)計思想，這也是工程實踐中必不可少的。因此，在整個課程中，指導(dǎo)教師多次與學(xué)生交流設(shè)計方案，讓學(xué)生在與老師的交流中逐漸理解處理器的工作原理。同時，培養(yǎng)學(xué)生書寫報告的能力，很多學(xué)生只注重編程序，而不重視課程報告的撰寫，這需要老師的引導(dǎo)和成績比例分配的導(dǎo)向，讓學(xué)生真正理解報告不僅是寫給老師看的，更重要的是真正通過報告的形式提交自己的設(shè)計思想。通過口頭

27、交流和文字的書寫，引導(dǎo)學(xué)生明確設(shè)計思路，體會整機的設(shè)計思想，使“設(shè)計”真正成為完成該“項目”的第一步。</p><p>　　這次課程設(shè)計對于我個人有很大的收獲，對于復(fù)雜模型計算機的設(shè)計有了一定的了解，意識到專業(yè)知識的重要性，要想學(xué)好一定要下狠功夫，沒有付出，怎有回報，同時也體會到理論的知識的理解必須依靠實踐是的有力結(jié)合，才能對學(xué)習的知識融會貫通，了解透徹，實踐永遠是檢驗真理的唯一標準，我希望在學(xué)習的過程能夠多開展

28、這樣的有意義的課程設(shè)計，對于學(xué)生的知識的提高有很大的幫助，期待下一次這樣課題的課程設(shè)計，我將一如既往熱情地投入到學(xué)習的過程中，求知，求學(xué)，更好學(xué)好專業(yè)，優(yōu)秀完成專業(yè)任務(wù)，豐富自己的專業(yè)知識，求得更快成長！</p><p><b>　　八 參考資料</b></p><p>　　[1] 陳華光. 計算機組成原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004 </p>

29、<p>　　[2] 楊小龍. 計算機組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗教程[M]，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004</p><p><b>　　個人總結(jié):</b></p><p>　　在我們將微指令的二進制形式轉(zhuǎn)換為十六進制在逐條測試的時候,發(fā)現(xiàn)了自增指令存在一些問題,在我們的程序設(shè)計過程中,用到了計數(shù)的功能,但是由于微程序流程圖所提供的指令數(shù)有限,所以我們在用

30、每一次先用減法減一然后在進行加法,通過循環(huán)來實現(xiàn)乘法的功能。</p><p>　　還有在對ＣＹ清零的時候存在一些問題，我們通過循環(huán)移位來消除該位對邏輯運算的影響。經(jīng)過小組成員的共同努力，我們實現(xiàn)了一個乘法運算的功能，具體內(nèi)容見上文的描述。通過本次的課程設(shè)計，我對ＣＰＵ的工作原理有了更加深刻的認識，對計算機的工作原理有了更清晰的認識，受益匪淺，難免會存在一些問題，希望老師給出寶貴的意見和建議，為我們指點迷津。感謝老