计算机组成原理与系统结构

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1、计算机组成原理与系统结构课程设计专业班级学生姓名：学生学号：计算机科学与技术学院2011年1月目录一、课程设计的目的3二、模型机的设计步骤3三、实验装置5四、课题设计51.数据格式和指令系统52.数据通路83.时序系统84.微指令格式95.微程序控制器106.微程序流程图107.微程序代码表10*.组装与调试10五、课设小结11六、附录12一、课程设计的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更深的了解，加深

2、对理论课程的理解。二、模型机的设计步骤设计一台完整的计算机，大致需按如下的顺序来考虑：1.确定设计目标确定所设计计算机的功能和用途。2.确定指令系统确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式，并给出具体的编码，比如指令的操作码，地址码等的位数及各种编码的含义。3.确定总体结构（寄存器、加法器、选择器的设置与数据通路的设计）总体结构设计包含确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构。在此基础上，就可以拟出各种信息传输路径，以及实现这些传输所需要的微命令。对于部件设置，比

3、如要确定运算器部件采用什么结构，控制器是微程序控制还是硬联控制等。综合考虑计算机的速率、性能价格比、可靠性等要求，设计合理的数据通路结构，确定采用何种方案的内总线及外总线。数据通路不同，执行指令所需要的操作就不同，计算机的结构也就不一样。4.设计指令执行流程数据通路确定后，就可以设计指令系统中每条指令的执行流程。根据指令的复杂程度，确定每条指令所需要的机器周期数。对于微程序控制的计算机，根据总线结构，需考虑哪些微操作可以安排在同一条微指令中，哪些微操作不能安排在同一条微指令中。5.确定微程序地址确定

4、后续微地址的形成方法，确定每个微程序地址及分支转移地址。6.微指令代码化根据微指令格式，将微程序流程中的所有微指令代码化。首先写出每个微地址以及该地址对应的微指令代码（共24位二进制信息），如下表所示：微地址S3S2S1S0MCNWEA9A8ABCUA5…UA000000000011000000100010000010000000111101101100000100200000000110000000100100003000000001110000000000100其中：微地址表示控制存储器的地址，

5、后面的24位表示微指令。然后将每个微地址和对应的微指令转换成16进制，并写在一行，格式为：$M********，前面2个‘*’表示该微指令的在微控制器中的地址，后面6个‘*’表示该微指令代码。如上述表中的四条微指令写成：$M00018110：表示在控制存储器地址00h处的代码是018110h。$M0101ED82：表示在控制存储器地址01h处的代码是01ED82h。$M0200C048：表示在控制存储器地址02h处的代码是00C048h。$M0300E004：表示在控制存储器地址03h处的代码是00

6、E004h。7．编写工作程序并代码化编写测试用的工作程序，并写出内存映像，用二进制表示。然后代码化用16进制来表示，格式为：$P****，前面2个‘*’表示该内存的地址，后面2个‘*’表示该地址的数据。例如：$P0044：表示在内存地址00h处的数据是44h。$P0146：表示在内存地址01h处的数据是46h。8．联机操作文件的建立为了从PC机下载工作程序和微程序，需要建立联机操作文件，该文件是普通的文本文件，扩展名为TXT，可用记事本来建立的，要求：a、测试用的工作程序排在文件的前面，每个内存地址

7、及代码占一行；b、微指令代码排在文件的后面，每个微地址及微指令代码占一行；例如，下面是一个实验的文件(文件名：sample.txt)：$P0044$P0146$P0298$M00018108$M0101ED82$M0200C0509．连接实验线路根据简单模型机的连线图连线，具体可参考数据通路图。10．下载工作程序和微程序使用唐都软件将工作程序和微程序下载到实验箱的内存和控制存储器中。其中，自带电源线的实验箱用NCMP53软件，启动软件后使用F4[装载]进行下载；外接电源线的实验箱用CMPP软件，启动

8、软件后在菜单中选择[转储]/[装载]进行下载。11．调试在总调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有各功能模块工作正常后，才能保证整机的正常运行。可以使用控制台命令SWA、SWB的不同取值，或使用联机软件检查内存程序是否正确，微程序是否正确。当所有功能模块都调试正常后，进入总调试。可以使用单步微指令方式执行工作程序，也可以直接使用连续方式执行程序。在执行过程中，可以通过联机软件的数据通路图查看信息在计算机中的传送路径，更有利于掌握数据的通路结构。这样也可以直接验证