计算机组成原理课程设计-模型机设计与实现

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1、学号：课程设计课程名称计算机组成原理设计题目模型机设计与实现学院计算机科学与技术学院专业软件工程班级姓名指导教师田小华2014——2015学年第2学期课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：田小华工作单位：计算机学院题目:CPU与简单模型机设计初始条件：1.完成<<计算机组成原理>>课程教学与实验2.TD-CMA计算机组成原理教学实验系统要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1.掌握复杂指令系统计算机的微控制器功能与结构特点2.熟悉TD-CMA教学实验系统的微指令格式3.设计五条机器指令,并编写对应的

2、微程序4.在TDN-CMA教学实验系统中调试机器指令程序,确认运行结果5.建立复杂指令系统计算机的整机概念模型时间安排：1.第14周周一(6月1日)第5～6节:软件1301、1302、sy1301集中讲解课程设计原理与方法第14周周五(6月5日)第5～6节:软件ZY1301、ZY1302集中讲解课程设计原理与方法2.第X周周一～五(6月23～27日):分班实验,调试机器指令程序，撰写课程设计报告指导教师签名：2015年月日系主任（或责任教师）签名：2015年月日目录1.课程设计目的12.课程设计准备13.课程设计内容13.1.课程设计原理13.2

3、.课程设计机器指令23.3.微指令格式23.4.数据通路图33.5.微程序流程图33.6.微指令二进制微代码表43.7.机器指令程序44.实验步骤54.1.实验接线54.2.写程序及校验64.3.运行程序75.程序运行结果96.总结10正文1．课程设计目的1.掌握一个简单CPU的组成原理。2.在掌握部件单元电路的基础上，进一步将其构造一台基本模型计算机。3.为其定义五条机器指令，编写相应的微程序，并上机调试掌握整机概念。2.课程设计准备PC机一台，TD-CMA实验设备一套3．课程设计内容3.1课程设计原理本次课程设计实现一个简单的CPU，并且在此

4、的基础上，继续构建一个简单模型计算机。CPU由运算器（ALU）、微控制器（MC）、通用寄存器（R0），指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）和地址寄存器(AR)组成，如图5-1-1所示。该CPU在写入相应的微指令后，就具备执行机器指令的功能，但是机器指令一般存放在主存当中，CPU必须和主存挂接后，才有实际的意义，故在CPU基础上，增加一个主存和基本的输入输出部件，构成一个简单的模型计算机。113.2课程设计机器指令共有五条指令:IN,ADD,OUT,JMP,HLT,对应的源程序内容如下:地址内容助记符说明0000000000100000；STAR

5、T：INR0学号→R00000000100000000；ADDR0,R0R0+R0→R00000001000110000；OUTR0R0→LED0000001111100000；JMPSTART跳转至00地址0000010000000000；0000010101010000；HLT停机指令码中高4位位操作码，JMP为双字节指令，其余为单字节指令。微控制器实验的指令是手动给出的，现在要求CPU自动从存储器读取机器指令并执行。3.3微指令格式课程设计在微控制器实验的基础上，增加了PC（程序计数器）、AR（地址寄存器）和MEM（主存），在微指令中应增加

6、相应的控制位，其微指令格式见表5-1-1。113.4数据通路图根据以上设计要求，相关的数据通路图见图5-1-3。3.5微程序流程图11系统涉及到的微程序流程图，详见图5-1-4。当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P<1>测试。指令译码原理见图3-2-3所示，由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P<1>的测试结果出现多路分支。本机使用指令寄存器的高6位（IR7-IR2）作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定微地址，微程序流程图上的单元地址均为16进制编码的地址。3.6微指令二进制微代码表当全部微程序设计完毕，应将每

7、条微指令代码化，见表5-1-2。表5-1-2二进制表微代码表地址十六进制内容高五位S3S2S1S0A字段B字段C字段MA5～MA000Q00000100000000000000000001Q006D4300000000011011010103Q1070700001000001110000011104Q00240500000000001001000005Q04B2010000010010110010001DQ10514100010000010100010130Q00140400000000000101000032Q18300100011000001

8、100000033Q28040100101000000001000035Q0000350000000000000000003CQ006D