基本模拟机设计

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1、计算机组成原理课 程 设 计 报 告 班级： 13级计算机科学与技术专业（朝）学号： 姓名： 题目： 成绩： 计算机组成原理课程设计课程设计任务书一、设计的目的和意义综合运用所学计算机组成原理知识，人为模拟各部件单元中的控制信号实现常用部件电路及之间的信息通路的设计，进一步加强理论知识与应用相结合的实践和锻炼。通过这次设计能够巩固所学的知识，使自己的设计水平和对所学知识的应用能力，以及分析问题、解决问题的能力得到全面提高。二、设计班级13级计算机科学与技术专业（朝）三、设计安排1. 设计时间为一周（第十七周）。2. 周一上午动员，分配设计任务。3. 周五提交设计报告，并以答辩的方式考核。4.

2、按照统一安排积极与指导教师保持联系，取得老师的指导和帮助。5. 课程设计实验室：实验楼313室四、成绩评定1. 平时成绩10%，电路原理图占30%，设计报告占30%，设计答辩占30%。2. 设计过程要保证具有独立知识产权，不能抄袭他人的设计成果，一经发现雷同情况按不及格处理；如不参加设计、参加无设计报告按不及格处理。五、设计要求1. 设计报告应包含题目、系统概述（设计的目的和意义）、系统设计的具体说明（含操作过程）、结论、认识体会等几部分，要对设计重点进行论述与说明。 2. 文中符号、图、表要符合国家统一标准。3. 要画出必要的电路原理图。4. 编写程序及课程设计报告（不少于1500字）。六、

3、设计题目及要求6.1 8位算术逻辑运算器设计参考：实验教程中算术逻辑运算实验（1）系统使用的芯片：74LS181、74LS273、74LS245、LED及各种开关；（2）能实现8位二进制数的算术运算和逻辑运算；（3）能显示参加运算的数据、显示运算结果；6.2 位带进位控制的运算器设计参考：实验教程中进位控制实验（1）系统使用的芯片：74LS181、74LS273、74LS245、74LS74、LED及各种开关；（2）能实现8位二进制数的加法运算，并产生进位；（3）能显示参加运算的数据、显示运算结果及进位情况；6.3 微程序控制器设计 参考：实验教程中微程序控制器实验（1）实现5条机器指令功能：

4、IN、 ADD、 STA、OUT、JMP； （2）设计出上述指令的微程序流程图及二进制代码表； （3）编制微程序、写入CM中并运行微程序，观查结果； 6.4 硬布线控制器设计参考：实验教程中硬布线控制器实验（1）实现X+Y功能，即由输入部分输入两个数据，输出显示结果。 （2）写出硬布线控制器的设计步骤； （3）输入3组数据，观查结果，掌握硬布线控制器的组成原理； 6.5 基本模型机设计与实现参考：实验教程中基本模型机设计实验（1）给出模型机的设计方案（包括指令系统和硬件结构）；（2）画出所设计计算机的硬件连接图，针对所设计的指令系统编写出相应的微程序；（3）对所设计的计算机进行测试。6.6 复

5、杂模型机设计与实现参考：实验教程中复杂模型机设计实验（1）给出模型机的设计方案（包括指令系统和硬件结构）；（2）画出所设计计算机的硬件连接图，针对所设计的指令系统编写出相应的微程序；（3）对所设计的计算机进行测试。计算机组成原理课程设计报告1设计题目基本模型机设计与实现2实验设备 1TDN-CM+或 TDN-CM+教学实验系统一台。 2 PC 微机一台。 3实验目的 1在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统构造一台基本模型计算机。 2 为其定义五条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试掌握整机概念 4实验原理 部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实验将在

6、微程序 控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制 将由微程序控制器来完成，CPU 从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一段微程序。 本实验采用五条机器指令IN （输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、OUT（输 出）、JMP（无条件转移），其指令格式如下（前位为操作码）： 其中 IN 为单字长（位），其余为双字长指令，为addr 对应的二进制地址码。 为了向 RAM中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，还必须设计 三个控制台操作微程序。 存储器读操作（KRD）：拨动总

7、清开关CLR 后，控制台开关 SWB、SWA 为“”时,按 START 微动开关，可对 RAM连续手动读操作。 存储器写操作（KWE）：拨动总清开关CLR 后，控制台开关 SWB、SWA 置为“” 时，按 START 微动开关可对 RAM 进行连续手动写入。 启动程序：拨动总清开关 CLR 后，控制台开关 SWB、SWA 置为“”时，按 START 微动开关，即可转入到第 01 号“取址”微指令，启动程序运行。 上述三条控制台指令用两个开关 SWB、SWA 的状态来设置，其定义如下： 根据以上要求设计数据通路框图，如图 6.5-1。微代码定义如表 6.5-1 所示。 系统涉及到的微程序流程见图

8、 6.5-2，这里“取指”是公用微指令，为了能确定不同机器指令有各自不同的微程序转向，我们在这里以指令寄存器的前位（IR7IR4）作为测试条 件，引入了 P（1）指令测试字段，如此，对于 5 条机器指令，就可以有路 P（1）测试分支，对于每一指令分别予以微程序解释。 控制台操作为 P（4）测试，它以控制台开关 SWB、SWA 作为测试条件，出现了路分支，占用个固定微地址单元。当分支微地址单元固定后，剩下的其它地方就可以一条微指令占用控存一个微地址单元随意填写。注意：微程序流程图上的单元地址为进制。 当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，表 6.5-2 即为将图 6.5-2 的微程序流程

9、图按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”。 下面介绍指令寄存器（IR）：指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一 条指令时，先把它从内存取到指令寄存器中，然后再对其进行译码、执行。指令划分为操作 码和地址码字段，由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试P（1），通过节拍脉冲 T4的控制以便识别所要求的操作。“指令译码器”（实验板上标有“INS DECODE”的芯片）根据指令中的操作码译码强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。 本系统有两种外部 I/O设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备（INPUT DEVICE）；另一种是数码块，它

10、作为输出设备（OUTPUT DEVICE）。例如：输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不变。输出时， 将输出数据送到数据总线上，当写信号（W/R）有效时，将数据打入输出锁存器，驱动数码 块显示。 本实验设计机器指令程序如下： 5实验步骤 (1) 按图 6.5-3 连接实验线路。 (2) 写程序 方法一：手动写入 先将机器指令对应的微代码正确地写入 2816 中，由于在实验三微程序控制实验中已将微代码写入 E2PROM 芯片中，对照表 6校验正确后就可使用。 使用控制台 KWE 和 KRD 微程序进行机器指令程序的装入和检查。 . 使编程开关处于“RUN

11、”，STEP 为“STEP”状态，STOP 为“RUN”状态。 . 拨动总清开关 CLR （101），微地址寄存器清零，程序计数器清零。然后使控制台 SWB、SWA 开关置为“0 1”，按动一次启动开关 START，微地址显示灯显示 “010001”，再按动一次 START，微地址灯显示“010100”，此时数据开关的内容置为要写入的机器指令，按动两次 START 键后，即完成该条指令的写入。若仔细阅读 KWE 的流程，就不难发现，机器指令的首地址总清后为零，以后每个循环 PC会自动加 1，所以，每次按动 START，只有在微地址灯显示“010100”时，才设置内容，直到所有机器指令写完。 .

12、 写完程序后须进行校验。拨动总清开关 CLR （101）后，微地址清零。PC 程序计数器清零，然后使控制台开关 SWB、SWA 为“”，按动启动 START，微地址灯将显示“010000”，再按START，微地址灯显示为“010010”，第三次按 START，微地址灯显示为“010111”，再按 START 后，此时输出单元的数码管显示为该首地址中的内容。不断按动 START，以后每个循环PC 会自动加 1，可检查后续单元内容。每次在微地址灯显示为“010000”时，是将当前地址中的机器指令写入到输出设备中显示。 方法二：联机读写程序 按照规定格式，将机器指令及表 6.5-2 微指令二进制表编

13、辑成十六进制的如下格式文件。 微指令格式中的微指令代码为将表 6.5-2 中的24 位微代码按从左到右分成 3 个 8 位，将此三个 8 位二进制代码化为相应的十六进制数即可。 用联机软件的“【转储】【装载】”功能将该格式文件装载入实验系统即可。 (3) 运行程序 方法一：本机运行 单步运行程序 . 使编程开关处于“RUN”状态，STEP 为“STEP”状态，STOP 为“RUN”状态。 . 拨动总清开关 CLR（10 1），微地址清零，程序计数器清零。程序首址为00H。 . 单步运行一条微指令，每按动一次 START 键，即单步运行一条微指令。对照微程序流程图，观察微地址显示灯是否和流程一致。 .