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1、计算机组成原理课程设计报告大连海事大学课程设计报告课程名称：计算机组成原理课程设计成 员：学 号姓 名成 绩2220132451 程子璇2220112338班昌磊设计时间：2015年8月31日至9月11日目录1设计任务与要求22设计方案 103详细设计 114设计结果及分析5成员分工及工作情况6参考文献- 2 -1.设计任务与要求1.1设计课题的背景、目的与意义“计算机组成原理课程设计”是计算机科学与技术专业的学生在修完“计算机组成原理”课程之后，必须完成的实验环节。本课程设计是在完成计算机组成原理分解实验的基础上，来进行模型计算机的整机实验。通过模型机的设计、组装和调试，连贯运用“计算机组成
2、原理”课学到的知识，建立计算机整机的概念，加深对计算机“时空” 概念的理解，掌握设计和调试计算机的基本步骤和方法，提高应用集成电路的基本技能，培养和提高学生独立工作的能力、分析问题和解决问题的能力。1.2课设应解决的主要问题（1）掌握常用的集成电路芯片的工作原理、特性和应用；（2）按现有实验室提供的条件，设计模型计算机的结构，组成，数据格式、指令系统、微指令系统；（3）设计一个具有微程序控制器的计算机系统；（4）在组装调试成功的基础上，整理出设计说明书和其它文件（包括：指令系统、总体图、整机电路逻辑图、元件排列图、操作流程图、操作时间表、微指令格式和微程序），撰写要简明扼要、文理通顺、图表清晰
3、、结论正确的课程设计总结报告。1.3课设应达到的技术要求（1）掌握计算机组成原理知识（2）数据格式设计（3）指令设计，指令格式设计（4）指令系统设计1.4课题设计的基本理论依据(1) 指令格式 所有单字节指令（ADD、AND、INC、SUB、OR、RR、HLT 和MOV）格式如下：表1-4-1 单指令格式7 6 5 43 21 0OP-CODERSRD 其中，OP-CODE 为操作码，RS 为源寄存器，RD 为目的寄存器，并规定：表1-4-2 寄存器规定RD或RS选定的寄存器00R001R110R211R3 IN 和OUT 的指令格式为：表1-4-3 IN和OUT指令格式7 6 5 4(1)3
4、 2(1)1 0(1)7-0(2)OP-CODERSRDP 其中括号中的1 表示指令的第一字节，2 表示指令的第二字节，OP-CODE 为操作码，RS为源寄存器，RD 为目的寄存器，P 为I/O 端口号，占用一个字节，系统的I/O 地址译码原理见图1-4-1（在地址总线单元）。图1-4-1 I/O 地址译码原理图 系统设计五种数据寻址方式，即立即、直接、间接、变址和相对寻址，LDI 指令为立即寻址，LAD、STA、JMP 和BZC 指令均具备直接、间接、变址和相对寻址能力。LDI 的指令格式如下，第一字节同前一样，第二字节为立即数。表1-4-4 LDI指令格式7 6 5 4(1)3 2(1)1
5、 0(1)7-0(2)OP-CODERSRDdataLAD、STA、JMP 和BZC 指令格式如下。表1-4-5 LAD、STA、JMP 和BZC 指令格式7 6 5 4(1)3 2(1)1 0(1)7-0(2)OP-CODERSRDD其中M 为寻址模式，具体见表1-4-6，以R2 做为变址寄存器RI。表1-4-6 寻址方式（2） 微指令格式表1-4-7 微指令格式（3） 指令系统表1-4-8 指令描述（4） 指令译码原理图1-4-2 指令译码原理图（5） 寄存器译码原理图1-4-3 寄存器译码原理图（6） 二进制代码表表1-4-9 二进制代码表表1-4-10 二进制代码表（续）1.5主要工作
6、内容（1） 数据格式、寻址方式、指令系统设计；（2） 微指令、微程序设计；（3） 操作流程、操作时间表设计；（4） 模型机总体逻辑电路设计（包括：运算器、存储器、微程序控制器）；（5） 模型机整机连线、调试；（6） 按自行设计的模型机指令系统，编制程序，验证其正确性和合理性。2. 设计方案2.1设计仪器 PC 机一台，TD-CMA 实验系统一套，排线若干。2.2设计内容 在此次课设中，设计内容的实验将在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。（1） 微程序设计 非指令、自减指令、左移指令、异或指令与同或指令的设计（2） 程序设计 乘法程序指令的设计3.详细设计3.1课程设计
7、步骤（1）连接实验线路图3-1-1 实验接线图（2）用实验指导手册上提供的例子进行调试图3-1-2 累加程序（调试指令）图3-1-3 微程序调试例子（3）确定设计目标确定所设计计算机的功能和用途。（4） 确定指令系统（5）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）（6）设计指令执行流程（7）确定微程序地址（8）微指令代码化（9）编写工作程序并代码化（10）调试，验证其正确性和合理性3.2数据通路框图图3-2-1 数据通路框图3.3微程序流程图（异或 同或 左移 自减 非）（1）调试指令微程序流程图图3-3-1调试指令微程序流程图（2）同或微指令流程图图3-3-2 同或微指令流
8、程图（3）异或微指令流程图图3-3-3 异或微指令流程图（4）左移微指令流程图图3-3-4 左移微指令流程图（5）自减微指令流程图图3-3-5 自减微指令流程图（6）非微指令流程图图3-3-6 非微指令流程图3.4程序流程图（乘法程序）（1） 程序流程图开始从IN单元输入被乘数从IN单元输入乘数提取被乘数符号位并存到内存单元70H提取乘数符号位并存到内存单元71H将积的初始值00H存入内存单元74H提取被乘数数值位（低四位）并存到内存单元72H提取乘数数值位（低四位）并存到内存单元73H立即数01H（用于提取乘数的每一位）存到寄存器R0立即数04H（计数值）存到寄存器R10101从内存单元73
9、H取出乘数存于寄存器R2R0R2R2内存单元72H内容(移位后的被乘数)R3R2=0?Y N内存单元74H内容（累加值）R2R2+R3R2R2内存单元74HR3逻辑左移一位R3R3内存单元72HR0+R0R0R1-1R1R1=0？N内存单元70H（被乘数符号）R2 Y内存单元71H（乘数符号）R30202R2异或R3R3内存单元74H(累加值)R0R3=0？YNR1（00H）-R0R1R1R0输出R0，显示在OUT单元结束3.5乘法程序设计（1）实验程序如下：图3-5-1 乘法指令1. $P 00 20 ; IN RO2. $P 01 003. $P 02 21 ; IN R14. $P 03
10、 005. $P 04 62 ; LDI R2,10H6. $P 05 107. $P 06 4B ;8. $P 07 12 ;9. $P 08 17 ;10. $P 09 D2 ; STA R2-70H 将第一个乘数的符号位存于70H11. $P 0A 7012. $P 0B D3 ; STA R3-71H 将第二个乘数的符号位存于71H13. $P 0C 7114. $P 0D 62 ; LDI R2，0FH15. $P 0E 0F16. $P 0F 4B ; MOV R3，R217. $P 10 12 ; R0_R2-R2 第一个乘数的数值位18. $P 11 17 ; R1_R3-R3
11、 第二个乘数的数值位19. $P 12 60 ; LDI R0,ooH20. $P 13 0021. $P 14 D0 ; STA RO-74H22. $P 15 7423. $P 16 D2 ; 将无符号的第一个乘数存到72H24. $P 17 7225. $P 18 D3 ; 将无符号的第一个乘数存到73H26. $P 19 7327. $P 1A 60 ; LDI 01H-R028. $P 1B 0129. $P 1C 61 ; LDI 04H-R130. $P 1D 0431. $P 1E C2 ; 从73H中取出乘数32. $P 1F 7333. $P 20 12 ; AND Ro_
12、R2-R234. $P 21 C3 ; 从72H中取出被乘数放到R335. $P 22 7236. $P 23 F2 ; BZC R2 当R2为0时则转跳到33H37. $P 24 2A38. $P 25 C2 ; LAD 74H-R2(SUM)39. $P 26 7440. $P 27 0E ; R2+R3-R2(SUM)41. $P 28 D2 ; STA R2-74H42. $P 29 7443. $P 2A 93 ; R3左移一位44. $P 2B D3 ; R3存入72H45. $P 2C 7246. $P 2D 00 ; R0+R0-R047. $P 2E A1 ; R1-1-R148. $P 2F F1 ; BZC判断R1是否为0，为0则跳转到3C49. $P 30 3350. $P 31 E0 ; JMP-27H51. $P 32 1E52. $P 33 C2 ; 将乘数符号位存到R253. $P 34 7054. $P 35 C3 ; 将乘数符号位存到R355. $P 36 7156. $P 37 BB ; R2或R3异或存于R357. $P 38 C0 ; LAD 74H(S
