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1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 计算机组成原理计算机组成原理 课程设计（论文）课程设计（论文）题目：题目： 一台模型计算机设计与测试一台模型计算机设计与测试院（系）：院（系）： 电子与信息工程学院电子与信息工程学院 专业班级：专业班级： 计算机计算机 082082 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 教师职称：教师职称： 教授教授 助教助教 起止时间：起止时间： 2011.1.6-2011.1.102011.1.6-2011.1.10 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语院（系）： 电子与信息工程学院 教研室：计算机组成原理教研 室 学 号学生姓名刘
2、强专业班级计算机 082课程设计 （论文） 题目一台模型计算机设计与测试减法指令流程课程设 计（论 文）任 务1. 将微程序控制器同执行部件（整个数据通路）联机，组成一台模型计算机2. 用微程序控制器控制模型机数据通路3. 通过 CPU 运行机器命令组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，牢固建立计算机的整机概念4. 用实验箱上连线，并实现所写程序段的功能。用单拍（DP）方式、单指（DZ）连续方式各执行一遍程序。并将结果进行比较，分析。指导教师 评语及成 绩成绩： 指导教师签字： 2011 年 1 月 10 日辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）目 录第 1 章课程
3、设计简介.1 1.1 课题介绍.1 1.2 减法指令流程 .1 1.3 课程设计设备 .1 1.4 减法指令流程设计任务 .1 第 2 章数据通路设计.3 2.1 运算器 ALU.3 2.2 存储器 .3 2.3 输入与输出 .6 2.4 数据通路结构 .6 第 3 章微程序控制器设计.7 3.1 机器指令格式 .7 3.2 控制台 .7 第 4 章机器语言程序设计.11 4.1 机器语言程序及其存储器位置、编码和数据初值的设计 .11 4.2 程序执行过程及预测结果 .11 第 5 章指令流程与测试.12 5.1 接线方法 .12 5.2 设置通用寄存器 R1，R0 的值.12 5.3 存程
4、序机器代码 .13 5.4 用单拍（DP）方式执行一遍程序.13 5.5 用单指（DZ）方式执行一遍程序.13 5.6 用连续方式执行一遍程序.14 第 6 章总结.15 参考文献 .16辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）1第 1 章 课程设计简介1.1 课题介绍将微程序控制器同执行部件（整个数据通路）连机，组成一台模型计算机；用微程序控制器控制模型机数据通路；通过 CPU 运行就跳机器指令（排除终端指令）组成的简单程序，掌握机器指令与伪指令的关系，牢固建立计算机的政绩概念。1.2 减法指令流程本次课程设计用到得电路包括运算器、存储器、通用寄存器堆、程序计数器、指令寄
5、存器、微程序控制器等，将几个模块组成为一台简单计算机。计算机模型采用了数据总线和指令总线双总线体质能实现流水控制。控制器有微程序控制器或者硬布线控制器两种类型，每种类型又有流水和非流水两种方案。寄存器堆由 1片 ispLS11016zu 组成，运算器由 1 片 ispLS11024 组成。实验台上包括了 1 片系统编程芯片 ispLS11032，可用它实现硬件布线控制1.3 课程设计设备（1）TEC4 计算机组成原理实验系统一台（2）双踪示波器一台（3）直流万能表一只（4）逻辑测试笔一只1.4 减法指令流程设计任务1利用机器指令系统编制简单程序，要求至少使用其中五条指令，对自己编制的简单程序进
6、行译码，手工会变成十六进制机器代码。学生根据老师指定完成不同的子标题，即程序中必须包含标题类型的指令。2按图，参考组成原理实验的电路图完成连线，控制器是控制部件，数据通路是执行部件，时序产生器是时序部件。连线包括控制台、时序部分、数据通路和微程序控制器之间的链接。其中，为把操作数传给通用寄存器组 RF，数据通路上的 RS1、RS0、RD1、RD0应分别于 IR3 至 IR0 连接，WR1、WR0 也应该接到 IR1、IR0 上。3.将上述任务 1 中的程序机器代码用控制台操作存入内存中，并根据程序的需要，用数辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）2码开关 SW7SW0 设
7、置通用寄存器及内存相关单元的数据。4.用单拍（DP）方式执行一遍程序，列表记录通用寄存器堆 RF 中寄存器的数据，以及RAM 中的数据，与理论分析值做对比。单拍方式执行是注意观察微地址指示灯、IR/DBUS指示灯、AR2/AR1 指示灯和判断字段指示灯的值，以跟踪程序中取指令和执行指令的详细过程。5.以单指（DZ）方式重新执行程序一遍，注意观察 IR/DBUS 指示 AR2/AR1 指示灯的值。执行结束后，记录 RF 中四个寄存器的数据，以及 RAM 中的数据，与理论分析之作对比。以连续方式（DB、DP、DZ 都设为 0）再次执行程序。折中情况相当于计算机正常运行程序。由于程序中有停机指令 S
8、TP，程序执行到该指令时自动停机。执行结束后，记录 RF中四个寄存器的数据，以及 RAM 中的数据，与理论分析值做对比。辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）3第 2 章 数据通路设计2.1 运算器 ALU运算器 ALU 由一片 ispLS1024(U47)组成，在选择端 S2、S1、S0 控制下，对数据 A 和 B 进行加、减、与、直通、乘五种运算，功能如下：选 择S2 S1 S0操 作0 0 0 A 当 LDPC=1 时, 接收从 ALU2 和 R4 来的地址，实际是接收来自数据总线 DBUS 的地址，这些新的程序地址在 T4 的上升沿打入 PC 寄存器。8.指令寄存
9、器 IR指令寄存器 IR 是一片 74HC374（U20） 。它的数据端从双端口存储器接收数据（指令） 。当 LDIR = 1 时，在 T4 的上升沿将来自双端口存储器的指令打入指令寄存器 IR 保存。指令的操作码部分送往控制器译码，产生各种所需的控制信号。大多数情况下，指令的操作数部分应连到寄存器堆（用户自己连接） ，选择参与运算的寄存器。在某些情况下，指令的操作数部分也参与新的 PC 的计算。本实验系统设计了 12 条基本的机器指令，均为单字长（位）指令。指令功能及格式如表 2 所示。表 2 中的 X 代表随意值，RS1、RS0 指的是寄存器堆的 B 端口选择信号RS1、RS0，RD1、R
10、D0 指的是寄存器堆的 A 端口选择信号 RD1、RD0，不过由于运算结果需写回，因此它也同时指 WR1、WR0，用户需将它们对应连接。另一点需说明的是，为了简化运算，指令 JC D 中的 D 是一个 4 位的正数，用 D3 D2 D1 D0 表示。实验系统虽仅设计了 12 条基本的机器指令，但代表了计算机中常用的指令类型。必要时用户可扩充到 16辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）6条指令或者重新设计指令系统。9.中断地址寄存器 IAR中断地址寄存器 IAR（U19）是一片 74HC374，用于保存中断发生时的断点地址。它直接使用 LDIAR 信号作为时钟脉冲。当 I
11、AR_BUS# = 0 时，它将断点地址送到数据总线 DBUS上，2.3 输入与输出开关寄存器 SW_BUS（U38）是 1 片 74HC244，用于将控制台开关 SW7SW0 的数据送往数据总线 DBUS。当 SW_BUS#=1 时，禁止开关 SW7SW0 的数据送往数据总线 DBUS；当SW_BUS#=0 时，允许开关 SW7SW0 的数据送往数据总线 DBUS。通过 SW7SW0 输入数据，把数据输入到 ER 中，然后分别 RF 中的 R0R3 中，然后通过选择，分别通过 A、B 端口送入 DR1 和 DR2。然后送入 ALU 进行相应的运算，再把结果通过 DBUS 送入 RAM 进行存储，并把指令通过 INS 送入 IR，在送入控制器中，然后经过一系列的传送通过数据指示灯显示出来。2.4 数据通路结构数据通路的设计师 TEC-4 计算机组成原理实验系统最有特色的部分。首先它采用了数据总线和指令总线双总线形式。它还使用了大规模在系统可编程器件作为运算器和寄存器
