计算机硬件综合课程设计报告计算机硬件综合课程设计报告简单模型机设计简单模型机设计1、、设计要求设计要求硬件：TDN-CM+计算机组成原理实验系统一台，PC 机一台，排线若干，串口线一根 软件：CMP 软件2、、设计目的设计目的1.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，加深对理 论课程的理解 2.通过这次课程设计，建立整机的概念，对程序进行编辑，校验，锻炼理论联系实际的 能力 3.通过本次课程设计熟悉和训练设计思路与实现方法 4.通过本次课程设计锻炼团队合作的能力和团队问题的解决3、、设计电路及连线设计电路及连线设计电路及连线实验图如下图 1-1 所示图 1-1 简单模型机连线图4、、设计说明设计说明本次课程设计将能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 应一个微程序 本次课程设计采用五条机器指令：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 4 位为操作码）： 助记符 机器指令码 说 明 微程序入口地址IN 0000 0000 “INPUT DEVICE”中 10的开关状态→R00001 0000 ×××× ×××× R0+[addr]→R0 110010 0000 ×××× ×××× R0→[addr] 120011 0000 ×××× ×××× [addr]→BUS 130100 0000 ×××× ×××× addr→PC 14ADD addr STA addr OUT addr JM P addr其中，IN 为单字长（8 位） ，其余为双字长，×××× ××××为 addr 对应的二进制地址码。
设计数据通路框图如图 1-2 所示微代码定义如表 1-1 所示DR1(74273)DR2(74273)ALU-BR0(74374)AR(74273)PC（74161）MEM（6116）OUTPUT时序微控器IR（74273）INPUTALU(74181)CELED-BW/RCESW-BCECEW/RLDAR T3 PC-BLOADLDPC T4W/RCS0CS1CS2LDIR T3T4LDR0R0-BLDDR1T4T4LDDR 2CNMS3S2S1S0BUS地址总线数据总线CPUR1(74374)T4LDR1R1-BR2(74374)T4LDR2R2-B图 1-2 数据通路图表 1-124 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7654321S3 S2 S1 S0 MCnWEA9 A8ABCuA5 uA4uA3 uA2 uA1 uA0A 字段 B 字段C 字段151413选择000001LDDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDAR5、、设计步骤设计步骤1.设计微程序流程图，如图 1-3 所示。
121110选择000001RS-B010011100101ALU-B110PC-B987选择000001P（1）010011100P（4） 101110LDPC运行微程序010210IN ADD STA OUT JMP10 11 12 13 1403 07 16 26 0104 151701052506 01060101 控制台00 八进制微地址20（SWB ,SWA)21 20 2324 220130 27图 1-3 微程序流程图PC→ARPC+1RAM→BUSBUS→IRP(1)SW→R0PC→ARPC+1RAM→BUSBUS→ARRAM→BUSBUS→DR2R0→DR1(DR1)+(DR2)→R0PC→ARPC+1PC→ARPC+1PC→ARPC+1RAM→BUSBUS→ARRAM→BUSBUS→ARRAM→BUSBUS→PCR0→BUSBUS→RAMRAM→BUSBUS→DR1DR1→LEDP（4 ）KWE(01)KRD(00)RP(11)PC→ARPC+1PC→ARPC+1CSWD→BUSBUS→DR1RAM→BUSBUS→DR1DR1→RAM DR1→LED2.微指令代码化，如下表 1-2 所示。
表 1-2微地址S3 S2 S1 S0 MCnWE A9 A8ABCuA5…uA0 0 00 0000 00 1 10000001000 10000000111101101100 20000000011000000010 30000000011100000000 40000000010110000000 50000000110100010000 61001010110011010000 70000000011100000001 00000000000010000001 10000000111101101101 20000000111101101101 30000000111101101101 40000000111101101101 50000001010000010001 60000000011100000001 70000000010100000002 00000000111101101102 10000000111101101102 20000000010100000002 30000000110000000002 40000000000100000002 50000011100001010002 60000000011010001102 70000011100001010003 00000011010001010003.设计验证程序的内存映像（装入起始地址 00H）如下表 1-3 所示。
表 1-3地址（二进制）内容（二进制）助记符说 明0000 00000000 0000IN将输入数据送 R0 寄存 器0000 00010001 0000ADD [0AH]R0+[0AH]→R00000 00100000 10100000 00110010 0000STA [0BH]R0→[0BH]0000 01000000 10110000 01010011 0000OUT [0BH][0BH]→LED0000 01100000 10110000 01110100 0000JMP [08H]00H→PC0000 10000000 00000000 10010000 10100000 0001输入自定的数据0000 1011求和结果的存储单元4.建立联机操作文件 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 源程序如下： $P0000 $P0110 $P020A $P0320 $P040B $P0530 $P060B $P0740 $P0800 $P0A01$M $M0101ED82 $M0200C048 $M0300E004 $M0400B005 $M0501A206 $M06959A01 $M0700E00D $M $M0901ED83 $M0A01ED87 $M0B01ED8E $M0C01ED96 $M0D $M0E00E00F $M0F00A015 $M1001ED92 $M1101ED94 $M1200A017 $M $M $M15070A01 $M1600D181 $M17070A10 $M18068A115.调试、执行程序。
首先打开 CMP 软件，测试端口是否连接成功，然后装入联机操作文件，接着测试程 序，测试值 R0=FEH，置数据开关状态，根据提示拨动总清开关 CLR（0→1）适时清零 在调试过程中，出现了一些问题，例如，出现提示窗口，提示源程序第几行错误，经检查 原来是数字 0 写成了字母 O；观察数据流通图，有支路不通，就检查该支路的连线，排查 错误6、、设计结果和体会设计结果和体会1、设计结果 当 R0=FEH 时，求和结果为 FFH，即[0BH]单元中存储值为 FFH，LED 显示 FF 2、设计体会 此次课程设计，让我对计算机的基本组成、简单运算器的数据传送通路组成、存储器 RAM 工作特性及数据的读写方法、时序信号发生电路的组成原理、微程序控制器的设计思 路和组成原理、微程序的编制、写入过程有了进一步的了解，也让我觉得自己的动手能力 有 很大的提高；自信心也增强了，在课程设计过程中通过仔细查阅资料解决了遇到的问题， 做到了理论与实践相结合，巩固和深化了自己的知识结构，收获颇多7、、建议建议课程设计可以体现出团队合作程度，紧密合作加上明确分工， ，能够大大地提高设计速 度，在动手设计之前，最好将设计所需要的数据，程序准备好，为了判断设计结果是否正 确，有必要在准备阶段计算理论值。
仔细分析指令的每一位，以及微程序流程图，理清思 路，在设计时做到胸有成竹复杂模型机设计复杂模型机设计一、设计要求一、设计要求硬件：TDN-CM+计算机组成原理实验系统一台，PC 机一台，排线若干，串口线一根 软件：CMP 软件二、设计目的二、设计目的1.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，加深对理 论课程的理解 2.通过这次课程设计，建立整机的概念，对程序进行编辑，校验，锻炼理论联系实际的 能力 3.通过本次课程设计熟悉和训练设计思路与实现方法 4.通过本次课程设计锻炼团队合作的能力和团队问题的解决3、、设计电路及连线设计电路及连线设计电路及连线实验图如下图 2-1 所示图 2-1 复杂模型机连线图4、、设计说明设计说明在简单模型机的基础上搭接移位控制电路，实现移位控制运算 新增 4 条移位运算指令：RL（左环移） 、RLC（带进位左环移） 、RR（右环移） 、 RRC（带进位右环移） ，其指令格式如下： 助记符 操作码 RR 0101 0000 RRC 0110 0000 RL0111 0000 RLC1000 0000 指令格式如表 2-1 所示。
表 2-124 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7654321S3 S2 S1 S0 MCnWEA9 A8ABCuA5 uA4uA3 uA2 uA1 uA0A 字段 B 字段C 字段151413选择000001LDDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDAR数据通路图如图 2-2 所示DR1(7。