2015计算机组成原理课程设计.doc

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： 刘 袁 设计时间：2015年8月31日至9月11日 考核记录及成绩评定 题目 复杂模型机设计实验 完成的主要工作 读懂系统电路图，了解电路的原理和数据通路以及相关部分的关系 掌握各被控部件的控制电位与微指令之间的关系 自行设计异或、同或等指令 改动部分微指令，实现寄存器间接寻址进行异或运算 将寄存器间接寻址用于异或指令 成员分工 共同完成：①研究了解微指令的设计过程②搜集相关资料③根据实验指导电路图连接电路，联机运行累加求和运算④排除硬件和程序故障⑤撰写设计报告。 刘：寄存器间接寻址 袁：异或运算 综合评语（设计方案、实践环节、问题解答、设计报告） 成绩 222013 刘 222013 袁 目录 一、设计任务与要求 1 1.1 课程设计背景与目的 1 1.2 应解决的主要问题及应达到的技术 1 1.3 基本理论依据 1 1.3.1 数据格式 1 1.3.2 指令设计 1 1.3.3 指令格式 2 1.3.4指令系统 4 二、设计方案 5 三、详细设计 10 3.1 异或 10 3.2 寄存器间接寻址实现异或 14 4.1累加 16 4.2异或 17 4.3寄存器间接寻址实现异或运算 19 五、成员分工及工作情况 22 附录1 :电路原理图 23 附录2: 源程序及程序注释 24 1.累加 24 2.异或 27 3.对于IN增加的寄存器间接寻址实现异或运算 29 附录3: 使用元器件一览表 33 附录4 ：参考文献 36 一、设计任务与要求 1.1 课程设计背景与目的 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设计。通过模型机的设计、组装和调试，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及分析问题和解决问题的能力。 根据此前所学习的有关计算机组成及工作原理的相关知识，利用实验室现有元器件及设备，设计并实现一台模型计算机，并利用实现的指令编程在模型机上运行，对设计工作进行验证。 1.2 应解决的主要问题及应达到的技术 ①阅读计算机组成的相关资料，考察现有实验器材，给出模型机设计方案。方案中要以图文结合的方式描述出模型机的整机构成，即该模型机硬件上主要由哪几个部分组成及其互联方式。 ②对模型机各个组成部分具体的硬件构成，功能，操作方式进行详细说明，必要时需给出电路图。 ③说明模型机的数据类型，指令格式，寻址方式，指令系统构成，微指令格式及各条指令的微程序流程。 ④利用实现的指令编写程序，对设计工作进行验证。 ⑤在组装调试成功的基础上，整理出设计说明书和其它文件。 1.3 基本理论依据 下面讲述一下模型计算机的数据格式及指令系统。 1.3.1 数据格式 模型机规定采用定点补码表示法表示数据，字长为８位，8位全用来表示数据（最高位不表示符号） ，数值表示范围是： 0≤X≤28－1。 1.3.2 指令设计 模型机设计三大类指令共十五条，其中包括运算类指令、控制转移类指令，数据传送类指令。运算类指令包含三种运算，算术运算、逻辑运算和移位运算，设计有 6 条运算类指令，分别为：ADD、AND、INC、SUB、OR、RR，所有运算类指令都为单字节，寻址方式采用寄存器直接寻址。控制转移类指令有三条 HLT、JMP、BZC，用以控制程序的分支和转移，其中 HLT 为单字节指令，JMP 和 BZC 为双字节指令。数据传送类指令有 IN、OUT、MOV、LDI、LAD、 STA 共 6 条，用以完成寄存器和寄存器、寄存器和 I/O、寄存器和存储器之间的数据交换，除MOV 指令为单字节指令外，其余均为双字节指令。 1.3.3 指令格式 所有单字节指令（ADD、AND、INC、SUB、OR、RR、HLT 和 MOV）格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 OP-CODE RS RD 其中，OP-CODE 为操作码，RS 为源寄存器，RD 为目的寄存器，并规定： RS或RD 选定的寄存器 00 01 10 11 R0 R1 R2 R3 IN 和 OUT 的指令格式为： 7 6 5 4 (1) 3 2 (1) 1 0 (1) 7-0 (2) OP-CODE RS RD P 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1-1（在地址总线单元）。 图1-1 I/