復(fù)雜模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)_任務(wù)書1

1、 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告課程名稱 計(jì)算機(jī)組成原理 課題名稱 復(fù)雜模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì) 專 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí) 計(jì)算機(jī)1001班 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 陳華光、陳多、鄧作杰 2012年 9 月 12 日湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書課程名稱 計(jì)算機(jī)組成原理 課 題 復(fù)雜模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 計(jì)算機(jī)1001班 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)老師 陳華光、陳多、鄧作杰 審 批 陳華光 任務(wù)書下達(dá)日期 2012年 9 月03 日任務(wù)完成日期 2012年 9月 12 日一、設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求1設(shè)計(jì)內(nèi)容模型機(jī)是由五個(gè)部分組成的計(jì)算機(jī)，通過(guò)它可以理解計(jì)算機(jī)整機(jī)的結(jié)構(gòu)及功能，理解CPU、存儲(chǔ)器

2、、中斷控制器、總線的結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)邏輯和各部件之間的接口關(guān)系。本次課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是利用西安唐都公司的TDN-CM+的內(nèi)部可編程資源，設(shè)計(jì)一個(gè)模型計(jì)算機(jī)。本課程設(shè)計(jì)的主要目的是通過(guò)部件級(jí)的模型機(jī)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，使學(xué)生理解計(jì)算機(jī)由5部分組成，掌握計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程，從“指令微指令微操作”概念的理解，從而清晰地建立計(jì)算機(jī)的整機(jī)概念，并培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力。2設(shè)計(jì)要求(1) 借助于TDN-CM+的內(nèi)部可編程資源，運(yùn)算器單元，控制存儲(chǔ)器，微命令寄存器，地址轉(zhuǎn)移邏輯，微地址寄存器，控制時(shí)序信號(hào)單元，寄存器組，總線，輸入輸出單元等，用微程序的方式設(shè)計(jì)一臺(tái)的模型計(jì)算機(jī)。設(shè)計(jì)包括

3、模型計(jì)算機(jī)組成的設(shè)計(jì)，指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并用匯編語(yǔ)言完成設(shè)計(jì)并調(diào)試成功。(2) 復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)要求 (參考P107-115)模型機(jī)設(shè)計(jì)四大類指令共十六條，其中包括算術(shù)邏輯指令、I/O 指令、訪問(wèn)及轉(zhuǎn)移指令和停機(jī)指令。設(shè)計(jì)9條算術(shù)邏輯指令并用單字節(jié)表示，尋址方式采用寄存器直接尋址。設(shè)計(jì)2條訪內(nèi)指令，即存數(shù)（STA）、取數(shù)（LDA），2 條轉(zhuǎn)移指令，即無(wú)條件轉(zhuǎn)移（JMP）、結(jié)果為零或有進(jìn)位轉(zhuǎn)移指令（BZC）。設(shè)計(jì)2 條I/O 指令，輸入（IN）和輸出（OUT）指令采用單字節(jié)指令。設(shè)計(jì)停機(jī)指令1條用單字節(jié)表示。(3) 調(diào)試的程序第二組地址（H） 內(nèi)容（H） 助記符 說(shuō)明$P00 45 IN 01 R

4、1 INPUT device-R1 $P01 00 LDA 00 00 R0 (20)- R0$P02 20 $P03 86 MOV R1 R2 R1-R2$P04 A8 SBC R2 R0 R2-R0-CY-R0$P05 F5 RLC R1 R1 R1右移一位 $P06 0C BZC 00 00 00-PC$P07 00在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)以小組為單位完成相關(guān)的系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)測(cè)試和記錄并進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治?。要?同一小組的每個(gè)同學(xué)必須分析一條不同的機(jī)器指令的微程序的組成,說(shuō)明組成該機(jī)器指令的每一條微指令的微命令(不同的控制信號(hào)的組成)。第1組第3組的要求修改一條微指令。(4)按本任務(wù)書的要求，編寫

5、課程設(shè)計(jì)報(bào)告（Word文檔格式）。并用A4的復(fù)印紙打印并裝訂。 (5)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，請(qǐng)各班學(xué)習(xí)委員收齊課程設(shè)計(jì)報(bào)告在星期五交陳華光老師。3分組及安排分5組，學(xué)號(hào)除以5取余數(shù)，余數(shù)為0的同學(xué)做復(fù)雜模型機(jī)5、余數(shù)為1的同學(xué)做復(fù)雜模型機(jī)1，余數(shù)為2的同學(xué)做復(fù)雜模型機(jī)2，余數(shù)為3的同學(xué)做復(fù)雜模型機(jī)3，余數(shù)為4的做做復(fù)雜模型機(jī)4，每個(gè)組必須獨(dú)立完成指定的題目，每個(gè)同學(xué)按要求獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。4成績(jī)?cè)u(píng)定程序設(shè)計(jì)方案是否合理；程序設(shè)計(jì)是否正確；調(diào)試結(jié)果；設(shè)計(jì)說(shuō)明書的質(zhì)量高低；答辯時(shí)回答問(wèn)題情況；課程設(shè)計(jì)周表現(xiàn)情況；總評(píng)成績(jī)記入“課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)分表”。二、進(jìn)度安排第 1周-2周，具體安排如下：星期時(shí)間班

6、級(jí)內(nèi)容地點(diǎn)第1周任務(wù)安排E-510接線E-510調(diào)試E-510系統(tǒng)調(diào)試實(shí)現(xiàn)E-510接線E-510調(diào)試E-510系統(tǒng)調(diào)試實(shí)現(xiàn)E-510附：課程設(shè)計(jì)報(bào)告裝訂順序：封面、任務(wù)書、目錄、正文、評(píng)分表、附件（A4大小的圖紙及程序清單）。 正文總字?jǐn)?shù)要求在5000字以上（不含源程序代碼）。目 錄一、課題的主要功能- 1 -二、總體設(shè)計(jì)方案- 1 -1 復(fù)雜模型機(jī)的邏輯框圖- 1 -2用框圖語(yǔ)言表示模型機(jī)的指令執(zhí)行流程- 2 -三、數(shù)據(jù)格式和尋址方式的設(shè)計(jì)- 3 -1數(shù)據(jù)格式- 3 -2模型機(jī)的尋址方式- 3 -3指令格式- 4 -四、指令和和微程序的設(shè)計(jì)- 6 -1指令系統(tǒng)- 6 -2修改微指令- 6

7、-五、線路連接圖- 7 -六、微程序流程及說(shuō)明- 8 -七、課程設(shè)計(jì)的收獲及體會(huì)- 11 -八、附件- 12 -1源程序- 12 -2參考資料- 13 -計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系課程設(shè)計(jì)評(píng)分表- 14 -湖南工程學(xué)院組成原理課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、課題的主要功能1.掌握計(jì)算機(jī)的運(yùn)算工作過(guò)程；2.通過(guò)模型機(jī)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)由五部分組成；3.培養(yǎng)我們分析和解決問(wèn)題的能力。二、總體設(shè)計(jì)方案1 復(fù)雜模型機(jī)的邏輯框圖 以控制器為中心，首控制器從指令寄存器取得指令，編譯指令，再輸出微控制信號(hào)，控制ALU的運(yùn)算，PC加一，并且從RAM中取出數(shù)據(jù)運(yùn)算，運(yùn)算后再把結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)總線存到RAM，在指令寄存器讀去下一條

8、指令，依次循環(huán)。 圖1 復(fù)雜模型計(jì)算機(jī)邏輯框圖2用框圖語(yǔ)言表示模型機(jī)的指令執(zhí)行流程圖2 模型計(jì)算機(jī)邏輯框圖 三、數(shù)據(jù)格式和尋址方式的設(shè)計(jì)1數(shù)據(jù)格式模型機(jī)規(guī)定采用定點(diǎn)補(bǔ)碼表示法表示數(shù)據(jù)，且字長(zhǎng)為位，其格式如下： 符號(hào)尾 數(shù)其中第 7 位為符號(hào)位，相對(duì)于十進(jìn)制數(shù)值表示范圍是：2 7X2 71。 2模型機(jī)的尋址方式操作數(shù)的尋址就是尋找形成操作數(shù)在主存中的地址的方法。設(shè)指令格式如下：操作碼（OP） 尋址特征 形式地址形式地址（D）：指令地址字段中給出的地址。 有效地址（EA）：形式地址經(jīng)過(guò)一定計(jì)算而得到的操作數(shù)的實(shí)際地址。 常用尋址方式如下： (1)隱含尋址：指令中不指出操作數(shù)的地址，而是隱含在累加器

9、或堆棧等，由它們給出操作數(shù)。 (2)立即尋址：指令的地址字段指出的不是操作數(shù)的地址，而是操作數(shù)本身。即數(shù)據(jù) data = D。 (3) 直接尋址：操作數(shù)的地址直接在指令中給出，即操作數(shù)的有效地址為EA = D。 (4)間接尋址：指令的形成地址 D 在主存相應(yīng)單元中的內(nèi)容是操作數(shù)的地址，即操作數(shù)的有效地址為EA =（D）。 (5)寄存器尋址：指令中給出的是寄存器號(hào) R，操作數(shù)就是寄存器中的內(nèi)容，即 data=（R）。 (6) 寄存器間接尋址：指令中給出的是寄存器號(hào) R，而操作數(shù)的地址就是寄存器中的內(nèi)容，即 EA =（R）。 (7)相對(duì)尋址：操作數(shù)地址為程序計(jì)數(shù)器 PC 中的內(nèi)容與指令中給出的地址

10、偏移量 D 之 和，位移量 D 通常以補(bǔ)碼形式給出，可正可負(fù)。即 EA=（PC）+D。 (8) 基址尋址：操作數(shù)地址為基址寄存器中的內(nèi)容與指令中給出的地址偏移量 D 之和，即 EA=（R）基址 +D(9)變址尋址：操作數(shù)地址為變址寄存器中的內(nèi)容與指令中給出的地址偏移量 D 之和， 3指令格式由于本模型機(jī)機(jī)器字長(zhǎng)只有8位二進(jìn)制長(zhǎng)度，故使用單字長(zhǎng)指令和雙字長(zhǎng)指令。根據(jù)要求,設(shè)計(jì)該模型機(jī)能執(zhí)行的不同指令，例指令格式及功能如下：(1) 算術(shù)邏輯運(yùn)算指令 9 條算術(shù)邏輯指令的名稱、功能和具體格式見表 7.2-1。 算術(shù)邏輯運(yùn)算指令用單字節(jié)表示，尋址方式采用寄存器直接尋址，其格式如下： OP-CODErs

11、rd其中，OP-CODE 為操作碼，rs 為源寄存器，rd 為目的寄存器，并規(guī)定：Rs 或 rd選定的寄存器000110R0R1R2 (2) 訪問(wèn)指令及轉(zhuǎn)移指令 模型機(jī)設(shè)計(jì) 2 條訪內(nèi)指令，即存數(shù)（STA）、取數(shù)（LDA），2 條轉(zhuǎn)移指令，即無(wú)條件轉(zhuǎn)移（JMP）、結(jié)果為零或有進(jìn)位轉(zhuǎn)移指令（BZC），指令格式為： 7 65 43 21 000MOP-CODERD D其中，OP-CODE 為操作碼，rd 為目的寄存器地址（LDA、STA 指令使用）。D 為位移量 （正負(fù)均可），M 為尋址模式，其定義如下： 尋址模式 M有效地址 E說(shuō) 明 00 01 10 11 E= D E=（D） E=（RI）+

12、D E=（PC）+D 直接尋址 間接尋址 RI 變址尋址 相對(duì)尋址 (3) I/O 指令輸入（IN）和輸出（OUT）指令采用單字節(jié)指令，其格式如下： 其中，addr=01 時(shí)，選中“INPUT DEVICE”中的開關(guān)組作為輸入設(shè)備，addr=10 時(shí)，選中“OUTPUT DEVICE”中的數(shù)碼塊作為輸出設(shè)備。(4) 停機(jī)指令指令格式如下：HALT 指令，用于實(shí)現(xiàn)停機(jī)操作。四、指令和和微程序的設(shè)計(jì)1指令系統(tǒng)本模型機(jī)共有16 條基本指令，其中算術(shù)邏輯指令條，訪問(wèn)內(nèi)存指令和程序控制指令條，輸入輸出指令條，其它指令1 條。表X列出了各條指令的格式、匯編符號(hào)、指令功能按照系統(tǒng)建議的微指令格式，參照微指令

13、流程圖，將每條微指令代碼化，譯成二進(jìn)制代碼表， 表X 即為將圖X微程序流程圖按微指令格式轉(zhuǎn)化而成的“二進(jìn)制微代碼表”。并將二進(jìn)制代碼表轉(zhuǎn)換為聯(lián)機(jī)操作時(shí)的十六進(jìn)制格式文件，見下表X。2423222120191817161514 1312 11 109 8 7654321S3S2S1S0MCnWEA9A8ABCA5A5A5A5A5A52修改微指令 確定要修改的機(jī)器指令，從指令系統(tǒng)能夠中找到該指令的指令格式，修改rs或者rd來(lái)修改機(jī)器指令。從微程序流程圖中找到條需要修改的機(jī)器指令，明白該條機(jī)器指令由幾條微指令組成，取需修改的微指令的序號(hào)，把序號(hào)先換成八進(jìn)制，再換成十六進(jìn)制；從源程序清單中找到換成的十

14、六進(jìn)制序號(hào)，取序號(hào)后面的六位數(shù)。把六位數(shù)中的前兩位數(shù)換成十六進(jìn)制，在74LS181 的邏輯功能表中看第一位數(shù)的十六進(jìn)制（即S3 S2 S1 S0）與微指令操作是否相符，以確認(rèn)方法無(wú)誤。然后把需修改的微指令中的S3 S2 S1 S0修改為想要的微指令的S3 S2 S1 S0。把第2位數(shù)的十六進(jìn)制的前2個(gè)（即M Cn）進(jìn)行修改。算術(shù)運(yùn)算M=0，邏輯運(yùn)算則M=1.有進(jìn)位Cn=0，無(wú)進(jìn)位Cn=1.把修改后的結(jié)果寫入源程序中即可要求,同一小組的每個(gè)同學(xué)必須分析一條不同的機(jī)器指令的微程序的組成,說(shuō)明組成該機(jī)器指令的每一條微指令的微命令(不同的控制信號(hào)的組成)。五、線路連接圖六、微程序流程及說(shuō)明1.程序開始

15、執(zhí)行，在輸入端輸入數(shù)據(jù)3 圖1程序開始執(zhí)行2.程序執(zhí)行，PC加一，程序控制把輸入端數(shù)據(jù)03鎖存到RO中 圖2輸入數(shù)據(jù)3存放在R0存儲(chǔ)器中3. PC加一，程序控制把輸入端數(shù)據(jù)04鎖存到R2中 圖3 輸入數(shù)據(jù)4存放在R2存儲(chǔ)器中4. PC加一，程序控制把鎖存器RO中的內(nèi)容送到DR1寄存器中 圖4把R0中數(shù)據(jù)寄存到DR1寄存器中5.程序控制把鎖存器R2中的內(nèi)容送到DR2寄存器中進(jìn)行計(jì)算 圖5 計(jì)算開始6.計(jì)算單元ALU把計(jì)算結(jié)果存放到鎖存器R2中。 圖6 計(jì)算結(jié)束7. PC加一，程序控制把鎖存器R2中的內(nèi)容移動(dòng)到鎖存器R0中 圖7計(jì)算結(jié)果從R2中移動(dòng)到R0中8. PC加一，程序控制把鎖存器R0中的內(nèi)

16、容輸出 圖8把R0中的數(shù)據(jù)輸出9. PC加一，程序控制使機(jī)器停機(jī) 圖9 程序結(jié)束七、課程設(shè)計(jì)的收獲及體會(huì)課程設(shè)計(jì)可以很好的檢測(cè)本學(xué)期所學(xué)的內(nèi)容，同時(shí)也可以幫助我們鞏固以前所學(xué)習(xí)的知識(shí)，在此次課設(shè)過(guò)程中，我對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理有重新學(xué)習(xí)、溫習(xí)了一遍，課程設(shè)計(jì)也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程”千里之行始于足下”，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)這次課程

17、設(shè)計(jì)，培養(yǎng)和提高獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了計(jì)算機(jī)組成原理等課程所學(xué)的內(nèi)容，因?yàn)檎n程設(shè)計(jì)是要求將以前在課堂上學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的設(shè)計(jì)當(dāng)中去，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們會(huì)碰到各種各樣的問(wèn)題，為了解決這些問(wèn)題，我認(rèn)真的去翻閱自己以前學(xué)過(guò)但是以為已經(jīng)了解熟悉的東西。這在無(wú)形中幫助我們加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的了解及運(yùn)用能力，并且讓我們明白什么地方是我們真正需要去關(guān)注的，而且這樣我們對(duì)課本以及以前學(xué)過(guò)的知識(shí)有了一個(gè)更好的總結(jié)與理解，而課程設(shè)計(jì)需要我們不但通過(guò)翻閱復(fù)習(xí)以前學(xué)過(guò)的知識(shí)而且需要查閱更多的相關(guān)信息，我更進(jìn)一步了解了計(jì)算機(jī)的組成，尤其對(duì)數(shù)據(jù)選擇器、移位器、加法器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器和微程序控制器，有了非常透徹的

18、認(rèn)識(shí)，并且對(duì)線路的連接與模型機(jī)的各個(gè)硬件的結(jié)構(gòu)，以及微程序微指令的一些編制與設(shè)計(jì)有了一定的了解，從一種微觀的角度更加了解計(jì)算機(jī)模型機(jī)，這樣對(duì)于計(jì)算機(jī)的了解更加深入，對(duì)于計(jì)算機(jī)的工作原理也有部分更深入的認(rèn)識(shí)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我明白了在今后社會(huì)的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過(guò)程中，一定要不懈努力，不能遇到問(wèn)題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會(huì)及他人對(duì)你的認(rèn)可。同時(shí)也感謝老師這一周對(duì)我們的指導(dǎo)、幫助和關(guān)心。八、附件1源程序$P0044$P0146$P0292$P0389$P0459$P0560$M00018108$M0101ED82$M0200C050$M0300A004$M0400E0A0$M0500E006$M0600A007$M0700E0A0$M0801ED8A$M0901ED8C$M0A00A03B$M0B018001$M0C00203C$M0D00A00E$M0E01B60F$M0F95EA25$M1001ED83$M1101ED85$M1201ED8D$M1301EDA6$M14001001$M150