計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)

1、計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)陳潔陳潔安徽大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院安徽大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院C一、課程設(shè)計(jì)目的一、課程設(shè)計(jì)目的u通過該課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，總結(jié)計(jì)算機(jī)組成原理課程的通過該課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，總結(jié)計(jì)算機(jī)組成原理課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，運(yùn)用計(jì)算機(jī)原理知識(shí)，設(shè)計(jì)一臺(tái)模型機(jī)，學(xué)習(xí)內(nèi)容，運(yùn)用計(jì)算機(jī)原理知識(shí)，設(shè)計(jì)一臺(tái)模型機(jī)，從而鞏固課堂知識(shí)、深化學(xué)習(xí)內(nèi)容、完成教學(xué)大綱要從而鞏固課堂知識(shí)、深化學(xué)習(xí)內(nèi)容、完成教學(xué)大綱要求，學(xué)好這門專業(yè)基礎(chǔ)課。求，學(xué)好這門專業(yè)基礎(chǔ)課。二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求u要求每要求每2個(gè)學(xué)生一組合作完成設(shè)計(jì)任務(wù)，分工體現(xiàn)在個(gè)學(xué)生一組合作完成設(shè)計(jì)任務(wù)，分工體

2、現(xiàn)在課程設(shè)計(jì)報(bào)告中，要充分利用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)出具有一課程設(shè)計(jì)報(bào)告中，要充分利用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)出具有一定特色的模型計(jì)算機(jī)。定特色的模型計(jì)算機(jī)。u課程設(shè)計(jì)的時(shí)間為課程設(shè)計(jì)的時(shí)間為5周。課程設(shè)計(jì)報(bào)告每組一份，由周。課程設(shè)計(jì)報(bào)告每組一份，由班長(zhǎng)收齊后統(tǒng)一交給指導(dǎo)教師。班長(zhǎng)收齊后統(tǒng)一交給指導(dǎo)教師。u分組要求：分組要求：2人一組，中途不允許調(diào)整人一組，中途不允許調(diào)整組號(hào)確定后，在整個(gè)課程設(shè)計(jì)期間，均在對(duì)應(yīng)編號(hào)的組號(hào)確定后，在整個(gè)課程設(shè)計(jì)期間，均在對(duì)應(yīng)編號(hào)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，使用對(duì)應(yīng)編號(hào)的實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，使用對(duì)應(yīng)編號(hào)的實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行設(shè)計(jì)。三、課程設(shè)計(jì)報(bào)告的基本格式三、課程設(shè)計(jì)報(bào)告的基本格式u1、封面封面封面包括封

3、面包括“計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)報(bào)告”、課程設(shè)計(jì)題目、課程設(shè)計(jì)題目、班級(jí)、姓名、學(xué)號(hào)以及完成日期等信息。班級(jí)、姓名、學(xué)號(hào)以及完成日期等信息。u2、正文正文（1）課程設(shè)計(jì)步驟（包括確定所設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的功能和用途、指）課程設(shè)計(jì)步驟（包括確定所設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的功能和用途、指令系統(tǒng)、總體結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通路、設(shè)計(jì)指令執(zhí)行流程、微程序流程令系統(tǒng)、總體結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通路、設(shè)計(jì)指令執(zhí)行流程、微程序流程圖）圖）（2）課程設(shè)計(jì)總結(jié)（包括自己的收獲與體會(huì)；遇到的問題和解）課程設(shè)計(jì)總結(jié)（包括自己的收獲與體會(huì)；遇到的問題和解決的方法等）決的方法等）（3）小組成員各自的任務(wù)和完成情況）小組成員各自的任務(wù)和完成情

4、況u3附錄附錄附錄附錄1：數(shù)據(jù)通路圖：數(shù)據(jù)通路圖附錄附錄2：微程序流程圖：微程序流程圖附錄附錄3：機(jī)器碼及微程序，機(jī)器碼應(yīng)給予注釋說明。：機(jī)器碼及微程序，機(jī)器碼應(yīng)給予注釋說明。四、設(shè)計(jì)步驟四、設(shè)計(jì)步驟u（1）確定設(shè)計(jì)目標(biāo)）確定設(shè)計(jì)目標(biāo)自己分組后，課后討論，報(bào)至班長(zhǎng)處，匯總后發(fā)至指自己分組后，課后討論，報(bào)至班長(zhǎng)處，匯總后發(fā)至指導(dǎo)教師的導(dǎo)教師的Email信箱，各組的內(nèi)容不得重復(fù)。信箱，各組的內(nèi)容不得重復(fù)。u（2）確定指令系統(tǒng)）確定指令系統(tǒng)確定數(shù)據(jù)的表示格式、位數(shù)、指令的編碼、類型、需確定數(shù)據(jù)的表示格式、位數(shù)、指令的編碼、類型、需要設(shè)計(jì)哪些指令及使用的尋址方式。要設(shè)計(jì)哪些指令及使用的尋址方式。u（3

5、）總體結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通路）總體結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通路總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含確定各部件設(shè)置以及它們之間的數(shù)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含確定各部件設(shè)置以及它們之間的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)。據(jù)通路結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)通路不同，執(zhí)行指令所需要的操作就不同，計(jì)算數(shù)據(jù)通路不同，執(zhí)行指令所需要的操作就不同，計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)也就不一樣。機(jī)的結(jié)構(gòu)也就不一樣。設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟u（4）設(shè)計(jì)指令執(zhí)行流程）設(shè)計(jì)指令執(zhí)行流程根據(jù)指令的復(fù)雜程度，確定每條指令所需要的機(jī)器周期數(shù)，對(duì)于根據(jù)指令的復(fù)雜程度，確定每條指令所需要的機(jī)器周期數(shù)，對(duì)于微程序控制的計(jì)算機(jī)，根據(jù)總線結(jié)構(gòu)，需考慮哪些微操作可以安微程序控制的計(jì)算機(jī)，根據(jù)總線結(jié)構(gòu)，需考慮哪些微操作可以安排在同一條微指令中，哪些微操作

6、不能安排在同一條微指令中。排在同一條微指令中，哪些微操作不能安排在同一條微指令中。u（5）確定微程序地址）確定微程序地址根據(jù)后續(xù)微地址的形成方法，確定每個(gè)微程序地址及分支轉(zhuǎn)移地根據(jù)后續(xù)微地址的形成方法，確定每個(gè)微程序地址及分支轉(zhuǎn)移地址。址。u（6）微指令代碼化）微指令代碼化根據(jù)微指令格式，將微程序流程中的所有微指令代碼化，轉(zhuǎn)化成根據(jù)微指令格式，將微程序流程中的所有微指令代碼化，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的二進(jìn)制代碼，寫入到控制存儲(chǔ)器中的相應(yīng)單元中。相應(yīng)的二進(jìn)制代碼，寫入到控制存儲(chǔ)器中的相應(yīng)單元中。u（7）調(diào)試）調(diào)試用單步微指令方式執(zhí)行機(jī)器指令的微程序流程圖。用單步微指令方式執(zhí)行機(jī)器指令的微程序流程圖。五、要求

7、完成的任務(wù)五、要求完成的任務(wù)u（1）設(shè)計(jì)自己的指令集合，明確指令的功能、格式、）設(shè)計(jì)自己的指令集合，明確指令的功能、格式、尋址方式等。尋址方式等。u（2）為指令集設(shè)計(jì)微程序，并寫入到實(shí)驗(yàn)箱。）為指令集設(shè)計(jì)微程序，并寫入到實(shí)驗(yàn)箱。u（3）利用該指令集，編寫程序，實(shí)現(xiàn)某一特定功能，）利用該指令集，編寫程序，實(shí)現(xiàn)某一特定功能，并寫入到實(shí)驗(yàn)箱。并寫入到實(shí)驗(yàn)箱。u（4）運(yùn)行程序，分析運(yùn)行結(jié)果是否實(shí)現(xiàn)了程序功能。）運(yùn)行程序，分析運(yùn)行結(jié)果是否實(shí)現(xiàn)了程序功能。u說明：說明： 設(shè)計(jì)方案必須與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案必須與實(shí)驗(yàn)7.2中的指令集存在差異，中的指令集存在差異，否則不予通過。否則不予通過。u影響到評(píng)分的因素：影響到

8、評(píng)分的因素：方案的功能強(qiáng)弱、最終完成度、與方案的功能強(qiáng)弱、最終完成度、與7.2方案的差異度方案的差異度六、第一次實(shí)驗(yàn)任務(wù)六、第一次實(shí)驗(yàn)任務(wù)u重做實(shí)驗(yàn)重做實(shí)驗(yàn)6.5或或7.2，使用聯(lián)機(jī)方式進(jìn)行寫入，分析，使用聯(lián)機(jī)方式進(jìn)行寫入，分析6.5與與7.2之間的差異。之間的差異。u實(shí)驗(yàn)時(shí)考慮如下幾個(gè)方面：實(shí)驗(yàn)時(shí)考慮如下幾個(gè)方面：1.模型機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)通路的工作方式模型機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)通路的工作方式2.理解數(shù)據(jù)通路中每個(gè)控制信號(hào)的功能及設(shè)置原因理解數(shù)據(jù)通路中每個(gè)控制信號(hào)的功能及設(shè)置原因3.微命令字段中，每個(gè)字段的功能微命令字段中，每個(gè)字段的功能4.后繼微地址，特別是存在分支時(shí)的形成方式后繼微地址，特別

9、是存在分支時(shí)的形成方式5.根據(jù)微程序流程圖，分析每條微指令的工作過程根據(jù)微程序流程圖，分析每條微指令的工作過程u課后閱讀實(shí)驗(yàn)課后閱讀實(shí)驗(yàn)7.2，理解，理解“預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)”部分中關(guān)于數(shù)據(jù)部分中關(guān)于數(shù)據(jù)格式、指令格式、微指令、微程序的設(shè)計(jì)過程。在此格式、指令格式、微指令、微程序的設(shè)計(jì)過程。在此基礎(chǔ)上，思考自己的課程設(shè)計(jì)目標(biāo)。基礎(chǔ)上，思考自己的課程設(shè)計(jì)目標(biāo)。七、基本模型機(jī)中的有關(guān)問題七、基本模型機(jī)中的有關(guān)問題ALUS3S2S1MEMOUTINPCLDPCARLDARLOADALU-GLED-GSW-GDR1T4DR2T4PC-G時(shí)序微控制器IRLDIR地址總線數(shù)據(jù)總線T1T2WEWEWES0LD

10、DR1LDDR2C CE ER0R0-GLDR0u數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路基本模型機(jī)微指令結(jié)構(gòu)圖基本模型機(jī)微指令結(jié)構(gòu)圖 微程序242322212019181716151413121110987654321控制信號(hào)S3S2S1S0MCNRDM17M16ABPuA5uA4uA3uA2uA1uA0u24-19位對(duì)應(yīng)位對(duì)應(yīng)74181的控制端，啟動(dòng)的控制端，啟動(dòng)ALU才有意義才有意義u18位位RD對(duì)應(yīng)讀寫控制，對(duì)應(yīng)讀寫控制，0表示讀，表示讀，1表示寫表示寫u17-16位譯碼后分別表示輸入（位譯碼后分別表示輸入（00）、輸出（）、輸出（10）、）、主存（主存（01）和無效（）和無效（11）u15-13位對(duì)應(yīng)位對(duì)應(yīng)

11、A字段（見后分析）字段（見后分析）u12-10位對(duì)應(yīng)位對(duì)應(yīng)B字段（見后分析）字段（見后分析）u9-7位對(duì)應(yīng)位對(duì)應(yīng)C字段（見后分析）字段（見后分析）u6-1位對(duì)應(yīng)下址字段位對(duì)應(yīng)下址字段字段說明字段說明A A字段字段B B字段字段P P字段字段151514141313控制信控制信號(hào)號(hào)121211111010控制信控制信號(hào)號(hào)9 98 87 7控制信控制信號(hào)號(hào)0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 01 1LDRiLDRi0 00 01 1RS_GRS_G0 00 01 1P1P10 01 10 0LDDR1LDDR10 01 10 0RD_GRD_G0 01 10 0P2P2

12、0 01 11 1LDDR2LDDR20 01 11 1RI_GRI_G0 01 11 1P3P31 10 00 0LDIRLDIR1 10 00 0299_G299_G1 10 00 0P4P41 10 01 1LOADLOAD1 10 01 1ALU_GALU_G1 10 01 1ARAR1 11 10 0LDARLDAR1 11 10 0PC_GPC_G1 11 10 0LDPCLDPC微程序流程圖微程序流程圖微程序流程圖（續(xù)）微程序流程圖（續(xù)）微程序分析微程序分析微地址微地址S3 S2 S1 S0 M CNS3 S2 S1 S0 M CNRDRDM17M17M16M16 A A B B

13、 P P uA5 uA4 uA3 uA2 uA1uA0uA5 uA4 uA3 uA2 uA1uA0 0 00 00 00 00 00 00 00 00 01 11 10 00 00 00 00 00 01 10 00 00 01 10 00 00 00 00 10 10 00 00 00 00 00 00 01 11 11 11 10 01 11 10 01 11 10 00 00 00 00 01 10 00 20 20 00 00 00 00 00 00 00 01 11 10 00 00 00 00 00 00 01 10 00 01 10 00 00 00 30 30 00 00 00

14、 00 00 00 00 01 11 11 10 00 00 00 00 00 00 00 00 00 01 10 00 00 40 40 00 00 00 00 00 00 00 01 10 01 11 10 00 00 00 00 00 00 00 00 01 10 01 10 50 50 00 00 00 00 00 00 01 11 10 01 10 00 00 01 10 00 00 00 00 00 01 11 10 00 60 61 10 00 01 10 01 10 01 11 10 00 01 11 10 01 10 00 00 00 00 00 00 00 01 10 70

15、 70 00 00 00 00 00 00 00 01 11 11 10 00 00 00 00 00 00 00 00 01 11 10 01 11 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 01 10 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 01 11 11 10 00 00 00 00 00 00 01 11 11 11 10 01 11 10 01 11 10 00 00 00 00 01 11 11 21 20 00 00 00 00 00 00 01 11 11 11 10 01 11 10 01 11 10 00 00 00 01

16、 11 11 11 31 30 00 00 00 00 00 00 01 11 11 11 10 01 11 10 01 11 10 00 00 01 11 11 10 01 41 40 00 00 00 00 00 00 01 11 11 11 10 01 11 10 01 11 10 00 01 10 01 11 10 0微程序分析（續(xù)）微程序分析（續(xù)）1 51 50 00 00 00 00 00 01 10 01 10 00 00 00 00 01 10 00 00 00 00 00 00 00 01 11 61 60 00 00 00 00 00 00 00 01 11 11 10 0

17、0 00 00 00 00 00 00 00 01 11 11 11 11 71 70 00 00 00 00 00 00 00 01 10 01 10 00 00 00 00 00 00 00 01 10 01 10 01 12 02 00 00 00 00 00 00 00 01 11 11 11 10 01 11 10 01 11 10 00 01 10 00 01 10 02 12 10 00 00 00 00 00 00 01 11 11 11 10 01 11 10 01 11 10 00 01 10 01 10 00 02 22 20 00 00 00 00 00 00 00 0

18、1 10 01 10 00 00 00 00 00 00 00 01 10 01 11 11 12 32 30 00 00 00 00 00 00 01 11 10 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 01 12 42 40 00 00 00 00 00 00 00 00 00 01 10 00 00 00 00 00 00 00 01 11 10 00 00 02 52 50 00 00 00 00 01 11 11 10 00 00 00 01 10 01 10 00 00 00 00 00 00 00 01 12 62 60 00 00 00 0

19、0 00 00 00 01 11 10 01 10 00 00 01 11 10 00 00 00 00 00 01 12 72 70 00 00 00 00 01 11 11 10 00 00 00 01 10 01 10 00 00 00 01 10 00 00 00 03 03 00 00 00 00 00 01 11 10 01 10 00 00 01 10 01 10 00 00 00 01 10 00 00 01 1八、復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)過程八、復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)過程u數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)格式u指令格式指令格式u指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)u微程序分析微程序分析$M00 018108u0000 0001

20、1000 0001 0000 1000分析分析0000 00 無效無效0讀讀11無效無效000000100根據(jù)根據(jù)P(4)字段轉(zhuǎn)移，由控制臺(tái)進(jìn)入相應(yīng)分字段轉(zhuǎn)移，由控制臺(tái)進(jìn)入相應(yīng)分001000 下址字段下址字段10即由控制臺(tái)進(jìn)入相應(yīng)分支。即由控制臺(tái)進(jìn)入相應(yīng)分支。$M01 01ED82u0000 0001 1110 1101 1000 0010分析分析0000 00 無效無效0讀讀11無效無效110 LDAR 打開打開AR寄存器寄存器110 PC-G PC-G三態(tài)門控信號(hào)三態(tài)門控信號(hào)110 LDPC PC+1000010 下址字段下址字段02 即送地址到即送地址到AR準(zhǔn)備至主存取指令準(zhǔn)備至主存取指

21、令$M02 00C050u0000 0000 1100 0000 0101 0000分析分析0000 00 無效無效0讀讀01主存主存100 LDIR 打開打開IR寄存器寄存器000 001 根據(jù)根據(jù)P(1)字段，即字段，即IR中的高四位，對(duì)操作碼進(jìn)行中的高四位，對(duì)操作碼進(jìn)行測(cè)試，轉(zhuǎn)入相應(yīng)入口測(cè)試，轉(zhuǎn)入相應(yīng)入口010000 下址字段下址字段20 即取指令至即取指令至IR寄存器，并對(duì)高四位進(jìn)行譯碼，選擇寄存器，并對(duì)高四位進(jìn)行譯碼，選擇分支，執(zhí)行微程序（假設(shè)此時(shí)指令是分支，執(zhí)行微程序（假設(shè)此時(shí)指令是IN 01,R0，則，則譯碼進(jìn)入譯碼進(jìn)入24分支）。分支）。$M14 001001(八進(jìn)制下地址為八

22、進(jìn)制下地址為24)u0000 0000 0001 0000 0000 0001分析分析0000 00 無效無效0讀讀00輸入輸入001 LDRi 輸入數(shù)據(jù)至輸入數(shù)據(jù)至R0 (指令中是指令中是R0)000 000 000001 下址字段下址字段01 即通過輸入設(shè)備輸入數(shù)據(jù)至即通過輸入設(shè)備輸入數(shù)據(jù)至R0寄存器寄存器u假設(shè)此時(shí)假設(shè)此時(shí) IN 01,R0 IN 01,R2u即分別從輸入設(shè)備輸入數(shù)據(jù)至即分別從輸入設(shè)備輸入數(shù)據(jù)至R0,R2后要執(zhí)行后要執(zhí)行ADC R2,R0（R0、R2寄存器內(nèi)容和進(jìn)位寄存器內(nèi)容和進(jìn)位CY相加送相加送R0）該）該如何處理？如何處理？$M19 01A22A (八進(jìn)制下地址為八進(jìn)

23、制下地址為31)u0000 0001 1010 0010 0010 1010分析分析0000 00 無效無效0讀讀11無效無效010 LDDR1 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器DR1門控信號(hào)門控信號(hào)001 RS-G源寄存器選通信號(hào)源寄存器選通信號(hào)000101010 下址字段下址字段52 即將源寄存器數(shù)據(jù)送入即將源寄存器數(shù)據(jù)送入DR1$M2A 01B42B (八進(jìn)制下地址為八進(jìn)制下地址為52)u0000 0001 1011 0100 0010 1011分析分析0000 00 無效無效0讀讀11無效無效011 LDDR2 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器DR2門控信號(hào)門控信號(hào)010 RD-G目標(biāo)寄存器選通信號(hào)目標(biāo)寄存器選通信號(hào)000101011 下址字段下址字段53 即將目標(biāo)寄存器數(shù)據(jù)送入即將目標(biāo)寄存器數(shù)據(jù)送入DR2$M2B 959B41