北京工业大学 计算机组成原理课设 报告1

计算机组成原理课程设计实验报告
班级：110703
学号：110703xx
姓名：xx
同组人：xxx
日期：2013年6月28日
目录
1.主机系统总体结构框图---------------------------------------------------------------3
2.数据通路机构设计-----------------------------------------------------------------------4
3.各部件详细设计图-----------------------------------------------------------------------5
4.指令系统中的各种机器指令-----------------------------------------------------18
5.指令的格式和寻址方式-------------------------------------------------------------21
6.微程序控制部件的设计方法及调试过程---------------------------------21
6.1.时序系统设计方法-----------------------------------------------------------21
6.2.微指令详细设计-----------------------------------------------------------22
6.3.取指公共操作及指令流程-----------------------------------------------24
6.4.取指微程序及各指令微程序-------------------------------------------24
6.5.控制部件逻辑连线图及封装图---------------------------------------25
6.6.微程序控制部件的调试过程-------------------------------------------26
7.调试程序及注释------------------------------------------------------------------------27
8.调试程序与时序仿真的波形----------------------------------------------------27
9.设计过程中的收获和体会--------------------------------------------------------30
10.计算机主机指令汇总--------------------------------30
主机系统总体结构框图
数据通路结构设计图
各部件详细设计图
时序发生器的设计
例：对于用微程序设计来实现控制部件的模型机而设计出的时序发生器如下：时序发生器（timer）提供一个微周期中的八个电平及脉冲型控制信号，可供整机设计时使用。

程序计数器（PC）
提供8位二进制地址，自加1并且接受转移地址功能
存储器功能部件的设计（DATA）
运算器功能部件的设计（ALU）（16位）
完成逻辑运算和算数运算 CN控制高低位，M控制逻辑运算和算数运算，CPSA 和CPSB 是两个16位二进制寄存器 S0-S3控制如何进行运算。

通用16位寄存器组
通用寄存器组为提供暂存数据总线上的数据而设计，为寄存器间的数据传送提供临时数据存储的空间
总线暂存器 SC
总线暂存器是为了提供暂存总线上的数据而设计的寄存器，可为寄存器之间的数据传输提供临时的数据存储空间。

微指令控制部件（CU）
由IR CM uIR uPC组成uPC是一个4位的微程序计数器；IR是指令寄存器，存放16位的指令；CM控制存储器，完成由8位地址码到40位微指令码的转化；uIR是40位的微指令寄存器。

（1）微程序计数器（uPC）
功能：封装图如下所示，0-uPC是清零端，BUS-uPC为1是计数器加1功能，uPC[0..3]输出为CM地址的低四位。

（2）指令暂存器IR
D[15..0]为总线数据，IR-BUS脉冲下将数据传送到指令暂存器IR。

IR-CLR是执行完一条指令后将指令寄存器清零。

O[15..0]为输出端口
（3）微指令暂存器uIR
（4）控制存储器（CM）
指令系统中的各种机器指令
指令格式与寻址方式
指令格式：
定长的，长度为1~3字。

寻址方式：
1寄存器寻址：MOV AX,3456H
2.立即寻址：MOV AX,3456H
3.直接寻址：SUB AX,[0088H]
微程序控制部件的设计方法及调试过程
时序系统的设计方法：
对于采用微程序控制方式设计的机器，机器的运行是以一条条微指令的执行为基础的。

因此，机器的时序系统的设计可以相对简单些。

机器的时序可以设计为统一的微指令周期即微周期。

在每一个微指令周期中，机器执行一条微指令。

一个微周期中可以设置若干个节拍、脉冲，以控制机器执行一条微指令所发出的各个微指令。

我们的时序周期中由时序发生器产生m7~m1及m8个时序信号，m3~m4为取指时间段，其余时间为执行时间段。

微指令及控制信号详细设计：
取指公共操作及指令流程
取指微程序及各指令微程序
控制部件逻辑连线图及封装图
微程序控制部件的调试过程
微程序控制部件要产生许多个信号，这些信号保障了整个系统的正确运行，所以要保证这些信号没有发错而且准时发出，所以我们的调试方法是，用一些输出端口连接到各个信号发出端，用波形测试来检验控制信号是否在正确的时间正确的发出。

同时我们还要监测从控存中读出的微指令代码，这样才能知道程序运行到哪一步了，以便能够正确的监测信号。

调试程序及注释
调试程序与时序仿真的波形
MOV AX,3456H
zz00：pc当前值为00H，pc->mar传给主存地址。

1000：主存00H地址内容取出来给IR。

zz01：pc当前值为00H，pc->mar传给主存地址。

3456：主存01H地址内容取出来给AX。

SUB AX,[0088H]
zz02：pc当前值为02H，pc->mar传给主存地址。

4000：主存02H地址内容取出来给IR。

3456：AX内容传到SA。

zz03：pc当前值为03H，pc->mar传给主存地址。

0088：主存03H地址内容取出来给PC。

zz88：pc当前值为88H，pc->mar传给主存地址。

0123：主存02H地址内容取出来给SB。

3333：相减得3333传回AX。

NOT AX
zz89：pc当前值为89H，pc->mar传给主存地址。

4000：主存89H地址内容取出来给IR。

3333：AX内容给到SA。

CCCC：SA进行非操作后运算结果输出到总线暂存器SC中。

CCCC：SC传到AX。

JMP (008BH~00A8H)
zz8A：pc当前值为8AH，pc->mar传给主存地址。

6000：主存8AH地址内容取出来给IR。

zz8B：pc当前值为8BH，pc->mar传给主存地址。

00A8: 主存8BH地址内容取出来给PC。

DEC AX
zzA8：pc当前值为A8H，pc->mar传给主存地址。

CCCC:AX给到SA。

zzA9：pc当前值为A9H，pc->mar传给主存地址。

0001：主存A9H地址内容取出来给SB。

CCCB：SA-SB运算结果存回AX。

HALT
zzAA：pc当前值为AAH，pc->mar传给主存地址。

9000：主存00H地址内容取出来给IR。

zzzz（无限）：时序发生器timer停止工作，整机控制信号无法继续正常生成，工作停止。

收获与体会
经过这次计算机组成原理课设，我加深了对于计算机组成，工作原理以及整机概念的理解，使我明白了CPU最基本的工作原理。

这次课设是比较困难的，虽然计算机原理是我们刚刚学完的课程，对应的我们在这学期也进行了计算机原理的实验，积累了一些经验，但对于控制部件的设计我们还是遇到了很大问题，经过向同学和老师请教，通过对实验指导书的学习，再加上参考老师设计的几个部件，我对各个指令的指令流程及微操作有了更加深入的了解。

课设过程中，我们遇到了很多问题，从合理的设计指令到编译解决ERROR，经过了几个日日夜夜的努力，才慢慢的将问题解决，但是做的还是不完美，有一些不知缘由的小问题，但对最终结果没有什么影响。

课本的知识是死的，卷面的考试，只是对概念，思路的一些初步了解，有时我们可能存在着一些严重的理解偏差没有被发现，只有当自己亲身实践了，亲自动手做了，才发现自己掌握的知识还是有很大问题的。

只有经过实践才将自己已有的知识得到检验与升华。

这次课设提高了我分析问题、解决问题的能力。

通过对各个功能部件的调试过程，使我比较熟练地掌握了QuartusII软件。

最后感谢同组同学的配合和指导老师的指导和帮助。

计算机主机指令汇总
①.MOVE AX,3210H 公共
②.ADD AX,[88H] 同组人设计
③.SUB AX,[88H] 自行设计
④.NOT AX 公共
⑤.JMP (8BH~A8H) 公共
⑥.INC AX 同组人设计
⑦.DEC AX 自行设计
⑧.HALT 公共。