基本模型机的设计与实现课程设计报告
基本模型机的设计与实现实验报告
基本模型机的设计与实现实验报告本文将围绕“基本模型机的设计与实现实验报告”进行分析和阐述。
基本模型机的设计与实现是计算机系统课程中的重点内容，是学生理解计算机系统的核心；设计和实现基本模型机需要学生掌握计算机组成原理的基本知识，能够编写汇编语言程序和理解存储器层次结构等相关概念。
一、实验目的本次计算机系统实验的目的是掌握CPU的设计与实现，以及理解汇编语言的底层执行过程。
通过本次实验，学生可以深入了解计算机系统的基本组成部分，从而提高对计算机实现原理的认识和理解。
二、实验中设计与实现模型机的步骤1、确定模型机性能要求根据实验要求，我们需要设计出一个能够运行汇编语言程序的模型机。
此时，我们需要确定模型机的性能需求，如运行速度、存储容量和输入输出设备等方面。
2、设计和实现CPU在模型机中，CPU是核心部件，所以首先需要设计和实现CPU。
CPU需要包括寄存器、算术逻辑单元、控制器和取指令等组成部分。
由于我们使用的是逻辑电路实现，所以需要进行逻辑门设计，采用Verilog语言来实现。
3、设计和实现存储器存储器是CPU所需的重要组成部分之一，我们需要为CPU设计实现一套存储器，包括RAM和ROM两部分，其中RAM用于存储数据，ROM用于存储指令。
4、设计和实现输入输出设备在模型机中，输入输出设备也是必不可少的部分。
我们需要设计并实现一套输入输出设备，用于用户输入指令和数据，以及模型机输出结果。
5、编写汇编程序在完成模型机的设计和实现后，我们需要编写汇编程序来测试模型机的功能是否正常。
我们可以编写一些简单的汇编程序来测试模型机的运行速度和结果准确性。
三、实验结果与分析经过实验，我们成功地设计并实现了一套基本模型机，并编写了一些简单的汇编程序进行测试。
模型机具有较高的运行速度和存储容量，并且可以实现输入输出设备的基本功能。
同时，我们也发现了一些问题，如指令与数据存储的冲突等，需要进一步改进。
在完成实验过程中，我们深刻理解了计算机系统的结构和运作原理，提高了对计算机系统的认识和理解能力。
计算机组成原理课程设计(基本模型机的设计与实现(第1组))
沈阳工程学院课程设计设计题目：基本模型机的设计与实现（第1组）系别信息工程系班级计本061学生姓名刘根虎、都子卿、吴长鑫学号9、11、23 指导教师王健、李贞职称讲师、教授起止日期：2008年12月8日起——至2008年12月14日止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目：基本模型机的设计与实现（第1组）系别信息工程系班级计本061学生姓名刘根虎、都子卿、吴长鑫学号9、11、23 指导教师王健、李贞职称讲师、教授课程设计进行地点：计算机组成原理实验室任务下达时间：2008年12月5日起止日期：2008年12月8日起——至2008年12月14日止教研室主任李贞2008年12月3日批准一、课程设计的原始资料及依据查阅有关计算机组成原理的教材、实验指导书等资料，进一步熟悉微程序控制器原理，微指令的设计方法。
在掌握运算器、存储器、微程序控制器等部件的单元电路实验的基础上，进一步将各部件组成系统，构造一台基本模型计算机。
为给定的机器指令编写相应的微程序，上机调试，掌握整机概念。
二、课程设计主要内容及要求1．认真阅读资料，掌握给定的机器指令的操作功能。
2．分析并理解数据通路图。
3．根据数据通路图画出给定的机器指令的微程序流程图。
4．根据微指令格式编写每条机器指令对应的微程序，形成“二进制微指令代码表”。
5．全部微程序设计完毕后，将微程序中各个微指令正确地写入E2PROM芯片2816中。
6．进行机器指令程序的装入和检查。
7．运行程序，检查结果是否和理论值一致。
8．IN、ADD、JMP指令为必做指令，另外新定义1条机器指令重复上述过程。
各组要求新定义的机器指令如下：9．STA和OUT指令为选做指令，供有能力的学生完成。
10．记录出现故障的现象，并对故障进行分析，说明排除故障的思路及故障性质。
11．独立思考，认真设计。
遵守课程设计时间安排。
12．认真书写课程设计说明书，避免相互抄袭。
三、对课程设计说明书撰写内容、格式、字数的要求1．课程设计说明书是体现和总结课程设计成果的载体，主要内容包括：设计题目、设计目的、设备器材、设计原理及内容、设计步骤、遇到的问题及解决方法、设计总结、设计小组评语、参考文献等。
基础模型机的设计与实现分析.doc
基础模型机的设计与实现分析。
南京晓庄工学院信息工程学院计算机组成原理课程实验报告实验名称:基础模型机械级专业课的设计与实施:ClassNo .计算机专业14班1班:14131521名称:尹玉香的学术头衔:姓名:学生编号:姓名:时间:12月10日，XXXX一、实验的目的和要求:1.该系统在掌握元器件电路实验的基础上，进一步组成基本模型实验计算机。
2.设计五条机器指令，编写相应的微程序，对机器进行具体调试，掌握整机软硬件组成的概念。
二、实验设备、装置和环境:DWCC——计算机组成原理系统基本模型机的设计与实现：ClassNo .计算机专业14班1班:14131521名称:尹玉香的学术头衔:姓名:学生编号:姓名:时间:12月10日，XXXX一、实验的目的和要求:1.该系统在掌握元器件电路实验的基础上，进一步组成基本模型实验计算机。
2.设计五条机器指令，编写相应的微程序，对机器进行具体调试，掌握整机软硬件组成的概念。
二、实验设备、装置和环境:设备名称、规格、型号备注、计算机组成原理系统DWCC:在组件实验过程中，每个组件单元的控制信号都是通过人工模拟产生的，本实验将在微程序的控制下自动产生每个组件单元的控制信号，实现特定指令的功能。
这里，实验计算机的数据通路的控制将由微程序控制器完成。
中央处理器从存储器中取出一条机器指令，并通过一系列微指令从指令执行结束开始完成一个指令周期，即一条机器指令对应一个微程序。
(1)在前面的实验中已经详细描述了微控制器部分(2)主存储器的读、写和运行。
为了将程序或数据加载到主存储器的随机存取存储器中，并检查写入是否正确以及能否在主存储器中运行程序，必须设计三个控制操作微程序。
内存读取操作:在主清除开关切换后，当控制开关SWC和SW A设置为“0 0”时，内存写入操作:在主清除开关被切换后，当控制开关SWC和SW A被设置为“0 1”时，通过根据需要连接导线，然后按下“启动操作”开关，可以手动连续写入主存储器RAM。
基本模型机的设计与实现
计算机组成原理课程设计报告题目：简单模型机设计院（系）：计算机科学与工程学院专业：计算机科学与技术班级：100602学生：王朝纲学号：*********指导教师：***2012年6月一、实验目的1、在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统地构造一台基本模型计算机。
2、为其定义5条机器指令，并编写相应的微程序，上机调试掌握机概念。
二、实验设备Ｄais-CMH+/CMH计算器组成原理教学实验系统一台，实验用扁平线、导线若干。
三、实验内容1.实验原理部件实验过程中，各部件单元的控制信号是以人为模拟产生为主，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元的控制信号，实现特定的指令的功能。
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.在这次课程设计中，主要用到IN(输入)、ADD(加法)、STA(存数)、OUT(输出)、JMP(无条件转移)五条机器指令，其指令格式如下（前四位为操作码）：其中IN为单字节（8位），期于为双字节指令，XXXXXXXX 为addr对应的二进制地址码。
系统涉及到的微程序流程图如图1-1所示，数据通路框图见图1-2，当拟定“取消”微指令时，该微指令的差别测试字段为P(1)测试。
由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P（1）的测试结果出现多路分支。
本机用指令寄存器的前4位（IR7~IR4）作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定微地单元。
图1-1微程序流程图图1-2数据通路框图其中：①ALU：这是4位带进位的加法器。
带有两个锁存器IR1、IR2。
由S0、S1、S2、S3、CN、N控制信号设置其运行状态。
S0、S1、S2、S3控制ALU的运算方式；同时当二进制开关N=1是进行逻辑运算，当N=0是进行算术运算。
CN 是ALU的进位控制开关，当CN=0是无进位；CN=1是带进位。
基本模型机的设计与实现31377
本科生课程实习基本模型机的设计与实现课程计算机组成与结构名称学生XXX姓名学生20151162XXXX学号所在计算机科学与技术专业所在计科11XX班级指导教师彭小红职称系主任成绩目录1.......................................................... 设计任务与要求2 1.1............................................................. 设计目的2 1.2............................................................. 设计内容21.3............................................................. 设计要求22................................................................. 设计思想2 2.1........................................................ 主要使用芯片22.2............................................................. 基本原理23................................................................. 设计方案3 3.1........................................................... 程序流程图3 3.2............................................................... 接线图43.3............................................................. 模块功能54.......................................................... 测试结果及分析5 4.1............................................................. 测试过程54.2............................................................. 测试结果55................................................................... 源程序56..................................................................... 总结7基本模型机的设计与实现（专业：计算机科学与技术，学号：20151162XXXX，姓名：XXX）指导教师：彭小红）1设计任务与要求1.1设计目的综合运用所学过的计算机原理知识，在理解计算机各功能部件工作原理上，进一步加深计算机系统各模块间相互关系的认识和整机的概念，将微程序控制器模块、运算器模块同存储器模块联机，组成一台基本模型计算机。
计算机组成原理课程设计报告(基本模型机设计与实现)
本科生课程实习学生姓名学生学号所在专业所在班级指导教师职称时间成绩目录一、课程设计题目 (2)二、课程设计使用的实验设备 (2)三、课程设计内容与步骤 (2)1、所设计模型机的功能与用途 (3)2、数据通路图 (4)3、微代码定义 (4)4、微程序流程图 (5)5、微指令二进制代码 (6)6、本课程设计机器指令 (7)7、模型机的调试与实现 (7)(1)接线图 (7)(2)写程序 (8)(3)运行程序 (8)四、总结 (9)参考文献 (9).一、课程设计题目基本模型机设计与实现二、课程设计使用的实验设备TDN-CM计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干三、课程设计内容与步骤不见实验过程中，各部件单元的控制信号是认为模拟产生的，而本次课程实习将能在为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。
本课程设计采用六条机器指令：IN（输入）、AND（与运算）、DEC（自增1）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件跳转），其指令格式如下：其中IN、DEC为单字长，其余为双字长指令，********为addr对应的二进制地址码。
1、所设计模型机的功能与用途本次课程设计设计的模型机包括六条指令，输入、与运算、自增、存数、输出、无条件跳转。
利用此模型机可完成两个数的与运算，一个数从键盘输入，另个数从内存中读取，再将运算结果自增1，把最后结果保存到内存中，并且将运算结果输出2、数据通路图3、微代码定义C字段A字段B字段4、微程序流程图控制程序流程图当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P(1)测试；控制台操作为P(4)测试，它以控制台开关SWB、SWA作为测试条件，共三路分支。
5、微程序设计完毕后，将每条微指令代码化，将流程图转化为二进制代码表6、本课程设计机器指令7、模型机的调试与实现(1)接线图(2)写程序A、现将机器指令对应的微代码正确写入2816中。
模型机设计与实现报告
模型机设计与实现报告一、引言随着计算机技术的快速发展，模型机已经成为了一个重要的研究领域。
模型机的设计和实现不仅可以帮助人们更好地理解计算机基本原理，而且还可以培养学生的动手能力和创新思维。
本文将介绍我们小组设计和实现的一台模型机，包括设计思路、硬件和软件实现，以及功能和应用。
二、设计思路我们的模型机以现代计算机的基本原理为基础，采用冯·诺依曼结构。
核心思想是将计算机分为五大部分：中央处理器（CPU）、内存（Memory）、输入设备（Input）、输出设备（Output）和控制器（Control Unit）。
CPU 是整个计算机的核心，负责处理数据和指令。
Memory存储程序和数据。
Input和Output分别处理用户的输入和输出。
Control Unit负责控制整个计算机的工作流程。
三、硬件实现我们的模型机采用了简化的硬件组件，包括：- 中央处理器（CPU）：采用单核心的微处理器，包括算术逻辑单元（ALU）和控制单元（CU）。
- 内存（Memory）：采用随机存取存储器（RAM），用于存储指令和数据。
- 输入设备（Input）：采用键盘作为输入设备，用户可以输入数据和指令。
- 输出设备（Output）：采用显示器作为输出设备，用户可以查看计算结果。
- 控制器（Control Unit）：采用简单的控制电路，用于控制各个硬件组件的工作流程。
四、软件实现我们使用汇编语言编写了一套简单的指令集，包括数据传输指令、算术运算指令和控制指令等。
同时，我们还编写了一套操作系统，用于管理内存、处理输入输出和控制程序的执行流程。
五、功能和应用我们的模型机具备基本的计算功能，可以进行加减乘除等算术运算，并可以支持条件判断和循环等控制结构。
同时，我们还支持了一些额外的功能，比如可以调用指定的函数和库，可以进行简单的图形化界面设计等。
我们的模型机可以用于教学、研究和娱乐等领域。
对于学生而言，可以帮助他们更深入地理解计算机原理，提高动手能力。
微机组成原理课程设计基本模型机的设计
本次设计任务：基本模型机设计
设计任务
设计一个基本模型机，实现基本的运 算功能和输入/输出功能。
设计要求
模型机应具有简洁明了的结构，易于 理解和实现；应能够实现基本的算术 运算和逻辑运算；应具有基本的输入/ 输出功能，能够与外界进行交互。
02
基本模型机概述
02
基本模型机概述
基本模型机定义及功能
万用表测量
通过万用表测量电压、电流和 电阻等参数，验证硬件电路性 能。
逻辑分析仪
捕获并分析数字电路中的信号 ，定位硬件故障。
硬件仿真器
模拟硬件运行环境，进行硬件 功能验证和性能分析。
软件调试策略及常见问题解决方案
调试器使用
利用调试器进行单步执行、断点设置等操作， 跟踪程序执行过程。
日志输出
在程序中添加日志输出语句，记录程序运行 状态和关键数据，便于问题定位。
意义
课程设计是理论与实践相结合的重要环节，能够帮助学生深 入理解微机组成原理的理论知识，提高学生的动手能力和解 决问题的能力，为后续的计算机专业课程学习和工作打下坚 实的基础。
课程设计目标与意义
目标
通过课程设计，使学生掌握微机组成原理的基本知识，具备 分析和设计计算机系统的能力，培养学生的实践能力和创新 意识。
兼容性测试
测试模型机在不同操作系统、编译器等环境 下的兼容性。
性能测试方法和评价标准
基准测试
采用公认的基准测试程序，评估模型机的性 能水平。
稳定性测试
长时间运行模型机，观察其性能波动情况， 评估稳定性。
压力测试
模拟高负载运行环境，测试模型机在极端情 况下的性能表现。
兼容性测试
测试模型机在不同操作系统、编译器等环境 下的兼容性。
基本模型机实验报告
基本模型机实验报告一、实验目的本实验旨在通过构建一个基本模型机，深入了解计算机的工作原理，包括数据的二进制表示、指令执行、内存管理以及简单的输入输出。
二、实验设备1. 微处理器（如 Intel 8080）2. 存储器芯片（如 Intel 2114）3. 输入设备（如开关或键盘）4. 输出设备（如LED灯或显示器）5. 电源三、实验步骤步骤一：构建模型机根据实验设备，将微处理器、存储器、输入设备和输出设备连接起来，形成一个简单的模型机。
确保所有连接正确无误，电源供应稳定。
步骤二：数据表示与存储在模型机中，使用二进制数表示数据。
将数据存储在存储器中，并观察数据在存储器中的表示形式。
例如，使用开关模拟二进制数的0和1，将开关按下表示0，不按下表示1。
步骤三：指令执行编写简单的汇编指令，如加法指令，并在模型机上执行。
观察指令的执行过程，包括取指令、解码指令、执行指令和写回结果等步骤。
步骤四：内存管理模拟内存的读写操作，了解内存地址的概念以及如何通过地址访问存储在内存中的数据。
观察内存地址的增加和减少对数据读写的影响。
步骤五：输入输出操作通过输入设备输入数据，观察模型机如何将输入的数据存储在内存中。
然后通过输出设备输出数据，了解输出数据的表示形式。
四、实验结果与分析通过本次实验，我们了解了计算机的基本工作原理，包括数据的二进制表示、指令执行、内存管理和输入输出操作。
在实验过程中，我们观察到微处理器负责执行指令，存储器用于存储数据和指令，输入设备用于输入数据，输出设备用于输出数据。
此外，我们还了解了内存地址的概念以及如何通过地址访问存储在内存中的数据。
五、结论与建议本次实验使我们深入了解了计算机的基本工作原理，并掌握了构建简单模型机的方法。
为了进一步提高实验效果，建议在未来的实验中增加更多的设备和功能，例如中断处理、多任务处理等，以便更全面地了解计算机的工作原理。
同时，建议在实验过程中注重细节和观察，以便更好地理解实验结果和原理。
计算机组成原理课程设计报告基本模型机的设计与实现
计算机组成原理课程设计报告基本模型机的设计与实现
本次课程设计的任务是完成一个基本模型机的设计与实现。
设计经过综合运用了以前所学计算机原理的知识,依照设计要求和指导,实现了一个基本的模型计算机。
本模型机实现的功能有：IN（输入）,OUT （输出），ADD（加法），SUB（减法），STA（存数），JMP（跳转）。
设计进行开始,在了解微程序的基本格式,及各个字段值的作用后,按微指令格式参照指令流程图，设计出程序以及微程序，将每条微指令代码化，译成二进制代码表，并将二进制代码转换为联机操作时的十六进制格式文件。
根据机器指令系统要求，设计微程序流程图及确定微地址。
设计的加法和减法中,被加数和被减数都由调试人员输入,而加数和减数都从存储器中读取.最后上机调试，各个功能运行结果正确。
关键词:基本模型机；机器指令；微指令
目录
1、课程设计题目-
2、实验设备-
3、课程设计步骤-
3.1、所设计计算机的功能和用途-
3.2、指令系统-
3.3、总体结构与数据通路-
3.4、设计指令执行流程-
3.5、微指令代码化-
3.6、组装和调试-
4、课程设计总结-
5、附录-8附录1：数据通路图-8附录2：微程序流程图-9附录3：实验接线图-10附录4：实验程序及微程序-11附录5：。
计算机组成原理课程设计--基本模型机设计与实现
计算机组成原理课程设计一基本模型机设计与实现计算机组成原理课程设课程设计名称：计算机组成原理设计项目名称：基本模型机设计与实现专业：计算机科学与技术班级：计科们5 ________2014年6月13日一、课程设计的教学目的本课程设计的教学目是在掌握计算机系统的组成及内部工作机制，理解计算机各功能部件工作原理的基础上，进一步加深计算机系统各模块间相互关系的认识和整机的概念,在设计实践中提高应用所学专业知识分析问题和解决问题的能力。
学会微程序的设计方法，进一步掌握微程序控制器的工作原理，并体会设计方案的优劣对性能发挥的重要性,培养科学研究的独立工作和创新能力，取得设计与调试的实践经验。
二、课程设计任务和基本要求本课程设计以TDN-CM++计算机组成原理教学实验系统为平台设计完成。
1.按给定的数据格式和指令系统，设计一个微程序控制器。
2.设计给定机器指令系统以及微程序流程图, 按微指令格式写出微程序的为指令代码。
3.连接逻辑电路完成启动，测试，编程，测试, 效验和运行，并观测运行过程及结果。
4.将微程序控制器模块与运算器模块，存储器模块联机，组成一台模型计算机。
5.用微程序控制器控制模型机的数据通路。
6.通过在模型机上运行由机器指令组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，建立计算机整机的概念，掌握计算机的控制机制。
7.按指定的应用项目进行汇编指令格式及功能设计，并设计相应的机器指令代码，按照模型机数据通路设计实现机器指令功能的微程序.在PC机上编辑机器指令和微程序, 装载代码到TDN-CM++实验系统并运行，实现应用要求。
三、设计任务及分析:（1）设计任务：从输入设备读取数据X并将其存入以A为间接地址的内存单元，将X与Ro.寄存器中的内容Y执行X㊉J结果送到以B为直接地址的内存单元保存。
（2）分析：A:给Ro寄存器直接置入01H.B:从数据开关给间接地址为OCH的内存单元置数，（03H）.C:给Ro中的内容取反，结果存在Ro中・D:将间接地址OCH中直接地址OEH中的内容(03H)放入DR1中，R。
基本模型机的设计与实现
南京晓庄学院信息工程学院计算机组成原理课程实验报告实验名称：基本模型机的设计与实现年级专业班级：14 级计算机专业专本1班班级学号： 14131521 姓名：殷宇翔学号：姓名：学号：姓名：时间： 2016 年 12 月 10 日一、实验目的、要求：1、在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统以构造一台基本模型实验计算机。
2、设计五条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试，掌握整机软硬件组成概念。
二、实验仪器设备、器件及环境：三、实验方法、原理：部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实验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，实验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。
⑴有关微控制器部分在前一实验中已详细介绍⑵主存储器的读、写和运行为了向主存储器RAM中装入程序或数据，并且检查写入是否正确以及能运行主存储器中的程序，必须设计三个控制操作微程序。
·存储器读操作：拨动总清开关后，置控制开关SWC、SWA为“0 0”时，按要求连线后，连续按“启动运行”开关，可对主存储器RAM连续手动读操作。
·存储器写操作：拨动总清开关后，置控制开关SWC、SWA为“0 1”时，按要求连线后，再按“启动运行”开关，可对主存储器RAM进行连续手动写入。
·运行程序：拨动总清开关后，置控制开关SWC、SWA为“1 1”时，按要求连线后，再按“启动运行”开关，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行。
上述三条控制指令用两个开关SWC、SWA的状态来设置，其定义如下：⑶指令寄存器介绍指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。
当执行一条指令时，先把它从内存取到缓冲寄存器中，然后再传送到指令寄存器。
指令划分为操作码和地址码字段，由二进制构成，为了执行任何一条给定的指令，必须对操作码进行测试P(1)，通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。
基本模型机设计与实现
基本模型机设计与实现基本模型机设计与实现目录绪论 ................................... - 1 - 1、课设目的 .......................... - 1 - 2、课设意义 ........................... - 1 - 一、实验原理 .......................... - 2 - 线路连接图 ........................... - 6 - 三、实验步骤 ......................... - 6 - 四、运行调试及结果分析................... - 9 - 五、设计体会与小结 ...................... - 13 - 六、参考文献 ......................... - 14 - 七、附录 ............................ - 15 -绪论1、课设目的(1). 在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统构造一台基本模型计算机。
(2).为其定义五条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试掌握整机概念。
2、课设意义掌握计算机系统的组成及内部工作机制,理解计算机各功能部件工作原理的基础上,深入掌握数据信息流和控制信息流的流动过程,进一步加深计算机系统各模块间相互关系的认识和整机的概念,培养开发和调试计算机的技能,在设计实践中提高应用所学专业知识分析问题和解决问题的能力。
一、实验原理1．在部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本实验将能在微过程控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定的功能。
实验中，计算机数据通路的控制将由微过程控制器来完成，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。
2．指令格式（1）指令格式采用寄存器直接寻址方式，其格式如下：其中，OP-CODE为操作码，rs为源寄存器，rd为目的寄存器，并addr对应的十六进制地址码。
基本模型机的课程设计
基本模型机的课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解基本模型机的工作原理和构造，掌握其组成部分及功能。
2. 使学生掌握基本模型机的编程方法，能运用所学知识编写简单的程序。
3. 帮助学生了解基本模型机在我国科技发展中的应用，拓展知识视野。
技能目标：1. 培养学生动手操作基本模型机的能力，提高实践操作技能。
2. 培养学生编程思维，提高问题分析和解决问题的能力。
3. 培养学生团队协作能力，学会在小组合作中共同完成任务。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对基本模型机的兴趣，激发学习热情，形成积极的学习态度。
2. 增强学生的科技意识，培养创新精神和探索精神，提高对科技发展的关注。
3. 引导学生认识基本模型机在现实生活中的应用，体会科技给生活带来的便利，培养社会责任感。
本课程针对初中年级学生，结合学生好奇心强、动手能力强、合作意识逐渐增强的特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实践操作能力和问题解决能力。
课程要求教师具备丰富的教学经验和专业知识，能够引导学生主动探索，激发学生的学习兴趣，培养创新精神和团队协作能力。
通过本课程的学习，期望学生能够达到上述课程目标，为今后的学习和发展奠定基础。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 基本模型机概述：介绍基本模型机的发展历程、分类及特点，使学生对其有一个整体的认识。
2. 基本模型机的结构及功能：详细讲解基本模型机的各组成部分，包括输入设备、输出设备、控制器、运算器等，并介绍各部分的功能。
3. 编程基础：教授基本模型机的编程语言，让学生掌握编程的基本方法和技巧。
4. 基本模型机的操作与编程实践：指导学生动手操作基本模型机，编写简单的程序，培养实践操作能力。
5. 基本模型机在实际应用中的案例介绍：分析基本模型机在我国科技发展中的应用，拓展学生知识视野。
教学内容安排如下：第1课时：基本模型机概述第2课时：基本模型机的结构及功能第3课时：编程基础第4课时：基本模型机的操作与编程实践第5课时：基本模型机在实际应用中的案例介绍本教学内容基于课程目标，注重科学性和系统性，结合教材相关章节，循序渐进地引导学生学习基本模型机的相关知识。
基本模型机的设计与实现
基本模型机的设计与实现课程设计报告收藏一、实验基本任务1、由基本单元电路构成一台基本模型机。
2、设计五条机器指令，并编写相应的微程序。
3、调试指令和模型机使其在微程序的控制下自动产生各部件单元的控制信号正常工作。
二、设计方案1、硬件设计（1）设计微程序控制电路微程序控制器的组成：控制存储器：EPROM2816*3，8D触发器74ls273*2，4D 触发器74ls74*3；微指令寄存器格式：18位微指令，6位微地址。
（2）设计时钟信号源和时序控制电路时钟信号源的组成：时基电路555，可触发单稳态多谐振荡器74ls237*2，输出频率为330-580Hz的方波信号。
时序控制电路：4D触发器74ls175*1组成移位寄存器电路。
（3）设计主存储器主存电路的组成：6264存储器（8K*8位）*3，地址寄存器：74ls273*1，三态门：74ls245*1。
2、微控制设计（1）实现存储器读操作；拨动总清开关后，置控制开关SWC、SW A为“0 0”时，按要求连线后，连续按动“启动运行”开关，可对主存储器RAM连续手动读操作。
（2）实现存储器写操作；拨动总清开关后，置控制开关SWC、SW A为“0 1”时，按要求连线后，再按动“启动运行”开关，可对主存储器RAM连续手动写入。
（3）实现程序运行操作。
拨动总清开关后，置控制开关SWC、SW A为“1 1”时，按要求连线后，再按动“启动运行”开关，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行。
3、机器指令设计（1）输入指令：in；输入外部开关量的状态，送入寄存器R0。
（2）二进制加法指令：add addr；（3）存数指令：sta addr；（4）输出指令：out addr；（5）无条件转移指令：jmp addr；三、设计电路原理图（说明各器件的功能作用）设计电路原理图如图1所示：图l 数据通路框图四、系统原理图（说明整机的工作过程）系统原理图如附图1所示。
部件实验过程中，各部件单元的控制信号是认为模拟产生的，而本次实验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。
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0000 0011 0010 0000 STA[0BH]；R0→[0BH]
0000 0100 0000 1011
0000 0101 0011 0000 OUT[0BH]；[0BH] →BUS
0000 0110 0000 1011
0000 0111 0100 0000 JMP[00H]；00H→PC
当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，表2即为图2的微程序流程图按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”。
图2微程序流程图
表2二进制代码表
本系统有两种外部I/O设备，一种是二进制数码开关，作为输入设备（INPUT）；另一种是两位十六进制数LED数码管，作为输出设备（OUTPUT UNIT）。在输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到总线上。只要开关状态不变，输入的信息也不变。输出时，将输出数据送到数据总线上，当写信号（WE）有效时，将数据打入输出锁存器，驱动数码块显示。
参考程序一的机器指令：
$P0000
$P0120
$P0208
$P0330
$P0408
$P0540
$P0600
参考程序二的机器指令：
5、设计指令
根据基本模型机的硬件设计五条机器指令：外部输入指令IN、二进制加法指令ADD、存数指令STA、输出到外设指令OUT、无条件转移指令JMP。指令格式入下：
助记符机器指令码说明
IN 0000 0000；“外部开关量输入”KD0~KD7的开关状态→R0
ADD addr 0001 0000 ×××× ××××；R0+[addr] →R0
C.校验。拨动SWITCH单元的总清开关CLR（1à0à1），微地址清零。PC程序计数
器清零，然后使SWITCH单元的开关SWB、SWA为“00”，按动CONTROL UNIT的触动开关START，微地址灯将显示“010000”，再按START，微地址灯显示为“010010”，第三次按START，微地址灯显示为“010111”，再按START后，此时OUTPUT单元的数码管显示为该首地址中的内容。不断按动START，以后每个循环PC会自动加1，可检查后续单元内容。每次在微地址灯显示为“010000”时，是将当前地址中的机器指令写入到输出设备中显示。
（2）实现存储器写操作；
拨动总清开关后，置控制开关SWC、SWA为“0 1”时，按要求连线后，再按动“启动运行”开关，可对主存储器RAM连续手动写入。
（3）实现程序运行操作。
拨动总清开关后，置控制开关SWC、SWA为“1 1”时，按要求连线后，再按动“启动运行”开关，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行。
6、基本模型机监控软件的设计
本模型机监控软件设计主要完成从输入设备读入数据，进行简单算术运算后，将结果存入内存的某个单元，最后通过输出设备输出结果。
监控软件详细如下：
地址内容助记符说明
0000 0000 0000 0000 IN；“INPUT DEVICE” →R0
0000 0001 0001 0000 ADD[0AH]；R0+[0AH] →R0
四、系统原理图（说明整机的工作过程）
系统原理图如附图1所示。
部件实验过程中，各部件单元的控制信号是认为模拟产生的，而本次实验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，实验计算机数据通路的控制将由微程序控制器开完成，CPU从内存中取出一条机器只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。
3、机器指令设计
（1）输入指令：in；输入外部开关量的状态，送入寄存器R0。
（2）二进制加法指令：add addr；
（3）存数指令：sta addr；
（4）输出指令：out addr；
（5）无条件转移指令：jmp addr；
三、设计电路原理图（说明各器件的功能作用）
设计电路原理图如图1所示：
图l数据通路框图
uA1
uA0
A字段
B字段
P字段
15
14
13
控制信号
12
11
10
控制信号
9
8
7
控制信号
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
LDRI
0
0
1
RS_G
0
0
1
P1
0
1
0
LDDR1
0
1
0
0
1
0
0
1
1
LDDR2
0
1
1
0
1
1
1
0
0
LDIR
1
0
0
1
0
0
P4
1
0
1
LOAD
1
0
1
ALU_G
1
0
1
1
1
0
LDAR
1
1
0
PC_G
1
实验中以详细介绍。
2、处存储器的读、写和运行
为了想主存储器的RAM中装入程序或数据，并且检查写入是否正确以及能运行主存储器中的程序，必须设计三个控制操作微程序。
存储器读操作：拨动总清开关后，置控制开关SWC、SWA为“0 0”时，按要求连线后，连续按动“启动运行”开关，可对主存储器RAM连续手动读操作。
系统涉及到的微程序流程见图2，当拟定“取指令”微指令时，该微指令的判别测试字段为P1测试。由于“取指令”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P1的测试结果出现多路分支。本机用指令寄存器的高4位（I7—I4操作码）作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定微地址单元。
控制台操作为P4测试，它以控制台开关SWB、SWA作为测试条件，出现了3路分支，占用3个固定微地址单元。当分支微地址单元固定后，剩下的其它地方就可以一条微指令占用一个微地址单元随意填写。
基本模型机的设计与实现课程设计报告
/maria87328/archive/2008/01/13/2041130.aspx
一、实验基本任务
1、由基本单元电路构成一台基本模型机。
2、设计五条机器指令，并编写相应的微程序。
3、调试指令和模型机使其在微程序的控制下自动产生各部件单元的控制信号正常工作。
（2）使用控制台WRITE和READ微程序进行机器指令程序的装入和检查，其操作如下：
A.使SIGNAL UNIT单元的SP03为“STEP”状态，SP04为“RUN”状态，CONTROLUNIT的开关SP05处于“NORM”状态，开关SP06处于“RUN”状态。
B.拨动开关单元的总清开关CLR（1à0à1），微地址寄存器清零，程序计数器清零。然后使开关单元的SWB、SWA开关设置为“01”，按动一次控制台单元的触动开关START，微地址显示灯显示“010001”，再按动一次START，微地址灯显示“010100”，此时数据开关的内容（输入单元）置为要写入的机器指令的内容，按动两次START键后，即完成该条指令的写入。若仔细阅读WRITE的流程，就不难发现，机器指令的首地址总清后为零，以后每个循环PC会自动加1。所以，每次按动START，只有在微地址灯显示“010100”时，才设置内容，直到所有机器指令写完。
二、设计方案
1、硬件设计
（1）设计微程序控制电路
微程序控制器的组成：控制存储器：EPROM2816*3，8D触发器74ls273*2，4D触发器74ls74*3；微指令寄存器格式：18位微指令，6位微地址。
（2）设计时钟信号源和时序控制电路
时钟信号源的组成：时基电路555，可触发单稳态多谐振荡器74ls237*2，输出频率为330-580Hz的方波信号。
STA addr 0010 0000 ×××× ××××；R0→[addr]
OUT addr 0011 0000 ×××× ××××；[addr] →BUS
JMP addr 0100 0000 ×××× ××××；[ADDR] →PC
说明：
指令IN为单字节指令，其余均为双字节指令，××××××××addr对应的主存储器二进制地址码。
4、输入/输出设备
本系统有两种外部I/O设备，一种是二进制代码开关KD0~KD7，它作为输入设备INPUT；另一种是数码显示块，它作为输出设备OUTPUT。例如：输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到外部数据总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不变。输出时，将输出数据送到外部数据总线上，当写信号（W/R）有效时，将数据打入输入锁存器，驱动数码块显示。
设计机器指令程序如下（机器码和地址为十六进制数据）。
地址内容助记符说明
00 00 IN；输入开关数据→R0，采集数据
01 10 ADD [0AH]；R0＋[0AH]→R0，输入数据与指定数据相加
02 0A；地址
03 20 STA [0BH]；R0→[0B]
04 0B；地址
05 30 OUT [0BH]；[0BH] →BUS，输出显示
06 0B；地址
07 40 JMP [00H]；00H→PC
08 00；跳转地址
0A 01；加数，可自定
0B；求和结果保存在0B单元
2.连接实验线路
3.写程序
对于本实验箱可以用两种方法来写入程序。
方法一：联机读/写程序
按照规定格式，将机器指令及表2-2微指令二进制表编辑成十六进制的规定格式文件。微指令格式中的微指令代码为将表2-2中的24位微代码按从左到右分成3个8位，将此三个8位二进制代码化为相应的十六进制数即可。
使用联机软件的文件装载将实验程序和微程序下载到实验箱中，并用软件的读出功能进行检查。其中参考程序一对应的文件名为“基本模型机1.TXT”，参考程序二对应的文件名为“基本模型机2.TXT”（联机软件的使用方法参看附录2）。