计算机组成原理课程设计基本模型机设计与实现

课程设计（大作业）报告

课程名称：计算机组成原理

设计题目：基本模型机设计与实现

院系:信息技术学院

班级:计算机科学与技术3班

设计者：

学号：

指导教师：________________________________

设计时间：

昆明学院

信息技术学院

课程设计（大作业）任务书

姓名：院（系）：信息技术学院

专业：计算机科学与技术学号：课程设计题目：基本模型机设计与设计课程设计要求：

本课程设计以ZYE1603E计算机组成原理及系统结构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ZYE1603B实验系统并运行，实现应用要求。

工作计划及安排：

2017年6月19日上午：集中进行课程设计题目的讲解和分解，提出学生需要掌握的硬件和软件方面的知识和要求；以及在课程设计期间的安全和纪律要求，熟悉开发环境

（ZYE1603B （4401 机房）。

2017年6月19日下午：查阅资料、确定题目，了解各人（小组）设计安排，就设计过程进行集中讲解，解决设计过程存在的问题。

2017年6月20日~6月22日：在机房进行系统的设计。

2017年6月23日上午：分组讨论，进行交流，了解学生的掌握情况，对本周的学习情况进行总结，对后续的设计提出要求；对存在的问题进行分析和解决。（机房）。

2017年6月23日下午：答辩，成绩评定。

指导教师签字_________________

2017年6月19日

指导教师评语:成绩：

目录

课程设计（大作业）报告

一、课程设计的教学目的

1. 在“微程序控制器的组成与微程序设计实验”的基础上，进一步将其中各单元组成系统构造一台模型计算机。

2. 本实验定义五条机器指令，编写相应的微程序，并上机调试运行，形成整机概念。

课程设计内容设计一台基本模型机，并实现相关的指令。

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R）.寄存器中的内容丫执行X ® ，结果送到以B为直接地址的内存单元保存。

⑵分析：

A:给F0寄存器直接置入01H.

B:从数据开关给间接地址为0CH的内存单元置数，（03H）.

C:给R中的内容取反，结果存在R）中.

D:将间接地址OCH中直接地址OEH中的内容（03H）放入DR1中，R。中的内容放入DR2中,将DR1和DR2种的数进行异或运算,结果放在R）中.

E:将R）中的内容存在直接地址为ODH的内存单元中.

四、设计原理

模型机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，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段微程序。

本实验采用五条机器指令：IN （输入）、AD（二进制加法）、STA（存数）、

OUT（输出）、JMP（无条件转移），其指令格式如下（前4位为操作码）：

其中IN为单字长(8位)指令，其余为双字长指令，xxxxxxxx为

addr对应的二进制地址码。

根据模型机的数据通路图(如图1所示)和指令的要求定义微代码如下:

表中卩A5〜卩A0为6位后续微地址，A B C为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位。P字段中的P (1)〜P (4)是四个测试字位。其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行。B字段中的RS-B RD-B RI-B分别为源寄存器选通信号、目的寄存器选通信号及变址寄存器选通信号，其功能是根据机器指令来进行三个工作寄存器R0 R1及R2的选通译码。A字段中的LDRI为从输入设备组件中读入数据使能控制信号。

指令寄存器(IR)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，然后再传送至指令寄存器。指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数构成。为了执行任何给定的指令，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。“指令寄存器”（实验板上标有“ INS DECODE的芯片）根据指令中的操作码译