计算机组成原理课设(多寄存器减法、右移位、输入输出、转移指令实验计算机设计)

目录

1课设目的 (1)

2课设内容 (1)

3课设计算机的设计 (1)

3.1设计整机逻辑框图 (1)

3.2指令系统的设计 (3)

3.3微指令的格式设计及微操作控制部件的组成原理 (6)

3.4微程序设计 (9)

3.5编写调试程序 (12)

3.6编写实验程序 (14)

4实验计算机的组装 (15)

5、实验计算机的调试 (18)

5.1．调试前准备 (18)

5.2．程序调试过程 (18)

5.3调试结果 (19)

5.4出错和故障分析 (21)

5.4.1出错分析 (21)

5.4.2故障分析查找 (21)

5.4.3确认是否属故障 (22)

5.4.4正确判断故障原因 (22)

6心得体会 (22)

7参考文献 (22)

1课设目的

（1）组成一个复杂的计算机整机系统—模型机，输入程序并运行；

（2）了解微程序控制器是如何控制模型机运行的，掌握整机动态工作过程;

（3）定义几条机器指令，编写相应微程序并具体上机调试.

（4）完成多寄存器算术减法\右移位\输入输出\转移指令实验计算机设计。

2课设内容

利用EL-JY-II型计算机组成原理实验仪提供的硬件资源，通过设计（包括整机结构设计、指令设计、微程序设计、微指令设计、调试程序设计等）、组装、调试三个步骤完成台微程序控制的简单实验计算机的研制。

完成多寄存器算术减法\右移位\输入输出\转移指令实验计算机设计。

3课设计算机的设计

3.1设计整机逻辑框图

本系统的结构组成为：

1．基板:本部分是8位机和16位机的公共部分，包括以下几个部分：数据输入和输出，显示及监控，脉冲源及时序电路，数据和地址总线，外设控制课设电路，单片机控制电路和键盘操作部分，与PC机通讯的接口，主存储器，电源，CPLD课设板(选件)，自由课设区（面包板）。

2．CPU板：本板分为8位机和16位机两种，除数据字长分别为8位和16位以外，都包括以下几个部分：微程序控制器，运算器，寄存器堆，程序计数器，指令寄存器，指令译码电路，地址寄存器，数据、地址和控制总线。

运算器：由算术逻辑单元（ALU）、累加寄存器、数据缓冲寄存器、和状态条件寄存器组成，它是数据加工处理部件。相对控制器而言，运算器接受控制器的命令而进行动作，即运算器所进行的全部操作都是有控制器发出的控制信号来指挥的，所以它是执行部件.

存储器:是保存或“记忆”解题的原始数据和解题步骤。在运算前需要把参加运算的数据和解题步骤通过输入设备送到存储器中保存。

微程序控制器:控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令,通常把这种控制命令叫做微命令,而执行部件接受命令后的操作叫做微操作。

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地址寄存器：用来保存当前CPU所访问的内存单元地址。

程序计数器：CPU能确定下一条指令的地址来保证程序能够连续地执行下去

指令寄存器：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，然后再传到指令寄存器。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P1，通过节拍脉冲的控制以便识别所要求的操作。“指令译码器”根据指令中的操作码译码强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应

的微程序首地址。

输入设备：能把人们用文字或语言所能表达的问题直接到计算机内部处理。

输出设备：把计算机处理的结果变换为人或其他机器设备所能接收和识别的信息形式。

本系统有两种外部I/O设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备；另一种是数码管，它

作为输出设备。输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到数据总线上，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

入输出锁存器，驱动数码管显示。整机逻辑框图如图1.1所示:

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图3.1 模型及结构框图

3.2指令系统的设计

(1)算术逻辑指令

控制信号

）

算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址其格式如表3.1所示：

表3.1 算术逻辑指令格式

其中OP_CODE为操作码，rs为源寄存器，rd为目的寄存器，并规定如表3.2所示：

表3.2 选定寄存器

(2)访问及转移指令

本机设计有2条访问指令，即存数（STA）、取数（LDA），1条转移指令，即无条转移（JMP）、指令格式表3.3所示

表3.3 访存及转移指令格式

其中OP-CODE为操作码，rd为目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）。D为位移量（正负均可），M为寻址模式，其定义见表3.4所示

表3.4 寻址模式

本机规定变址寄存器RI指定为寄存器R2。

(3)I/O指令

输入（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令，其格式如表3.5：

表3.5 I/O指令格式

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其中，addr=01时，选中“数据输入电路”中的开关组作为输入设备，addr=10时，选中“输出显示电路”中的数码管作为输出设备。

各指令系统主要功能参如表3.6所示：

表3.6 各指令系统主要功能

算术运算指令：SUB R0，R2

指令功能：rs-rd→rd

指令格式如表3.7所示：

表3.7 SUB指令格式

机器码：10100010

RRC R2，R0

指令功能：rs的值带进位循环右移一位→rd

指令格式如表3.8所示

表3.8 RRC指令格式

机器码：1110100

输入输出指令：IN #DATA R0

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