计算机组成原理课程设计_报告全套

XXXX大学课程设计专用纸

成绩评定表

课程设计任务书

目录

1 设计目的 (3)

2 设计内容 (3)

3 实验计算机的设计 (3)

3.1 整机逻辑框图设计 (3)

3.2 指令系统的设计 (5)

3.3 微操作控制部件设计 (5)

3.3.1微指令编码格式设计 (5)

3.3.2 微操作控制信号设计 (6)

3.4 微程序设计 (8)

3.4.1 指令对应的微程序流程图 (8)

3.4.2 微程序中各微指令二进制编码与16进制编码 (8)

3.5 微程序顺序控制方式设计 (10)

3.5.1 微程序入口地址形成方法 (10)

3.5.2 控存下地址确定方法 (10)

3.5.3 每段微程序在控存中的存放位置 (11)

3.6 编写调试程序 (12)

3.6.1 机器指令程序设计内容如下 (12)

3.6.2 每条指令所对应的机器码 (12)

3.6.3 程序在内存中的存放位置 (12)

4 实验计算机的组装 (13)

5 实验计算机的调试 (13)

5.1 调试前准备 (13)

5.2 程序调试过程 (14)

5.3 调试结果 (15)

5.4 出错和故障分析 (17)

5.4.1 出错分析 (17)

5.4.2 故障分析查找 (17)

5.4.3 确认是否属故障 (17)

5.4.4 正确判断故障原因 (18)

6 心得体会 (18)

7 参考文献 (19)

1 设计目的

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 设计内容

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 实验计算机的设计

3.1 整机逻辑框图设计

（1）模型机是由运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备五大部分组成。

①运算器又是有299，74LS181完成控制信号功能的算逻部件，暂存器LDR1，LDR2，及三个通用寄存器，R0,R1，R2等组成。

②控制器由程序计数器PC、指令寄存器、地址寄存器、时序电路、控制存储器及相应的译码电路组成。

③存储器RAM是通过CE和W/R两个微命令来完成数据和程序的的存放功能的。

④输出设备有两位LED数码管和W/R控制完成的。

（2）计算机由基板和CPU板两部分组成：

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，主存器和电源，CPLD实验板，自由实验区。

②CPU板：本板分为8位机和16位机两种，除数据字长分为8位和16位外，都包括

以下部分：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。

运算器部分：由算术逻辑单元ALU 74LS181（U29、U30）、暂存器74LS273（U27、U28）、三态门74LS244（U31）和进位控制电路GAL芯片（U32）等组成。

存储器部分：由静态存储器1片6116（2K×8）构成。其数据线D0~D7接到数据总线，地址线A0~A7由地址锁存器（74LS273）给出。黄色地址显示灯MA7-MA0与地址总线相连，显示地址总线的内容。数据经三态门（74LS245）连至数据总线，分时给出地址和数据。

）

图3.1 模型机结构框图

3.2 指令系统的设计

指令格式、指令编码、指令助记符、指令功能、操作数的寻址方式如下：

表3.1 指令系统的设计框图

3.3 微操作控制部件设计

3.3.1微指令编码格式设计

1 、数据格式

设计的计算机采用定点补码表示法表示数据，字长为8位，其格式如下：

图3.2 数据表示

其中第7位符号位，数值表示范围是：-1≤X≤1

2、指令格式

(1)算术逻辑指令

用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址格式如下：

图3.3 单字节寻址格式

其中OP-CODE 为操作码，rs 为源寄存器，rd 为目的寄存器，并规定：

图3.4 寄存器编码格式

（2)访问及转移指令

本机设计有2条指令，即存数（STA ）、取数（LDA ），2条转移指令，即无条件转移（JMP

），指令格式如下：

图3.5 转移指令

其中OP-CODE 为操作码，rd 为目的寄存器地址。D 为位移量，M 为寻址方式，其定义如下：

表 3.2 寻址方式

（3）I/O 指令

输入输出指令采用单字节指令，其指令如下：

图3.6 I/O 指令图

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。

3.3.2 微操作控制信号设计

首先，控制微操作需要设计三个微程序：

存储器读操作（MRD ）：拨动清零开关CLR 对地址 指令寄存器清零后，指令译码器输入CA1 CA2为”00”时，按”单步”键,可对RAM 连续读操作。