基本模型机设计与实现.

课程设计

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

学院：信息工程与自动化

专业：计算机科学与技术

年级：

学生姓名：

指导教师：王海瑞

日期：

教务处制

课程设计任务书

信息工程与自动化学院计算机专业年级

学生姓名：

课程设计题目：基本模型机设计与实现

课程设计主要内容：

利用所学过的理论知识，特别是微程序设计的思想，写出要设计的指令系统的微

程序。将所设计的微程序在计算机组成原理教学实验系统环境中进行测试，并给出测试思路和具体程序段。最后撰写出符合要求的课程设计报告。

首先要确定所设计计算机的功能和用途，设计中根据功能和用途确定指令系统，

数据的表示格式，位数，指令的编码，类型，需要设计那些指令和寻址方式。确定相

对应指令所包含的微操作以及总体结构设计之间的数据通路结构，在此基础上，就可以拟出各种信息传输路径，以及实现这些传输所需要的微指令。

设计指导教师（签字）：

教学基层组织负责人（签字）：

年月日

目录

一、基本模型机的设计,,,,,,,,,,,,,,,, 4

1、程序设计目的,,,,,,,,,,,,,,,, 4

2、程序设计任务和基本要求,,,,,,,,,,,, 4

3、实验原理,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 5

二、实验内容及步骤,,,,,,,,,,,,,,,8

1.实验内容,,,,,,,,,,,,,,,,,,,8

2.实验步骤,,,,,,,,,,,,,,,,,10

3.实验情况及记录,,,,,,,,,,,,,,,14

三、总结体会,,,,,,,,,,,,,,,,,,15

四、参考文献,,,,,,,,,,,,,,,,,,16

一、基本模型机的设计

1、程序设计目的

（1）掌握计算机系统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，深入掌握信息流和控制信息流的流动过程，

（2）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。

（3）再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。

（4）掌握微程序的编写、写入，观察微程序的运行。

2、程序设计任务和基本要求

（1）按给定的数据格式和指令系统，理解为程序控制器的设计原理。

（2）设计给定机器指令系统遗迹微程序流程图，安慰指令格式写出微程

序的微指令代码

（3）连接逻辑电路，完成启动、测试、编程、校验和运行，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

拟计算机。

（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，建立计算机的整机概念，掌握计算机的控制机制。

（7）按指定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，按照模型及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。

3、实验原理

实验数据框图如图4-1所示：

图4-1基本模型机数据通道框图

（1）在模型机实验中，数据通道的控制将由微程序控制器来完成，CPU 从内存取出一条机器指令到执行指令结束的一个指令周期，是由微指令

组成的序列来完成的，即一条机器指令对应一个微程序。

（2）本实验我们将五条机器指令及有关数据写入RAM和ROM中。通过CPU 运行由五条机器指令组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系。

（3）微指令格式：

24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 S3 S2 S1 S0 M Cn WE A9 A8 A B C UA5 UA4 UA3 UA2 UA1 uA0

A字段B字段C字段

15 14 13 选择 12 11 10 选择 9 8 7 选择

0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 1 LDRi 0 0 1 RS-B 0 0 1 P（1）0 1 0 LDDR1 0 1 0 RD-B 0 1 0 P（2）

0 1 1 LDDR2 0 1 1 R1-B 0 1 1 P（3）

1 0 0 LDIR 1 0 0 299-B 1 0 0 P（4）1 0 1 LOAD 1 0 1 ALU-B 1 0 1 AR

1 1 0 LDAR 1 1 0 PC-B 1 1 0 LDPC 其中A8、A9是2：4译码器（74LS139）的输入端，Y0、Y1、Y2、Y3是译码器输出端，其电路结构如下：

其中Y0为SW-B，Y1为CE，Y2为LED-B，Y3为空。

（1）微程序流程图如下：

运行微程序

图4-2基本模型机微程序流程图

（2）微指令二进制代码表如表 4.2所示：

表4.2

微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8 A B C UA5---UA0

00 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0

01 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0

02 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0

03 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0

04 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1

05 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0

06 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1

07 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1

10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

11 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1

12 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1

13 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0

14 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0

15 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1

16 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1

17 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1

20 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0

21 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0

22 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1

23 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

24 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0

25 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1

26 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1

27 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0

30 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1