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 C n WE A9 A8 A B C U A5 UA4 UA3 UA2 UA1 uA0 A字段B字段C字段

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

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 L DPC

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