计算机组成原理课程实验

目录

1 需求分析 ..................................................................... - 1 -

1.1实验目的 (1)

1.2实验设计风格 (1)

1.3实验设备 (1)

1.4指令译码电路原理分析 (2)

1.5寄存器译码电路原理分析 (3)

1.6微代码格式如下 (4)

1.7故障处理 (6)

2 总体设计 ..................................................................... - 7 -

2.1设计内容 (7)

2.2时序电路分析 (7)

2.3指令类型 (8)

2.4汇编层的设计 (10)

2.5机器指令的设计与编写 (12)

2.6入口微地址形成图 (12)

3详细设计..................................................................... - 14 -

3.1详细设计说明 (14)

3.2设计控制台 (15)

3.3控制台总流程图 (17)

3.4设计微程序流程 (18)

3.5微程序流程图 (23)

3.68位模型机的完整数据通路图 (25)

3.7引脚连线图 (26)

3.8微程序代码设计与编写 (26)

4 实现阶段 .................................................................... - 28 -

4.1机器指令的输入及测试运行 (28)

心得体会 ...................................................................... - 29 - 参考资料 ...................................................................... - 30 -

1 需求分析

1.1 实验目的

（1）设计和实现一个8位指令系统结构

（2）为其定义相关机器指令，并编写相应的微程序

（3）能将部分单元电路组成系统，构成一台基本模型计算机

（4）通过调试和运行使设计的计算机系统能够完成指定的功能

1.2 实验设计风格

（1）指令系统风格：寄存器----寄存器，寄存器----存储器

（2）数据类型：整型的无符号数

（3）寻址方式：立即数寻址，直接寻址，寄存器寻址

（4）指令格式：IN、ADD为单字长（8位），剩余为双字长

（5）指令功能类型：算术运算，逻辑运算，存储器访问，寄存器操作，程序流控制，输入/输出

1.3 实验设备

TDN-CM++ 计算机组成原理实验教学系统一台，排线若干

1)功能分析

本实验完成一个8位指令系统，通过调试和运行使设计的计算机系统能够完成指定的功能

根据设计风格，可大致确定本实验采用6条机器指令，In（输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、MOV（传送）、OUT（输出）、OR（逻辑或运算）、JMP（无条件转移）。

2)性能需求

本实验采用的TDN-CM++计算机组成原理实验教学系统是以灯亮为“0”、灯灭为“1”的负逻辑模式。系统采用部件单元式结构，包括运算器、存储器、控制器、信号及时序控制、内总线、外总线、外围接口及输入输出设备、大规模可编程逻辑器件等计算机功能部件的单元电路。

主要技术指标：1.输入电压：AC165~260V

2.输出电压/电流：5V/2A 、12V/0.2A 、-12V/0.2A

3.输出功率：15W

4.工作环境温度：-5℃~40℃

注意：当关闭电源后不要立即重新开启，关闭到重新开启之间需要至少30秒间隔。 1.4 指令译码电路原理分析

P(4)

P(3)

P(2)P(1)FZ FC SW-A

SW-B

T4SE5 SE4 SE3 SE2 SE1

I7 I6 I5 I4 I3 I2

图1.1 指令译码电路图

根据上图得出指令译码器的逻辑表达式如下：

其中P(1) ～P(4)为低电平有效，当选用时该信号为零；I7 ～I2表示机器指令前六位；SE5 ～SE1为微控制器但愿位地址锁存器的强制端输出；SWA SWB 均为1(启动程序时)。

此设计中设定为P （1）有效，P （2） P （3）均无效，FC FZ T4无需考虑。 由算出的SE5 ～SE1（SE5 ～SE1分别对应UA0～UA4）可知操作码对应的入口微地

址。

1.5 寄存器译码电路原理分析

S 1S 2

D 1D 4

ENB

译码器

LDB0

LDR1

LDR2

I1I0

LDRi

S 1S 2

D 1D 4

ENB

译码器

S 1S 2

D 1D 4

ENB

译码器

R0-B

R1-B

R2-B

RD-B

RS-B

RI-B

I3I2

图1.2 寄存器译码电路图

寄存器的输入、输出不仅决定于输入、输出开关，还与机器指令的后四位(即I3～I0)有关，由其决定哪个寄存器被选中。 1.5.1 寄存器的输入

LDRi 为寄存器的输入开关，且为低电平有效(即LDRi=0)，I1、I0对寄存器进行选择，决定数据进入哪个寄存器。