1、計算機硬件綜合課程設計報告專 業： 計算機科學與技術 學 號： 姓 名： 指導教師： 完成時間： 一、課程設計的目的通過對一個簡單計算機的設計，對計算機的基本組成、部件的設計、部件間的連接、微程序控制器的設計、微指令和微程序的編制與調試等過程有更深的了解，加深對理論課程的理解。二、實驗原理按照要求設計指令系統，該指令系統能夠實現數據傳送，進行加、減運算和無條件轉移，具有累加器尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、存儲器直接尋址、立即數尋址等五種尋址方式。指令系統是設計計算機的依據 ，擬訂指令系統將涉及基本字長、指令格式、指令種類、尋址方式等內容。基本字長：程序設計平臺中配置的存儲器容量為256*8

2、，可知道基本字長定為8位。指令格式：指令格式可有單字長和雙字長指令兩種，在雙字長格式中，第二字節一般定義為操作數或操作數地址。指令格式為：操作碼op源操作數目的操作數指令類型：模型機有單操作數指令、雙操作數指令和無操作數指令。操作碼op共四位，最多可定義16條指令。數據的傳送單位為8位數據的傳送范圍r>r r>ram ram>r尋址方式：由于指令較短，操作數字段僅兩位，為了簡化硬件設計，將操作數字段和目的操作數字段的尋址定義為不同的含義。源操作數字段尋址方式 目的操作數尋址方式00 r0 00 r101 （r0） 01 （r1）10 i 10 i11 d 11 d三、實驗裝置

3、tdn-cm+計算機組成原理教學實驗系統一臺，個人微機一臺，排線若干。四、實驗題目 圖1 數據通路結構框圖題目一：設計一臺模型計算機，實現下列指令系統，并通過給定的工作程序驗證上述指令系統。本設計實現的模型機共包含五條機器指令：in(輸入)、add(加法)、sta(存數)、out(輸出)、jmp(無條件轉移)，其指令格式如下(前4位為操作碼)：助記符機器指令碼（二進制）說明微程序的入口地址（八進制）in00000000“input device”中的開關狀態>r010（取指令后續微指令默認地址為10）add addr00010000 xxxxxxxxro+addr>r011sta

4、addr00100000 xxxxxxxxro>addr12out addr00110000 xxxxxxxxaddr>led13jmp addr01000000 xxxxxxxxaddr>pc14其中in為單字長(8位)，其余為雙字長指令，xxxxxxxx為addr對應的二進制地址碼。控制臺命令的微程序流程如下（01為取指微指令的地址）： 圖2-3 控制臺流程圖3.1連接線路按照圖用排線連接好電路3.2寫程序方法一：手動寫入先將機器指令對應的微代碼正確的寫入2816中。使用控制臺kwe和krd微程序進行機器指令程序的裝入和檢查。a使編程開關處于“run”,step為“ste

5、p”狀態，stop為“run”狀態。b撥動總清開關clr（01），微地址寄存器清零，程序計數器清零。然后使控制臺swb、swa開關置為“01”，按動一次啟動開關start，微地址顯示指示燈顯示“010001”，再按動一次start，微地址燈顯示“010100”，此時數據開關的內容置為要寫入的機器指令，按動兩次start鍵后，完成該條指令的寫入。c寫完程序后須進行校驗。撥動總清開關clr（01）后，微地址清零。pc程序計數器清零，然后使控制臺開關swb、swa為“00”，按動啟動start，微地址燈將顯示“010000”，再按start，微地址燈顯示為“010010”，第三次按start，微地址

6、燈顯示為“010111”，再按start后，此時輸出單元的數碼管顯示為該首地址中的內容。不斷按動start，以后每個循環pc會自動加1，可檢查后續單元內容。每次在微地址燈顯示為“010000”時，是將當前地址中的機器指令寫入到輸出設備中顯示。方法二：聯機讀/寫程序按照規定格式，將機器指令及微指令二進制表編輯成十六進制的如下格式文件。微指令中的微代碼為24位微代碼按從左到右分成3個8位，將此3個8位二進制代碼化為相應的十六進制數即可。并將該格式文件用聯機軟件的傳輸文件功能傳入實驗系統。機器指令格式說明：$pxx yyxx 十六進制地址yy 機器指令代碼程序：$p4000$p4110$p420a$

7、p4320$p440b$p4530$p460b$p4740$p4800$p4a01微指令格式說明：$m xx yyyyyyxx 十六進制地址yyyyyy 微指令代碼微程序：$m00018110$m0101ed82$m0200c048$m0300e004$m0400b005$m0501a206$m06959a01$m0700e00d$m08001001$m0901ed83$m0a01ed87$m0b01ed8e$m0c01ed96$m0d028201$m0e00e00f$m0f00a015$m1001ed92$m1101ed94$m1200a017$m13018001$m14002018$m15

8、070a01$m1600d181$m17070a10$m18068a113.3運行程序單步運行程序：a使編程開關處于“run”狀態，step為“step”狀態，stop為“run”狀態。b撥動總清開關clr（0>1），微地址清零，程序計數器清零。程序首址為00h。c單步運行一條微指令，每按動一次start鍵，即單步運行一條微指令。對照微指令流程圖，觀察微地址顯示燈是否和流程一致。d單步運行結束后，檢查存數單元(0bh)中的結果是否和理論值一致。連續運行程序：a 使“state unit”中的step開關置為“ecex”狀態。stop開關置為“run”狀態b 撥動clr開關，清微地址及程序

9、計數器，然后撥動start,系統連續運行程序，稍后將stop撥至“stop”時，系統停機。c 停機后，檢查存數單元（0bh）結果是否正確。3.4 測試驗證此次測試驗證的內容為feh驗證程序的內存映象(裝入起始地址00h)如下：地址(二進制)內容(二進制)助記符說 明0000 00000000 0000in將輸入數據送r0寄存器0000 00010001 0000add oah0000 00100000 1010ro+0ah>r00000 00110010 0000sta 0bh0000 01000000 1011r0>0bh0000 01010011 0000out 0bh0000

10、 01100000 10110bh>led0000 01110100 0000jmp 010000 10000000 000101h>pc0000 10010000 10100000 0001輸入自定的數據0000 1011求和結果的存儲單元 表3-1 驗證程序內存映象 input device中輸入為00000001時，在地址00001011單元上顯示內容00000002，并顯示02。單步運行是滿足微程序流程圖的運行順序。題目二：設計一臺模型計算機，實現下列指令系統，并通過下列工作程序驗證上述指令系統。本模型機共包含五條機器指令：in(輸入)、add(加法)、sta(存數)、ou

11、t(輸出)、jmp(無條件轉移)，其指令格式如下(前4位為操作碼)：助記符機器指令碼說明微程序的入口地址（八進制）in00000000“input device”中的開關狀態>r010（取指令后續微指令默認地址為10）adc imm00010000 xxxxxxxxro+ imm+cy>r011sta addr00100000 xxxxxxxxro>addr12out addr00110000 xxxxxxxxaddr>led13jmp addr01000000 xxxxxxxxaddr>pc14其中in為單字長(8位)，其余為雙字長指令，xxxxxxxx為add

12、r對應的二進制地址碼或imm所對應的二進制數據（補碼形式）。控制臺命令的微程序流程同1題。工作程序如下：地址 指令00 in01 adc 01h03 sta 0ah05 out 0ah07 jmp 01測試數據為：feh程序：$p0000$p0110$p0201$p0320$p040a$p0530$p060a$p0740$p0801$p0a01微程序：$m00018110$m0101ed82$m0200c048$m0300b005$m0501a206$m06919a01$m0700e00d$m08001001$m0901ed83$m0a01ed87$m0b01ed8e$m0c01ed96$m0

13、d028201$m0e00e00f$m0f00a015$m15070a01$m1600d181五、總結體會本次課程設計我們要設計一臺微程序控制的模型機,以對計算機能有一個整機的概念,完成對計算機組成原理這門課程的綜合應用,達到學習本書的作用.作為一個計算機系學生這是必需掌握的。使我們對數據選擇器、移位器、加法器、運算器、存儲器和微程序控制器，有了非常透徹的認識。通過緊張有序的課程設計實踐，不僅讓我對計算機的基本組成、部件的設計、部件間的連接、微程序控制器的設計、微指令和微程序的編制與模型機的硬件結構和怎么去設計微程序等過程有了進一步的了解, 也讓我覺得自己的動手能力有了很大的提高;自信心也增強

14、了,在課程設計中自己動腦子解決遇到的問題，書本上的知識有了用武之地，這鞏固和深化了自己的知識結構。課程設計結束了，從中我們也學到了不少知識.雖然計算機組成原理的課程設計與學習已經結束,可我們學習之路并沒有結束,我們會繼續努力學習其相關的知識,以適應社會的發展與需要.這樣才能真正成為一名合格的大學生。 薆袃肆莀蠆蚆羂荿莈袂袈羅蒁蚅螄肄薃袀肂肄節蚃羈肅蒅袈羄袇莂薆蚆袆蒅荿羄裊膄薅袀裊芇莈螆羄荿薃螞羃聿莆薈羂芁薁羇羈莃蒄袃羀蒆蝕蝿罿膅蒂蚅罿羋蚈薁肈莀蒁衿肇聿蚆螅肆膂葿蟻肅莄蚄蚇肄蒆薇羆肅膆莀袂肅羋薆螈肂莁莈蚄膁肀薄薀膀膃莇衿腿芅薂螅膈蕆蒞螁膇膇蝕蚆膇艿蒃羅膆莂蠆袁膅蒄蒂螇芄膄蚇蚃袁芆蒀蕿袀莈蚅羈衿膈

15、蒈襖袈芀螄螀袇莂薆蚆袆蒅荿羄裊膄薅袀裊芇莈螆羄荿薃螞羃聿莆薈羂芁薁羇羈莃蒄袃羀蒆蝕蝿罿膅蒂蚅罿羋蚈薁肈莀蒁衿肇聿蚆螅肆膂葿蟻肅莄蚄蚇肄蒆薇羆肅膆莀袂肅羋薆螈肂莁莈蚄膁肀薄薀膀膃莇衿腿芅薂螅膈蕆蒞螁膇膇蝕蚆膇艿蒃羅膆莂蠆袁膅蒄蒂螇芄膄蚇蚃袁芆蒀蕿袀莈蚅羈衿膈蒈襖袈芀螄螀袇莂薆蚆袆蒅荿羄裊膄薅袀裊芇莈螆羄荿薃螞羃聿莆薈羂芁薁羇羈莃蒄袃羀蒆蝕蝿罿膅蒂蚅罿羋蚈薁肈莀蒁衿肇聿蚆螅肆膂葿蟻肅莄蚄蚇肄蒆薇羆肅膆莀袂肅羋薆螈肂莁莈蚄膁肀薄薀膀膃莇衿腿芅薂螅膈蕆蒞螁膇膇蝕蚆膇艿蒃羅膆莂蠆袁膅蒄蒂螇芄膄蚇蚃袁芆蒀蕿袀莈蚅羈衿膈蒈襖袈芀螄螀袇莂薆蚆袆蒅荿羄裊膄薅袀裊芇莈螆羄荿薃螞羃聿莆薈羂芁薁羇羈莃蒄袃羀蒆蝕蝿罿膅

16、蒂蚅罿羋蚈薁肈莀蒁衿肇聿蚆螅肆膂葿蟻肅莄蚄蚇肄蒆薇羆肅膆莀袂肅羋薆螈肂莁莈蚄膁肀薄薀膀膃莇衿腿芅薂螅膈蕆蒞螁膇膇蝕蚆膇艿蒃羅膆莂蠆袁膅蒄蒂螇芄膄蚇蚃袁芆蒀蕿袀莈蚅羈衿膈蒈襖袈芀螄螀袇莂薆蚆袆蒅荿羄裊膄薅袀裊芇莈螆羄荿薃螞羃聿莆薈羂芁薁羇羈莃蒄袃羀蒆蝕蝿罿膅蒂蚅罿羋蚈薁肈莀蒁衿肇聿蚆螅肆膂葿蟻肅莄蚄蚇肄蒆薇羆肅膆莀袂肅羋薆螈肂莁莈蚄膁肀薄薀膀膃莇衿腿芅薂螅膈蕆蒞螁膇膇蝕蚆膇艿蒃羅膆莂蠆袁膅蒄蒂螇芄膄蚇蚃袁芆蒀蕿袀莈蚅羈衿膈蒈襖袈芀螄螀袇莂薆蚆袆蒅荿羄裊膄薅袀裊芇莈螆羄荿薃螞羃聿莆薈羂芁薁羇羈莃蒄袃羀蒆蝕蝿罿膅蒂蚅罿羋蚈薁肈莀蒁衿肇聿蚆螅肆膂葿蟻肅莄蚄蚇肄蒆薇羆肅膆莀袂肅羋薆螈肂莁莈蚄膁肀薄薀膀膃

17、莇衿腿芅薂螅膈蕆蒞螁膇膇蝕蚆膇艿蒃羅膆莂蠆袁膅蒄蒂螇芄膄蚇蚃袁芆蒀蕿袀莈蚅羈衿膈蒈襖袈芀螄螀袇莂薆蚆袆蒅荿羄裊膄薅袀裊芇莈螆羄荿薃螞羃聿莆薈羂芁薁羇羈莃蒄袃羀蒆蝕蝿罿膅蒂蚅罿羋蚈薁肈莀蒁衿肇聿蚆螅肆膂葿蟻肅莄蚄蚇肄蒆薇羆肅膆莀袂肅羋薆螈肂莁莈蚄膁肀薄薀膀膃莇衿腿芅薂螅膈蕆蒞螁膇膇蝕蚆膇艿蒃羅膆莂蠆袁膅蒄蒂螇芄膄蚇蚃袁芆蒀蕿袀莈蚅羈衿膈蒈襖袈芀螄螀袇莂薆蚆袆蒅荿羄裊膄薅袀裊芇莈螆羄荿薃螞羃聿莆薈羂芁薁羇羈莃蒄袃羀蒆蝕蝿罿膅蒂蚅罿羋蚈薁肈莀蒁衿肇聿蚆螅肆膂葿蟻肅莄蚄蚇肄蒆薇羆肅膆莀袂肅羋薆螈肂莁莈蚄膁肀薄薀膀膃莇衿腿芅薂螅膈蕆蒞螁膇膇蝕蚆膇艿蒃羅膆莂蠆袁膅蒄蒂螇芄膄蚇蚃袁芆蒀蕿袀莈蚅羈衿膈蒈襖袈芀

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