1、課 程 設 計 任 務 書題目 專業、班級 學號 姓名 主要內容、基本要求、主要參考資料等：完 成 期 限： 指導教師簽名： 課程負責人簽名： 年 月 日 目 錄第一章 程序設計概述1.1 課程設計的教學目的1.2 課程設計任務和基本要求第二章 指定應用項目的設計實現3.1 設計任務3.2 任務分析及解決方案3.3 設計原理3.4 應用項目設計實現操作步驟第三章 收獲、體會和建議參考文獻第一章 程序設計概述1.1 課程設計的教學目的本課程設計的教學目的是在掌握計算機系統組成及內部工作機制、理解計算機各功能部件工作原理的基礎上，深入掌握信息流和控制信息流的流動過程，進一步加深計算機系統各模塊間相

2、互關系的認識和整機的概念，培養開發和調試計算機的技能。再設計實踐中提高應用所學專業知識分析問題和解決問題的能力。1.2 課程設計任務和基本要求本課程設計以TDN-CM+計算機組成原理教學實驗系統為平臺設計完成。1. 按給定的數據格式和指令系統，理解為程序控制器的設計原理。2. 設計給定機器指令系統遺跡微程序流程圖，安慰指令格式寫出微程序的微指令代碼3. 連接邏輯電路，完成啟動、測試、編程、校驗和運行，并觀測運行過程及結果。4. 將微程序控制器模塊與運算器模塊、存儲器模塊聯機，組成一臺模擬計算機。5. 用微程序控制器控制模型機的數據通路。6. 通過在模型機上運行由機器指令組成的簡單程序，掌握機器

3、指令與微指令的關系，建立計算機的整機概念，掌握計算機的控制機制。7. 按指定應用項目進行匯編指令格式及功能設計，并設計相應的機器指令代碼，按照模型及數據通路設計實現機器指令功能的微程序。在PC機上編輯機器指令和微程序，裝載代碼到TDN-CM+實驗系統并運行，實現應用要求。 第二章 指定應用項目的設計實現3.1 課程設計任務 從輸入設備中讀取數據X并將其存入以K為直接地址的內存單元，計算2X加X減1并將結果存入以N為間接地址的內存單元。3.2 課程設計思想及任務分析在進行這一次設計之前當我們看見我們的題目的時候，我們聯系到了最后的一次實驗的機器運行的過程聯系這次的的要求我們先明確的這次設計的大體

4、過程,畫大體圖匯編程序流程圖微指令代碼檢查，然后我們進行了下一步驟，觀察題目在進行這一次的設計之時首先我們看見了在讀取與儲存時的兩種不同的尋址方式，想到了這兩種的不同，具體表示在流程圖上面就是間接尋址要通過地址先找地址再找數據所以要分兩次，然后我們又看了看我們的運算所需要的過程，對照書本的49頁的代碼，我們決定了將2X通過一次X加X算術運算來實現，由于X的給予只需要做運算即可，非運算書上有，加法運算書上有，減1運算書上面也有，于是我們就決定在預算過程過程中通過4次來實現，所以我們想到了先計算X加X然后在將2X求非再加X最后減1的運算流程，于是一個初步的構想于是就這樣形成了，在寫匯編程序時候我們

5、也是忠實的按照這個構想來寫的，由于設計不慎急于求成，將2x操作與非操作搞到一起了，雖然這樣可以實現，但是在別的程序員閱讀是會產生很大的不便，經過老師的講解，我們迅速的從新改變了整體的思路，然后迅速修改，由于需要修改多條偽指令的編號我們決定大體不變，刪除錯的或者講錯的變為正確的，這樣導致了我們的微指令并不是那么的連續，這樣是一個程序上面的瑕疵吧，好在不影響運行與閱讀。設計順序大致如下：先畫出了程序的流程，然后寫出了匯編程序，并且寫出了機器指令，其次我們完成了總體的流程圖，然后根據流程圖寫出了微指令以及微指令代碼，將機器指令代碼與微指令代碼寫成了一個txt文檔用機器錄入，運行程序，對照程序上面顯示

6、的圖與我們畫的流程圖進行對照，檢查來判斷這次試驗的成功與否。 到此我們這一次的設計過程到這里就結束了，我們充分的參與并且體會了設計一個程序的每一次的收獲，充分的體會了其中的設計的快樂與痛苦，對我們的專業只是也有很大的提升。3.3 設計原理在部件試驗中，我們是人為用二進制開關來模擬一些控制信號來完成數據通路的控制。而在本課程設計中，數據通路的控制將由微程序控制器來完成，即一條機器指令對應一個微程序。本設計的規定項目采用五條機器指令：IN（輸入）、MOV（將最終計算結果存入間接地址中）、ADD（二進制加法）、NOT(給2X取非)、STA（將X存入直接地址中）、DEC(減1)、OUT（輸出）、HLT

7、（保持執行結束狀態，不再執行操作），其指令格式如下表1（前四位是操作碼）：指令助記符操作碼地址碼功能說明IN0000 00000000 0000“INPUTDEVICE”->R0ADD0010 00000100 00000000 00110000 0110(DR1)+(DR2)->R0NOT0011 00000000 0101DR1->R0STA0011 00000000 0101R0->RAMDEC0101 00000000 1000R0-1->R0MOV0110 00000000 1001R0->RAM,RAM->RAMOUT0100 000000

8、00 0111RAM->LEDHLT0101 00000000 1001停機 IN為單字長指令，含義是將輸入設備輸入的數據放入R0中 ADD為雙字長指令，其含義是根據指令提供的地址將內存中的數取出放入DR2，與DR1中的數相加，結果放在R0。NOT為單字長指令，含義是將R0的內容取非后放入R0。 STA為雙字長指令，第二個字是要存放的地址，含義是將R0中的內容存儲到第二字為地址的內存單元中。 DEC是單字長指令，含義是R0的內容減1后放入R0 MOV是雙字長指令，第二字是要存放的間接地址，含義是將R0中的內容存儲到第二字為間接地址的內存單元中。 OUT為雙字長指令，含義是根據指令提供的地

9、址，將內存中的數據取出由數碼管進行顯示。 HLT為空轉指令，保持執行結束狀態，并不在執行任何操作。本設計的機器指令如下：地址（二進制）內容（二進制）助記符注釋0000 00000000 0000IN R0“INPUT DEVIECE”->R00000 00010001 0000STA R0,0FHR0->0FH0000 00100000 11110000 00110010 0000ADD 0FH,R0R0+0FH->R00000 01000000 11110000 01010011 0000NOT R0R0->R00000 01100100 0000ADD 0FH,R0

10、R0+0FH->R00000 01110000 11110000 10000101 0000DEC R0R0-1->R00000 10010110 0000MOV R0,10HR0->10H0000 10100001 00000000 10110111 0000OUT 10H10H->LED0000 11000001 00000000 11011000 0000HLT停止0000 11100000 11110000 00010001 00000001 00010001 0001結果為了向RAM中裝入程序和數據，檢查寫入是否正確，并能啟動程序執行，還設計了三個控制臺操作微

11、程序：存儲器讀操作(KRD):撥動總清開關CLR后，當控制臺開關SWB、SWA置為“00”時，按START微動開關，可對RAM進行連續手動讀操作。存儲器寫操作(KWE):撥動總清開關CLR后，當控制臺開關SWB、SWA置為“01”時，按START微動開關，可對RAM進行連續手動寫入。啟動程序：撥動總清開關CLR后，當控制臺開關SWB、SWA置為“11”時，按START微動開關，即可轉入到第01號“取指”微指令，啟動程序運行。上述三條控制臺指令用兩個開關SWB、SWA的狀態來設置，其定義如表2：SWBSWA控制臺指令00讀內存(KRD )01寫內存(KRD )01啟動程序(RP) 按照如下規定的

12、格式，用聯機軟件在CMPP中建立將機器指令及微指令的二進制代碼編輯成十六進制的*.txt類型文件。（微指令格式中的微指令代碼為將表中的24位微代碼按從左到右費城三個八位，將此三個八位二進制代碼轉換為相應的十六進制數即可），并用聯機軟件的轉儲功能將該式文件裝載到試驗系統中。機器指令代碼 機器指令格式說明： $PXX XX十六進制地址 微指令代碼微指令格式說明： $MXX XXXXXX十六進制地址 啟動程序：當控制臺開關SWB、SWA置為“1 1”時，按START微動開關，即可轉入到第01號“取指”微指令，啟動程序運行。根據以上要求設計數據通路框圖如圖2所示：圖2 數據通路框圖微指令格式如表3所示

13、：24232221201918171615 14 1312 11 109 8 7654321S3S2S1S0MCnWEA9A8ABCA5A4A3A2A1A0 按照數據通路可畫出機器指令的微程序流程圖如圖2所示。當擬定“取指”微指令時，該微指令的判別測試字段為P(1)測試。由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P(1)的測試結果出現多路分支。本實驗中共出現8路分支，分別對應8種機器指令。占用8個固定的微地址單元。微程序流程圖根據流程圖寫出所有微指令代碼微指令代碼微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8 A B C 123456000 0 0 0 0 0 0 1 1

14、0 0 00 0 00 0 00 1 0 0 0 0010 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 0020 0 0 0 0 0 0 0 11 0 00 0 00 0 11 0 0 0 0 0030 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 0040 0 0 0 0 0 1 0 10 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 1050 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 0 1 1 0060 0 0 0 0 0 0 0 10 1 10 0 00 0 00 0 0 1 1 1070

15、0 0 0 0 0 0 1 10 1 00 0 10 0 00 0 1 1 1 1100 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 0110 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 1120 0 0 0 0 0 0 0 10 1 00 0 00 0 00 0 1 0 1 1130 0 0 0 0 1 1 1 00 0 01 0 10 0 00 0 0 0 0 1140 0 0 0 0 0 1 0 10 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 1150 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 0

16、0 0 1 0 1 0171 0 0 1 0 1 0 1 10 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1200 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 0 1 0210 0 0 0 0 0 0 0 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 0 0220 0 0 0 0 0 0 0 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 1 1230 0 0 0 0 0 0 1 10 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 1240 0 0 0 0 0 0 0 00 1 00 0 00 0 00 1 1 0 0 0260 0 0 0 1 0 0 1 1

17、0 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1270 0 0 0 0 1 1 1 00 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 0300 0 0 0 0 1 1 0 10 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 1310 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 1 1 0 1 0320 0 0 0 0 0 0 0 10 1 10 0 00 0 00 1 1 0 1 1330 0 0 0 0 0 0 1 10 1 00 0 00 0 00 1 1 1 0 0341 0 0 1 0 1 0 1 10 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1361

18、1 1 1 0 1 0 1 10 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1370 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 0 0 0400 0 0 0 0 0 0 0 00 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 1410 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 1420 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 1 0 1430 0 0 0 0 0 0 1 10 1 00 0 10 0 00 1 0 1 1 0440 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 0

19、0 1 1 0 0 1450 0 0 0 0 0 0 1 10 1 00 0 10 0 00 1 1 1 1 0460 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 1 1 1 1470 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 1 0 0 1500 0 0 0 0 0 0 1 10 0 00 0 00 0 01 0 1 0 0 0指令寄存器(IR)用來保存當前正在執行的一條指令。當執行一條指令時，先把它從內存取到緩沖寄存器中，然后再傳送至指令寄存器。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進制數構成。為了執行任何給定的指令，必須對操作碼進行測試P(1

20、)，通過節拍脈沖T4的控制以便識別所要求的操作。“指令寄存器”(實驗板上標有“INS DECODE”的芯片)根據指令中的操作碼譯碼結果強置微控器單元的微地址，使下一條微指令指向相應得微程序首地址。本系統使用兩種外部設備，一種是二進制代碼開關，它作為輸入設備(INPUT DEVICE);另一種是數碼管，它作為輸出設備(OUPUT DEVICE)。例如：輸入時，二進制開關數據直接經過三態門送到總線上，只要開關狀態不變，輸入的信息也不變。輸出時，將輸出的數據送到數據總線BUS上，當寫信號(W/R)有效時，將數據打入輸出鎖存器，并在數碼管顯示。2.4 課程設計實現步驟3.4.1 按照圖1接線圖連接線路

21、。3.4.2 聯機寫入程序（微指令），按照實驗要求的規定格式，將機器指令及微指令二進制代碼表編輯成十六進制的文件。機器指令$P0000$P0110$P020F$P0320$P040F$P0530$P0640$P070F$P0850$P0960$P0A10$P0B70$P0C10$P0D80$P0F01$P1011$P1100微指令$M00018110$M0101ED82$M0200C060$M0300E004$M04028201$M0500E006$M0600B007$M0701A20F$M0800E00C$M0900E00A$M0A00A00B$M0B070A01$M0C028201$M0D

22、00E00A$M0F959A01$M1001ED92$M1100ED94$M1200A017$M13018001$M14002018$M16099A01$M17070A10$M18068A11$M1900E01A$M1A00B01B$M1B01A21C$M1C959A01$M1EF59A01$M1F00E008$M20001001$M2101ED83$M2201ED85$M2301A216$M2401ED99$M2501A21E$M2601ED7F$M2701ED89$M280180283.4.3 聯機運行聯機運行程序時，進入軟件界面，裝載機器指令及微指令后，選擇運行通路圖復雜模型機功能菜單打開相應的動態數據通路圖，按相應功能鍵即可聯機運行、監控、調試程序。3.5 實驗設計結果與分析在經過運行之后可以得出以下結果：輸入數值 X=0000 0001 (01H)直接地址 K=0000 1111 (0FH)中間結果 2X=1111 1101 (FDH)間接地址 N=0001 0000 (10H)間接地址所指直接地址 0001 0001 (11H)最終結果 2X加X減1=1111 1101（FDH）經檢驗，輸出結果與計算結果相符，證明實驗設計正確3.6 實驗設計小結本次實驗大體上分為三步。首先，是連接電路。其次，裝載課程設計指導書上