1、課程設計報告課 程 名 稱： 計算機組成原理題 目 名 稱： 復雜模型機的設計與實現專 業 名 稱： 計算機科學班級： 2012240202學號： 201224020218學 生 姓 名：李佩霖同 組 人：聶銘指 導 老 師 ：單博煒完 成 時 間 ：2014 年 12 月 29 日 至 2014 年 12 月31 日目錄第一章 課程設計概述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 規定項目的實驗驗證2.1 任務分析以及解決方案2.2 設計原理第三章 指定應用項目的設計實現第四章 收獲和體會第一章 課程設計概述1.1 課程設計的教學目的綜合運用所學計算機組成原理知識，設計

2、并實現較為完整的計算機。1.2 課程設計任務和基本要求在模型機上實現如下運算：從 IN 單元讀入一個數據，根據讀入數據的低四位值X,求對應X值的1+2+3+的整數序列的累加和，X為序列的長度。要求使用實驗機上的復雜模型機設計實驗上的數據格式和指令格式、 數據通 路、微程序流程圖設計微程序，并通過手動和聯機輸入完成實驗驗證。第二章 規定項目的實驗驗證2.1 任務分析以及解決方案考慮到實驗任務為計算數的序列的累加和，所以實驗過程應該為：1. 學習并掌握微指令的結構以及運算方式。2 根據實驗機數據通路的原理框圖在實驗機上連接線路。3 手動和聯機向實驗機打入微程序，運行并驗證。2.2 設計原理如圖 1

3、 為模型機數據通路原理框圖，圖 2為微程序流程圖。L3JIPC. 3#u = aLt<i口i日章R2 =XTL&PCr14A -T4R1 二nLDB3TCns-)0(I-tMLDL；RI1啟岸R3TtnMEM 二AA7 A6S253OP*lOVC二 lOYlIQY2IOV3IMTVIO¥3INT-Q 恥8259I匚閘冒直iW#nfLDIR%控制器1' 4 押制佑云ElI*ionWRED 譯訓IOMIOVO15眾OPWI0W#沁# OP#m4itPie>§奧1JSY=s 匚頁牡 h也1C4CM*詡n臣SV壬-fc-w-I關于數據格式，模型機規定采用

4、定點補碼表示法表示數據， 數據字長為8位, 8位全部用來表示數據。關于指令格式，模型機設計3大指令共15條，其中包括運算類指令、控制 轉移類指令、數據傳送類指令。運算類指令包含 3種，算術運算、邏輯運算、一 位運算，設計有6條運算類指令，分別為：ADD AND INC、SUB OR RR所有 運算類指令均為單字節指令，尋址方式采用寄存器直接尋址。控制轉移類指令有 3條，分別為：HLT JMR BZC數據傳送類指令有：IN、OUT MOV LDI、LAD STA所有單字節指令（ADD AND INC、SUB OR RR HLT和MOV指令格式如圖2 所示。7 6 5 43 21 0OP-CODE

5、RSRD圖2其中，OP-COD為操作碼，RS為源寄存器，RD為目的寄存器，規定如圖 3 所示。RS 或 RD選定的寄存器00R001R110R211R3圖3IN和OUT指令格式如圖4所示:7654 (1)3 2 (1)1 0 (1)70 (2)OP-CODERSRDP圖4其中括號中的1表示指令的第一字節，2表示指令的第二字節，OP-CODE 操作碼，RS為源寄存器，RD為目的寄存器，P為I/O端口號，占用一個字節。LDI指令格式如圖5所示:7 6 5 4 (1)3 2 (1)1 0 (1)7-0 (2)OP-CODERSRDdata圖5LAD STA JMP和BZC指令格式如圖6所示:7654

6、 (1)3 2 (1)1 o7-0 (2)OP-CODEMRDD圖6其中M為尋址模式，如圖7所示，以R2作為變址寄存器RI。尋址模式M有效地址E說明00E = D直接尋址01E= (D)間接尋址10E= (RI) +DRI變址尋址11E= (PC) +D相對尋址圖7如下為微指令源程序：$P 00 20; START: IN R0,00H從IN單元讀入計數初值$P 01 00$P 02 61; LDI R1,0FH立即數0FH送R1$P 03 OF$P 04 14; AND R0,R1得到R0低四位$P 05 61; LDI R1,00H裝入和初值00H$P 06 00$P 07 F0 ; BZ

7、C RESULT計數值為0則跳轉$P 08 16$P 09 62; LDI R2,60H讀入數據始地址$P 0A 60$P 0B CB ; LOOP: LAD R3,RI,00H從MEM賣入數據送R3,變址尋址,偏移里為00H$P 0C 00$P 0D 0D ; ADD R1,R3累加求和$P 0E 72; INC RI變址寄存加1，指向下一數據$P 0F 63; LDI R3,01H裝入比較值$P 10 01$P 11 8C ; SUB R0,R3$P 12 F0 ; BZC RESULT相減為0，表示求和元畢$P 13 16$P 14 E0 ; JMP LOOP$P 15 0B$P 16

8、D1 ; RESULT: STA 70H,R1$P 17 70$P 18 34 ; OUT 40H,R1$P 19 40$P 1A E0 ; JMP START$P 1B 00$P 1C 50 ; HLT未完則繼續和存于MEM勺70H單元和在OUT單元顯示跳轉至 START停機$P 60 01$P 61 02$P 62 03$P 63 04$P 64 05$P 65 06$P 66 07$P 67 08$P 68 09$P 69 0a$P 6A 0b$P 6B 0c$P 6C 0d$P 6D 0e$P 6E 0f數據; /* End Of Main Memory Data */; /* Sta

9、rt Of MicroController Data */$M 00 000001$M 01 006D43$M 03 107070$M 04 002405$M 05 04B201$M 06 002407$M 07 013201$M 08 106009; NOP; PC->AR, PC 加 1; MEM->IR, P<1> RS->B; A 加 B->RD; RS->B; A 與 B->RD; MEM->AR$M 09 183001$M 0A 106010$M 0B 000001$M 0C 103001$M 0D 200601$M 0E 00

10、5341$M 0F 0000CB$M 10 280401; IO->RD; MEM->AR; NOP; MEM->RD; RD->MEM; A->PC; NOP, P<3> ; RS->IO$M 11 103001$M 12 06B201$M 13 002414$M 14 05B201$M 15 002416$M 16 01B201$M 17 002418$M 18 02B201$M 1B 005341$M 1C 10101D $M 1D 10608C $M 1E 10601F $M 1F 101020 $M 20 10608C $M 28 10

11、1029 $M 29 00282A $M 2A 04E22B $M 2B 04928C $M 2C 10102D$M 2D 002C2E $M 2E 04E22F $M 2F 04928C $M 30 001604 $M 31 001606 $M 32 006D48 $M 33 006D4A $M 34 003401 $M 35 000035 $M 36 006D51 $M 37 001612 $M 38 001613 $M 39 001615 $M 3A 001617 $M 3B 000001 $M 3C 006D5C $M 3D 006D5E $M 3E 006D68 $M 3F 006D

12、6C; MEM->RD; A 加 1->RD; RS->B; A 減 B->RD; RS->B; A 或 B->RD; RS->B; A 右環移 ->RD; A->PC; MEM->A; MEM->AR, P<2> MEM->AR; MEM->A; MEM->AR, P<2> MEM->A; RI->B; A 加 B->AR; A 加 B->A, P<2> MEM->A; PC->B; A 加 B->AR; A 加 B->A,

13、P<2> RD->A; RD->A; PC->AR, PC 加 1; PC->AR, PC 加 1 ; RS->RD; NOP; PC->AR, PC 加 1; RD->A; RD->A; RD->A; RD->A; NOP; PC->AR, PC 加 1; PC->AR, PC 加 1; PC->AR, PC 加 1; PC->AR, PC 加 1; /* End Of MicroController Data */第三章 指定應用項目的設計實現在實驗機上的電路接線圖如圖 8 所示：MC單元?：

14、I-y.mI ：lhW1W1學-X'VJRD 1*LMI.陳ifiOLMl；i!ALL1I卻元 I tw<J-IINfl町I TrirrKi_E -fW_exir呼pnI-i*_Iff 曲.w L LDK F4：P u- sii： L LIME -第四章收獲和體會圖9是連線圖 JCCi識即廟LJMliLUSJpa> i'I®ILDWPr11!睢元l-CWIJ>AHLWX口'L：內汕蜒rcimu1sr_rsnUH*=JC UMk Q 跡 6 II*M ' nnnn11mifm1|M訶13H蔔Tt*32 卩24W-肚F£|3EJ

15、二£iHAafci jttaj;*w心K.iUni證1【 1 "匚 丨 "” V -i圖10是上機調試、運行程序的狀態分析截圖T VftiE. -!>£： » 山 «IE. E：阪測匸 Ktt.r fliDQ ll印 SR* U 空Id "5口Mill J :口丘二企±7比直f國« - ft ff1 !圖10注意到上圖中，輸入模塊“IN ”的數據為“ 07”，則計算的結果為1+2+3+4+5+6+7=28以十六進制表示為1C,這與上圖中輸出模塊“ OUT的數據 “ 1C'相符。收獲與體會：一周的課程設計結束了。這次課程設計，不僅檢驗了我所學習的知識，也讓 我學會了如何去把