基本模型機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn)

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1、計算機(jī)組成原理課程設(shè)計報告題目:簡單模型機(jī)設(shè)計院(系):計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè):計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班級:100602學(xué)生:王朝綱學(xué)號:100602119指導(dǎo)教師:徐萬羅2012年6月一、實驗?zāi)康?、在掌握部件單元電路實驗的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步將其組成系統(tǒng)地構(gòu)造一臺基本模型計算機(jī)。2、為其定義5條機(jī)器指令,并編寫相應(yīng)的微程序,上機(jī)調(diào)試掌握機(jī)概念。二、實驗設(shè)備Dais-CMH+/CMH計算器組成原理教學(xué)實驗系統(tǒng)一臺,實驗用扁平線、導(dǎo)線若干。三、實驗內(nèi)容1.實驗原理部件實驗過程中,各部件單元的控制信號是以人為模擬產(chǎn)生為主,而本次

2、實驗將能在微程序控制下自動產(chǎn)生各部件單元的控制信號,實現(xiàn)特定的指令的功能。這里,計算機(jī)數(shù)據(jù)通路的控制將由微程序控制器來完成,CPU從內(nèi)存中取出一條機(jī)器指令到指令執(zhí)行結(jié)束的一個指令周期全部由微指令組成的序列來完成,即一條機(jī)器指令對應(yīng)一個微程序.在這次課程設(shè)計中,主要用到IN(輸入)、ADD(加法)、STA(存數(shù))、OUT(輸出)、JMP(無條件轉(zhuǎn)移)五條機(jī)器指令,其指令格式如下(前四位為操作碼):助記符機(jī)器指令碼(二進(jìn)制)說明微程序的入口地址(八進(jìn)制)IN00100000“INPUTDEVICE”中的開關(guān)狀態(tài)—>R00

3、9(取指令后續(xù)微指令默認(rèn)地址為09)ADDaddr01000000XXXXXXXXRO+[addr]——>R00ASUBaddr11000000XXXXXXXXRO-[addr]——>R00ESTAaddr01100000XXXXXXXXRO——>[addr]0BOUTaddr10000000XXXXXXXX[addr]——>LED0CJMPaddr10100000XXXXXXXXaddr——>PC0D其中IN為單字節(jié)(8位),期于為雙字節(jié)指令,XXXXXXXX為addr對應(yīng)的二進(jìn)制地址碼。系統(tǒng)涉及到的微程序流程圖如

4、圖1-1所示,數(shù)據(jù)通路框圖見圖1-2,當(dāng)擬定“取消”微指令時,該微指令的差別測試字段為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(jié)果出現(xiàn)多路分支。本機(jī)用指令寄存器的前4位(IR7~IR4)作為測試條件,出現(xiàn)5路分支,占用5個固定微地單元。011A191817141316070E0D0C0B060504030A09P(1)PC->ARPC+1PC->ARPC+1SW->R0PC->ARPC+1PC->ARPC+1PC->ARPC+1RAM->BUSBUS->ARRAM->BUSB

5、US->DR2RO->DR1(DR1)+(DR2)->RORAM->BUSBUS->ARRO->BUSBUS->RAMRAM->BUSBUS->ARRAM->BUSBUS->LEDRAM->BUSBUS->ARRAM->BUSBUS->ARRAM->BUSBUS->DR2RO->DR1(DR1)^(DR2)->RO0102RAM->BUSBUS->IRPC->ARPC+1080101010101圖1-1微程序流程圖??????????????????圖1-2數(shù)據(jù)通路框圖其中:①ALU:這是4位帶進(jìn)位的加法器。帶有兩個

6、鎖存器IR1、IR2。由S0、S1、S2、S3、CN、N控制信號設(shè)置其運行狀態(tài)。S0、S1、S2、S3控制ALU的運算方式;同時當(dāng)二進(jìn)制開關(guān)N=1是進(jìn)行邏輯運算,當(dāng)N=0是進(jìn)行算術(shù)運算。CN是ALU的進(jìn)位控制開關(guān),當(dāng)CN=0是無進(jìn)位;CN=1是帶進(jìn)位。②TEXT:作為移位發(fā)生器。由S0、S1、M控制信號設(shè)置其運行狀態(tài),其控制特性列表如下:299-BS1S0M功能000任意保持0100循環(huán)右移0101帶進(jìn)位循環(huán)右移0010循環(huán)左移0011帶進(jìn)位循環(huán)左移任意11任意裝數(shù)??????????????????????說明:令

7、CBA=011時表中299-B=0③MEM:主存。用來存放數(shù)據(jù)。④PC:程序計數(shù)器又稱為指令計數(shù)器或指令指針I(yè)P,它的作用是提供指令的地址。因此PC用來指示程序的進(jìn)程。當(dāng)現(xiàn)行指令執(zhí)行完畢時,由PC提供后繼指令的地址,并送往主存的地址寄存器MAR。當(dāng)程序按順序執(zhí)行時,每讀取一條指令后,PC要加上一個增量(通常為剛讀取指令所占的存儲單元數(shù)),以指向下條指令地址。當(dāng)遇到轉(zhuǎn)移指令時,需改變程序的執(zhí)行順序,則由轉(zhuǎn)移指令形成轉(zhuǎn)移地址送往PC作為后繼指令地址。PC具有加1計數(shù)功能,并可以編程訪問。⑤IR:指令寄存器。用來存放當(dāng)前正

8、在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時,應(yīng)先將指令從主存中讀出到IR中。IR的輸出是控制器產(chǎn)生控制信號的主要邏輯依據(jù)。不可編程訪問。⑥AR:地址寄存器,用來保存當(dāng)前CPU所訪問的主存黨員的地址。由于主存和CPU之間存在著操作速度上的差別,所以必須使用地址寄存器來保持地址信息,直到主存的讀寫操作完成為止。⑦Rx:圖中的R0、R1、R2為通用寄存器???/p>

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