湖南工程学院 复杂模型计算机的设计.doc

1、课 程 设 计 报 告课程名称 计算机组成原理 课题名称 复杂模型计算机的设计 专 业 计算机科学与技术 班 级 学 号 姓 名 指导教师 唐北平、陈华光、陈多、 年 月日2湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 计算机组成原理 课 题 复杂模型计算机的设计 专业班级 学生姓名 学 号 指导老师 唐北平、陈华光、陈多 审 批 陈华光 任务书下达日期 任 务 完 成 日 期 3一 、 设 计 内 容 与 设 计 要 求1设计内容模型机是由五个部分组成的计算机，通过它可以理解计算机整机的结构及功能，理解 CPU、存储器、中断控制器、总线的结构及实现逻辑和各部件之间的接口关系。本次课程设计的

2、主要内容是利用西安唐都公司的 TDN-CM+的内部可编程资源，设计一个模型计算机。本课程设计的主要目的是通过部件级的模型机的设计和调试，使学生理解计算机由 5 部分组成，掌握计算机的工作过程，从“指令微指令微操作”概念的理解，从而清晰地建立计算机的整机概念，并培养学生分析和解决实际问题的能力，同时增强学生的动手能力。2设计要求：(1) 借助于 TDN-CM+的内部可编程资源，运算器单元，控制存储器，微命令寄存器，地址转移逻辑，微地址寄存器，控制时序信号单元，寄存器组，总线，输入输出单元等，用微程序的方式设计一台的模型计算机。设计包括模型计算机组成的设计，指令系统的设计，并用汇编语言完成设计并调

3、试成功。(2) 复杂模型机的设计要求 (参考 P107-115)模型机设计四大类指令共十六条，其中包括算术逻辑指令、I/O 指令、访问及转移指令和停机指令。设计 9 条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址。设计 2 条访内指令，即存数（STA） 、取数（LDA） ，2 条转移指令，即无条件转移（JMP） 、结果为零或有进位转移指令（BZC） 。设计 2 条 I/O 指令，输入（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令。设计停机指令 1 条用单字节表示。(3) 调试的程序第一组地址（H） 内容（H） 助记符 说明$P00 44 IN 01 R0 INPUT device-R0$

4、P01 46 IN 01 R2 INPUT device-R2$P02 98 ADC R2 R0 R2+R0+CY-R0$P03 81 MOV R0 R1 R0-R1$P04 F5 RLC R1 R1 R1 右移一位$P05 0C BZC 00 00 00-PC4$P06 00 第二组地址（H） 内容（H） 助记符 说明$P00 45 IN 01 R1 INPUT device-R1 $P01 00 LDA 00 00 R0 (20)- R0$P02 20 $P03 86 MOV R1 R2 R1-R2$P04 A8 SBC R2 R0 R2-R0-CY-R0$P05 F5 RLC R1 R1

5、 R1 右移一位 $P06 0C BZC 00 00 00-PC$P07 00第三组地址（H） 内容（H） 助记符 说明$P00 46 IN 01 R2 INPUT device-R2 $P01 84 MOV R2 R0 R2- R0$P02 44 IN 01 R0 INPUT device-R0 $P03 98 ADC R2 R0 R2+R0+CY-R0$P04 E2 COM R2 NOT R2 -R0$P05 D6 STA 00 0A R2 R2 -(0A)$P06 0A$P07 0C BZC 00 00 00-PC$P08 00在规定的时间内以小组为单位完成相关的系统功能实现、数据测试和

6、记录并进行适当的分析。要求,同一小组的每个同学必须分析一条不同的机器指令的微程序的组成,说明组成该机器指令的每一条微指令的微命令(不同的控制信号的组成)。要求修改一条微指令。(4)按本任务书的要求，编写课程设计报告 （Word 文档格式） 。并用 A4的复印纸打印并装订。 (5)在规定的时间内，请各班学习委员收齐课程设计报告在星期五交陈华光5老师。3分组及安排分 5 组，学号除以 5 取余数，余数为 0 的同学做复杂模型机 1、余数为 1 的同学做复杂模型机 2，余数为 2 的同学做复杂模型机 3，余数为 3 的同学做基于RISC 的模型机，余数为 4 的做流水线模型机，每个组必须独立完成指定

7、的题目，每个同学按要求独立完成课程设计报告。4成绩评定程序设计方案是否合理；程序设计是否正确；调试结果；设计说明书的质量高低；答辩时回答问题情况；课程设计周表现情况；总评成绩记入“课程设计成绩评分表” 。6二、进 度 安 排第 2 周，具体安排如下：星期 时间 班级 内容 地点第 2 周星期一 8:3011:30 布置任务，任 务安排星期二 8:3011:30 接线星期二 14:3017:30 接线星期三 8:3011:30 编程星期三 14:3017:30 调试星期四 14:3017:30 系统调试实现星期五 8:3011:30 测试程序，写 报告7目录一、课题的主要功能 .8二、总体设计方

8、案 .9三、数据格式和寻址方式的设计 .12四、指令和和微程序的设计 .15五、线路连接图 .16六、微程序流程及说明 .17（1）微程序截图流程 .17（2）修改后的机器指令 .19七、课程设计的收获及体会 .23八、参考资料 .24九、评分表 .258一、课题的主要功能本课题设计的主要目的是通过部件级的模型机的设计和调试，使学生理解计算机由 5 部分组成，掌握计算机的工作过程，从“指令 微指令微操作”概念的理解，从而清晰地建立计算机的整机概念，并培养学生分析和解决实际问题的能力，同时增强学生的动手能力。此次课题的目的是完整设计一台模型计算机，进一步建立整机的概念。借助于 TDN-CM+的内

9、部可编程资源，运算器单元，控制存储器，微命令寄存器、地址转移逻辑，微地址寄存器，控制时序信号单元，寄存器组，总线，输入、输出单元等，用微程序的方式设计一台的模型计算机。设计包括模型计算机组成的设计，指令系统的设计，并用汇编语言完成设计并调试成功因此我们先通过一个复杂模型机的设计实验来进行实际的计算机设计和实现，然后安排了用CPLD 来实现一个 CPU 中的大部分功能的设计实验，接着讨论了输入输出系统的概念、分类、接口、寻址、基本控制方式等，根据后续微地址的形成方法，确定每条微程序地址及分支转移地址。根据微指令格式，将微程序流程中的所有微指令代码化，转化成相应的二进制代码，写入到控制存储器中的相应单元中。在总调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有各功能模块工作正常后，才能保证整机的运行正确。9二、总体设计方案(1) 复杂模型机的逻辑框图 以控制器为中心，首控制器从指令寄存器取得指令，编译指令，再输出微控制信号，控制ALU的运算，PC加一，并且从RAM中取出数据运算，运算后再把结果通过数据总线存到RAM，在指令寄存器读去下一条指令，依次循环。图1 复杂模型计算机逻辑框图102、用框图语言表示模型机的指令执行流程图2 模型计算机逻辑框图