1、 计算机组成原理课程设计实验报告 计算机组成原理课程设计实验报告 1复杂模型机的设计与实现复杂模型机的设计与实现一 课程设计题目：复杂模型机的设计与实现二设计目的综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。三实验环境1硬件环境：A.Dais-CMB+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。B.PC 机2软件环境A.操作系统。B.Dais-CMB+应用软件。四设计要求1熟悉 Dais-CMB+应用软件的工作环境，掌握各种功能的使用。2拟定数据格式及指令系统:A.数据格式拟采用定点补码表示数据，且字长为 8 位，其格式如下：7 6543210符号 尾数其中第 7 位为符号位，数值表示
2、范围是：-1X1。B.指令格式模型机设计四大类指令格式共 16 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。算术逻辑指令: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，其格式如下：7654 32 10OP-CODE RS rd其中 OP-CODE 为操作码，RS 为原寄存器，rd 为目的寄存器，并规定：RS 或 rd 选定的寄存器0001R0R1计算机组成原理课程设计实验报告 计算机组成原理课程设计实验报告 210 R29 条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表 1。访问指令及转移指令:模型机设计 2 条访问;指令，即存数（STA） 、取数（LDA
3、）,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),指令格式为:7 6 5 4 3 2 1 00 M 0 OP-CODE rdD其中,OP-CODE 为操作码, 为目的寄存器地址(LDA、STA 指令使用)。D 为位移量（正负均可） ，M 为寻址模式，其定义如下：寻址模式 M 有效地址 E 说明00011011E=DE=（D）E=（RI）+DE=（PC）+D直接寻址间接寻址RI 变址寻址相对寻址本模型机规定变址寄存器 RI 指定为寄存器 R2。I/O 指令:输入（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令，其格式如下：7 6 5 4 3 2 1 0OP-CODE add
4、r Rd其中，addr =10 时，选中“INPUT DEVICE”中的开关作为输入设备，addr =11 时，选中“OUTPUT DEVICE”中的 LED 作为输出设备。停机指令: 指令格式如下：7 6 5 4 3 2 1 0OP-CODE 0 0 0 0HALT 指令，用于实现停机操作。C.指令系统本模型机共有 16 条指令，其中算术逻辑指令 7 条，访问内存指令和程序控制指令 4 条，输入输出指令 2 条，其他指令 1 条。表 6-1 列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。计算机组成原理课程设计实验报告 计算机组成原理课程设计实验报告 3表 1 3.总体设计:模型机的数据通路框图参
5、照图 1，要求如下：(1)选用适当软件画出数据通路框图；(2)写出图中选用芯片的逻辑功能，并标出外引脚；(3)说明图中各芯片的作用；(4)列出图中所有微操作信号，说明其功能。汇编符号 指令格式 功能1110 00 RD0001 RS RD0011 RS RDCLR rdMOV rs, rdADC rs, rdSBC rs, rd 0101 RS RD0 rdRS rdRS+rd+cy rdRS-rd-cy rd0111 RS RD1001 RS RD1011 RS RD1101 RS RDINC rdAND rs, rdCOCOM rdRRC rs, rdRLC rs, rd 1111 RS
6、RDRd+1 rdRsrd rdRd rdCy rsCy rs0 M 0 00 RD0 M 0 01 RD0 M 0 10 00LDA M, D, rdSTA M, D, rdJMP M, DBZC M, D 0 M 0 11 00E rsRd EE PC当 CY=1 或 Z-1 时，EPC1000 01 RD Addr rd IN addr,rdOUT addr,rd 1010 10 RD Rd addrHALT 1100 00 00 停机计算机组成原理课程设计实验报告 计算机组成原理课程设计实验报告 4B写出上图中选用芯片的逻辑功能，并标出外引脚；74LS161N 芯片介绍：1. 芯片图：
7、2. 逻辑功能：计算机组成原理课程设计实验报告 计算机组成原理课程设计实验报告 574LS161 为异步清零计数器74LS181 芯片介绍：1.芯片图：2.逻辑功能：74LS181 为算术逻辑单元/函数产生器。181 能执行 16 种算术运算和 16 种逻辑运算，当工作方式控制端（M）为低点平时执行算术运算，当工作方式控制端（M）为高电平时执行逻辑运算。运算功能由选择端（S0-S3）决定。其功能表如下：RD LD ET EP CP D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q00 0 0 0 01 0 D C B A D C B A1 1 0 保 持1 1 0 保 持1 1 1 1 计 数74
8、LS161 功能表计算机组成原理课程设计实验报告 计算机组成原理课程设计实验报告 674LS273 芯片介绍：1.芯片图：2.逻辑功能：SN74LS273 是一个 8 位的高速寄存器，这种触发器由 8 种 D 触发器组成，具有共同的时钟和异步活动的低电平控制端。74LS299 芯片介绍:1.芯片图：计算机组成原理课程设计实验报告 计算机组成原理课程设计实验报告 72.逻辑功能：74LS373 芯片介绍：1.芯片图：2.逻辑功能:74LS273 为 8D 触发器， 为低电平有效的清除端，当 =0 时，输出全CLRCLR为 0 且与其他输入端无关；CP 端是时钟信号，当 CP 由低电平向高电平跳变
9、时刻，D 端输入数据传送到 Q 输出端。74LS373 是带三态缓冲输出的 8D 锁存器，由于单片机的三总线结构中，数据线与地址线的低 8 位共用 P0 口，因此必须用地址锁存器将地址信号和数据信号区分开。74LS373 的锁存控制端 G 直接与单片机的锁存控制信号 ALE 相连，计算机组成原理课程设计实验报告 计算机组成原理课程设计实验报告 8在 ALE 的下降沿锁存低 8 位地址。6116 芯片介绍：1.芯片图2.逻辑功能6116 有 11 条地址线 A0A10；8 条双向数据线 I/O0I/O7； 为片选线，CE低电平有效； 写允许线，低电平有效； 读允许线，低电平有效。6116 的WE
10、OE操作方式如下表所示。表： 6116 功能表：CO方式 I/O0I/O7H 未选中 高阻L L H 读 O0O7L H L 写 I0 I7L L L 写 I0 I74.设计微程序流程:根据机器指令系统要求，设计微程序流程图并确定微地址。 （参考图 2）要求： 拟出各指令的读取与执行流程，及其操作时间表。 按照系统建议的微指令格式，参照微指令流程图，将每条指令代码化，译成二进制代码表，并将二进制代码表转移为联机操作时的十六进制格式文件 32 31 30 29 28 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15A AR 备用 A9 A8 CE LOAD CN M S0
11、S1 S2 S3 B LDAR14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1计算机组成原理课程设计实验报告 计算机组成原理课程设计实验报告 9A 字段 32 31 30 选择0 0 00 0 1 PC-B0 1 0 AL-U-B0 1 1 299-B1 0 0 RS-B1 0 1 RD-B1 1 0 RI-BB 字段说明：DDR1 表示 LDDR1；DDR2 表示 LDDR2LDPC LDIR DDR2 DDR1 LDRi WE UA0 UA1 UA2 UA3 UA4 UA5 B SW16 2 选择 测试字0 00 1 P（1） 识别操作码1 0 P（2） 判寻址方式1 1
12、P（3） 条件测试计算机组成原理课程设计实验报告 计算机组成原理课程设计实验报告 105编写程序:(1)利用 PC 机编写程序，并记录单步，宏单运行时的微指令显示，微地址显示，数码管显示结果；(2)分析单步运行时数据通路和各部件的运行情况。编写的程序如下：P00 84 ； IN R0P01 85 ； IN R1P02 21 ； ADD 30H ，R1P03 30P04 11 ； MOV R1，R2P05 F2 ； RLC R2P06 E0 ； RL R0P07 22 ； ADD R2 ，R0P08 C0 ； RRC R0P09 60 ； STA 0BH ，R0P0A 0BP0B 80 ； OUT BUS ，0AHP0C 0A
