模型机设计与实现

武汉理工大学华夏学院课程设计

课程名称计算机组成原理

题目模型机设计与实现

专业计算机科学与技术

班级

姓名

成绩__________________

指导教师田小华

2013 年1 月23 日

课程设计任务书

设计题目模型机设计与实现

设计目的

1. 巩固和加深所学的硬件系统知识；

2. 学习和掌握硬件系统的设计方法；

3．掌握计算机各模块的原理和相互关系,建立计算机整机概念

4．利用基本模型机的构建与调试实验，完整地建立计算机硬件的整机模型，掌握CPU的基本结构和控制流程，掌握指令执行的基本过程。

设计任务（在规定的时间内完成下列任务）

1．掌握CISC微控制器功能与微指令格式

2．设计五条机器指令,并编写对应的微程序

3．在TDN-CM+教学实验系统中调试机器指令程序,确认运行结果

时间安排

1.第21周周1(1月21日下午):全体集中讲解课程设计原理与方法

2.第21周周1～5(1月21～24日):分班调试，撰写设计报告

具体要求

1．1月21日周1：熟悉任务，掌握设备

2．周2：完成模型机的实验线路连接

3．周3：调试模型机，记录实验结果

4．周3：拟定课程设计报告大纲

5．周4：撰写并打印课程设计报告

指导教师签名：田小华2013 年1 月21日

教研室主任签名：201 年月日

目录

1 课程设计目的 (1)

2 设备 (1)

3 课程设计内容

3.1 课程设计原理 (1)

3.2 微指令格式 (6)

3.3 微程序流程图 (6)

3.4 微指令二进制代码表 (7)

3.5实验步骤

3.5.1实验接线图 (9)

3.5.2 操作步骤 (10)

4系统调试

4.1 系统调试过程 (12)

4.2 系统运行截图 (12)

4.3 实验结果分析 (14)

5课程设计总结

5.1 给出每条机器指令的微程序(十六进制格式) (14)

5.2课程设计心得、经验教训及注意事项

5.2.1 注意事项 (15)

5.2.2 经验教训及心得体会 (16)

附录参考文献 (17)

模型机设计与实现

1课程设计目的

掌握计算机各功能模块的工作原理和相互关系,建立计算机的整机概念

2设备

TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台,排线若干

3课程设计内容

3.1课程设计原理

部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。

本实验采用五条机器指令：IN（输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件转移）。

地址（二进制）容（二进制）助记符说明

0000 0000 0000 0000 IN R0 “INPUT DEVICE(班号)”→R0

0000 0001 0001 0000 ADD [0AH],R0 R0+[0AH] →R0

0000 0010 0000 1010

0000 0011 0010 0000 STA R0,[0BH] R0→[0BH]

0000 0100 0000 1011

0000 0101 0011 0000 OUT [0BH] [0BH] →LED

0000 0110 0000 1011

0000 0111 0100 0000 JMP 00H 00H→ PC

0000 1000 0000 0000

0000 1001

0000 1010 0000 1001 学号(18号同学)

0000 1011 求和结果(班号加学号)

IN指令：输入开关值的数据即输入班号：42H。开关拨出01000010，将这个数据送入R0中。将内存6116的OAH中放入自己的学号即18=12H。

ADD指令：进行班号+学号运算

OUT指令：内存OB单元的内容将在LED模块上显示，若是LED模块有问题的话，在数据总线上也可以看到。

存储器读操作（KRD）：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA为“00”时，按START微动开关，可对RAM连续手动读操作。

存储器写操作（KWE）：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA为“01”时，按START微动开关，可对RAM进行连续手动写入。

启动程序：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA置为“11”时，按START微动开关，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行

上述三条控制台指令用两个开关SWB、SWA的状态来设置，其定义如下：

SWB SWA 控制台指令

0 0 读内存（KRD）

0 1 写内存（KWE）

1 1 启动程序（RP）

其中6116中的地址以及内存的读、写、运行等，都是通过联机直接加载上去的，不用自己动手去操作。

实验数据通路框图，见图1

图1实验数据通路框图

3.2微指令格式

实验过程中使用的机器指令的微指令格式如图2

图2 微指令格式3.3微程序流程图

图3 微指令流程图

3.4微指令二进制代码表

微指令二进制代码表，详见表1

表1 微指令二进制代码表