計算機組成原理組成課程設(shè)計

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1、計算機組成原理課程設(shè)計報告設(shè)計題目:中央處理器--微程序控制器設(shè)計院系：計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院班級：2012級4班設(shè)計者：李雪飛（21209010415）曹項飛（21209010416）衛(wèi)妙珠（21209010419）指導(dǎo)教師：吳戴明設(shè)計時間：2015.1.716目錄一、課題分析41.1、設(shè)計目的41.2、設(shè)計任務(wù)41.3、課程設(shè)計題目分析41.3.1課題設(shè)計準(zhǔn)備41.3.2讀/寫操作的認(rèn)識5二、總體設(shè)計52.1、設(shè)計原理62.2功能設(shè)計6三、方案比較7四、分步設(shè)計84.1小組成員設(shè)計任務(wù)分配84.2微程序控制器的設(shè)

2、計84.2.1設(shè)計要求84.2.2設(shè)計內(nèi)容84.3、指令周期流程圖94.4、機器指令設(shè)計94.5系統(tǒng)組成框圖104.6、各部件功能114.7微指令格式124.8微程序流程圖13164.10數(shù)據(jù)連通圖和接線圖14五、設(shè)計成果155.1運行結(jié)果155.2課程設(shè)計的收獲16六、存在問題及改進(jìn)建議16七、參考文獻(xiàn)及相關(guān)網(wǎng)址17一、課題分析通過計算機組成原理理論課和幾次實驗的學(xué)習(xí)，編寫相應(yīng)的微程序，完成由基本單元電路構(gòu)成一臺基本模型機，再經(jīng)過調(diào)試指令和模型機使其在微程序的控制下自動產(chǎn)生各部件單元的正常工作控制信號。在設(shè)計基本

3、模型機的實驗基礎(chǔ)上，完成這次的課程設(shè)計。這次的課程設(shè)計將能在微程序控制下自動產(chǎn)生各部件單元控制信號，實現(xiàn)特定指令的功能。這里，計算機數(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，即一條機器指令對應(yīng)一條微程序。161.1、設(shè)計目的計算機組成與結(jié)構(gòu)課程設(shè)計是“計算機組成與結(jié)構(gòu)”課程的后續(xù)設(shè)計性課程，通過設(shè)計一臺模型計算機，使學(xué)生更好地理解計算機組成與結(jié)構(gòu)課程的基本內(nèi)容，掌握計算機設(shè)計與實現(xiàn)的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生實驗動手能力和創(chuàng)新意識，為以后

4、進(jìn)行計算機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)奠定基礎(chǔ)。1.2、設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個8位模型計算機系統(tǒng)，包括運算器，微程序控制器，存儲器,簡單輸入／輸出接口和設(shè)備。在計算機組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗系統(tǒng)上搭建模型計算機系統(tǒng)，完成運算器、微程序控制器的設(shè)計調(diào)試任務(wù)，并用所設(shè)計的指令系統(tǒng)編寫一個實現(xiàn)簡單功能的程序，在搭建的模型機系統(tǒng)上輸入、調(diào)試和運行程序。最后總結(jié)實驗結(jié)果，完善所設(shè)計的模型機系統(tǒng)方案和電路圖，寫出完整的設(shè)計報告。1.3、課程設(shè)計題目分析基于我們對簡單和復(fù)雜模型機的理解和實驗，我們對課程設(shè)計分析1.3.1、課題設(shè)計準(zhǔn)備⑴、確定設(shè)

5、計目標(biāo)確定所設(shè)計計算機的功能和用途。⑵、確定指令系統(tǒng)確定數(shù)據(jù)的表示格式、位數(shù)、指令的編碼、類型、需要設(shè)計哪些指令及使用的尋址方式。確定相對應(yīng)指令所包含的微操作。⑶、總體結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通路總體結(jié)構(gòu)設(shè)計包括確定各部件設(shè)置以及它們之間的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，就可以擬出各種信息傳輸路徑，以及實現(xiàn)這些傳輸所需要的微命令。綜合考慮計算機的速率、性能價格比、可靠性等要求，設(shè)計合理的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)，確定采用何種方案的內(nèi)總線及外總線。數(shù)據(jù)通路不同，執(zhí)行指令所需要的操作就不同，計算機的結(jié)構(gòu)也就不一樣。⑷、設(shè)計指令執(zhí)行流程數(shù)據(jù)通路確定后，

6、就可以設(shè)計指令系統(tǒng)中每條指令所需要的機器周期數(shù)。對于微程序控制的計算機，根據(jù)總線結(jié)構(gòu)，需考慮哪些微操作可以安排在同一條微指令中，哪些微操作不能安排在同一條微指令中。⑸、確定微程序地址根據(jù)后續(xù)微地址的形成方法，確定每個微程序地址及分支轉(zhuǎn)移地址。⑹、微指令代碼化16根據(jù)微指令格式，將微程序流程中的所有微指令代碼化，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的二進(jìn)制代碼寫入到控制存儲器中的相應(yīng)單元中。⑺、組裝、調(diào)試在總調(diào)試前，先按功能模塊進(jìn)行組裝和分調(diào)，因為只有各功能模塊工作正常后，才能保證整機的正常運行。1.3.2讀/寫操作的認(rèn)識機器指令碼的前4位為

7、操作碼。其中IN為單字長，其余為雙字長指令，XXXXXXXX為addr對應(yīng)的二進(jìn)制地址碼。為了向RAM中裝入程序和數(shù)據(jù)，檢查寫入是否正確，并能啟動程序執(zhí)行，還必須設(shè)計三個控制臺操作微程序。存儲器讀操作（READ）：撥動總清開關(guān)CLR后，控制臺開關(guān)SWB、SWA為“00”時，按START微動開關(guān)，可對RAM連續(xù)手動讀操作。存儲器寫操作（WRITE）：撥動總清開關(guān)CLR后，控制臺開關(guān)SWB、SWA設(shè)置為“01”時，按START微動開關(guān)可對RAM進(jìn)行連續(xù)手動寫入。啟動程序（RUN）：撥動總清開關(guān)CLR后，控制臺開關(guān)SWB

8、、SWA設(shè)置為“11”時，按START微動開關(guān)，即可轉(zhuǎn)入到第01號“取址”微指令，啟動程序運行。上述三條控制臺指令用兩個開關(guān)SWB、SWA的狀態(tài)來設(shè)置，其定義如下：SWBSWA控制臺命令00讀內(nèi)存（READ）01寫內(nèi)存（WRITE）11啟動程序運行（RUN）一、總體設(shè)計2.1、設(shè)計原理CPU由運算器（ALU）、微程序控制器（MC）、通用寄存器（RO）、指令寄