计算机组成原理课程设计 实验报告.docx

《计算机组成原理课程设计 实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机组成原理课程设计 实验报告.docx（13页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

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目录 一课程设计目 的 (2) 二课程设计题 目 (2) 1、设计一个具有带进位加法和立即数寻址方式的模型 机 (2) 2、利用CPLD设计一个并行加法 器 (2) 三实验设备仪器 (3) 四设计一个带有循环左移功能的模型机 (3) 1、问题描 述 . (3) 2、设计目 标 . (3) 3、指令格 式 . (3) 4、准备知识. . (3) 5、设计微指令 (6) 6、建立联机操作文件 (9) 7、连接实验线 路 . . (10) 8、运行与调 试 . . 10 五利用CPLD设计一个并行加法器 11 1、设计目 标 . . (

2、11) 2、设计内 容 . . (11) 3、设计要 求 . . (11) 4、实验原 理 . . (12) 5、实验步 骤 . . (12) 7、运行调 试 . . 12 六总结 14 七参考文献 15 1 “计算机组成原理”课程设计 一课程设计目的 通过对一个简单计算机的设计，对计算机的基本组成，部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解，在此基础上完成一台基本计算机的组成设计，从而加深对理论课程的理解，锻炼自己的独立思考和动手能力。 二课程设计题目 1、设计一个具有带进位加法和立即数寻址方式的模型机 (1)设计内容 设计一台具有输入、输出、

3、带进位加法、储存和跳转功能的模型计算机，并写出工作程序和测试数据验证所设计的指令系统。 (2)设计要求 所设计模型计算机的指令系统共包含五条机器指令:IN(输入)、ADC(带进位加法)、OUT(输出)、STA(存数)、JMP(无条件转移)，加法指令的寻址方式为立即数寻址。其中IN指令为单字长(8位)，其余为双字长指令。使用R0寄存器作为工作寄存器。 2、利用CPLD设计一个并行加法器 (1)设计内容 使用大规模可编程逻辑器件CPLD设计实现一个4为并行进位加法器，并验证设计的正确性。 (2)设计要求 采用ispDesignEXPERT软件来对可编程逻辑器件ispLSI1032进行编程设计，要求

4、用原理图输入方式来进行设计输入，并对所设计的加法器进行功能和时序仿真，最后在西安唐都科教仪器公司的TDCM+计算机组成原理实验台上验证所设计器件的逻辑功能。 2 提示: 在实验台上进行逻辑功能验证时，可以借助使用INPUTDEVICE单元输入加数和被加数，进位输入可由SWITCHUNIT单元的一个开关来给出，可用总线单元的发光二极管来显示运算结果。 三实验设备仪器 硬件环境为PC-386以上微机，西安唐都科教仪器公司的TDN-CM+计算机组成原理实验台。软件环境采用WINDOWS操作系统，西安唐都科教仪器公司的TDN-CM+计算机组成原理实验软件，ispDesignEXPERT实验软件。 四设

5、计一个带有循环左移功能的模型机 1、问题描述 本题目设计的是一台具有输入、输出、带进位加法、储存和跳转功能的模型计算机，并写出工作程序和测试数据验证所设计的指令系统。 2、设计目标 在设计完本程序后，所设计模型机能够完成从一个外设输入一个数到指定的寄存器中，另外输入立即数并将其存入另一个、寄存器中，两数进行进位相加并将结果保存到第一个寄存器，输出结果，并显示。另外，实现无条件跳转至开始。 3、指令格式 助记符号机器指令码功能 IN 0000 0000 Input - R0 ADC Imm 1110 0000 XXXX XXXX R0+Imm+CY - R0 STA addr 0010 0000

6、 XXXX XXXX R0 - addr OUT addr 0011 0000 XXXX XXXX addr - LED JMP addr 0100 0000 XXXX XXXX addr - PC 4、准备知识 (1) 微指令格式 3 微指令字长共24位，其控制位顺序如下表所示: A字段 B字段 C字段 15 14 13 选择 12 11 10 选择 9 8 7 选择 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 LDRi 0 0 1 RS-B 0 0 1 P(1) 0 1 0 LDDR1 0 1 0 RD-B 0 1 0 P(2) 0 1 1 LDDR2 0 1 1 RI-B 0 1 1

7、 P(3) 1 0 0 LDIR 1 0 0 299-B 1 0 0 P(4) 1 0 1 LOAD 1 0 1 ALU-B 1 0 1 AR 1 1 0 LDAR 1 1 0 PC-B 1 1 0 LDPC 表中uA0,uA5为6位的下一条微指令的地址,A、B、C为3个译码字段,分别由三个控制位译码出多位。C字段中的P(1),P(4)是四个测试字位。其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行，其原理如图2所示。图中I7,I2为指令寄存器的7,2位输出，SE5,SE1为微控器单元微地址锁存器的强制端输出。AR为算术运算是否影响进

8、位及判零标志控制位，其为零有效。B字段中的RS-B、R0-B、RI-B分别为源寄存器选通信号、目的寄存器选通信号及变址寄存器选通信号，其功能是根据机器指令进行三个工作寄存器R0、R1及R2的选通译码，其原理图如图3所示，图中 I0,I3为指令积存器的第0,3位，LDRi为打入工作寄存器信号的译码器使能控制位。 (2)指令译码电路 (3)寄存器译码电路 4 寄存器译码 微程序控制电路 5、设计微指令 (1)画出微程序流程图5 00 01 PC-AR PC+1 02 RAM-BUS BUS-IR 10 P(1) ADCSTAOUTJMP 10111213 PC-ARPC-ARPC-ARPC-ARS

9、W-R0PC+1PC+1PC+1PC+1 03061601 RAM-BUSRAM-BUSRAM-BUSRAM-BUS BUS-DR2BUS-ARBUS-ARBUS-PC 040717 R0-BUSRAM-BUSR0-DR1BUS-RAMBUS-DR1 0525 01(DR1)+(DR2)DR1-LED+cy-R0 0101 (2)设计微指令 微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8 A B C UA5.UA0 00 0 0 0 0 0 0 0 1 1 000 000 000 000001 01 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 000010 02 0

10、0 0 0 0 0 0 0 1 100 000 001 001000 03 0 0 0 0 0 0 0 0 1 011 000 000 000100 6 04 0 0 0 0 0 0 0 1 1 010 001 000 000101 05 1 0 0 1 0 1 0 1 1 001 101 101 000001 06 0 0 0 0 0 0 0 0 1 110 000 000 000111 07 0 0 0 0 0 0 1 0 1 000 001 000 000001 08 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001 000 000 000001 0E 0 0 0 0 0 0 0 1 1 11

11、0 110 110 000011 0A 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 000110 0B 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 011000 0C 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 001101 0D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 101 000 110 000001 18 0 0 0 0 0 0 0 0 1 110 000 000 001111 0F 0 0 0 0 0 0 0 0 1 010 000 000 010101 15 0 0 0 0 0 1 1 1 0 000 101 000 000001 (3)

12、 微程序代码 根据以上编写的微程序，以及微指令代码化的方法得到的微程序代码为: $M00018001 $M0101ED82 $M0200C048 $M0300B004 $M0401A205 $M05959B41 $M0600E007 $M07028201 $M08001001 $M0E01ED83 $M0A01ED86 $M0B01ED98 $M0C01ED8D $M0D00D181 $M1800E00F $M0F00A015 $M15070A01 7 (4)工作程序的设计 将题目设计的模型机的指令用汇编语言描述其具体结构为: 地址内容助记符说明 0000 0000 0000 0000 IN

13、Input - R0 0000 0001 1110 0000 ADC Imm R0+Imm+cy -R0 0000 0010 0000 1010 0000 0011 0010 0000 STA 0BH R0 - 0BH 0000 0100 0000 1011 0000 0101 0011 0000 OUT 0BH 0BH - LED 0000 0110 0000 1011 0000 0111 0100 0000 JMP Addr - PC 0000 1000 0000 0001 工作程序代码为: $P0000 $P01E0 $P020A $P0320 $P040B $P0530 $P060B

14、$P0740 $P0801 (5)指令实现信号 助记符信号 IN PC-AR,PC+1 LDPC,PC-B,LDAR RAM-BUS,BUS-IR W/R,CE,LDIR INPUT-BUS SW-B,LDRi 8 ADC PC-AR,PC+1 LDPC,PC-B,LDAR RAM-BUS,BUS-DR2 W/R,CE,LDDR2 R0-DR1 LDRi.LDDR1 (DR1)+(DR2)+cy-R0 S3-S0,M,Cn,ALU-B STA PC-AR,PC+1 LDPC,PC-B,LDAR RAM-BUS,BUS-AR W/R,CE,LDAR R0-BUS,BUS-RAM LDRi,W/R

15、,CE OUT PC-AR,PC+1 LDPC,PC-B,LDAR RAM-BUS,BUS-AR W/R,CE,LDAR RAM-BUS,BUS-DR1 W/R,CE,LDDR1 DR1-LED ALU-B,LED-B,W/R JMP PC-AR,PC+1 LDPC,PC-B,LDAR RAM-BUS,BUS-PC W/R,CE,LDPC (6)程序运行结果 输入01H，经运行后LED显示为0B，实验成功。 6、建立联机操作文件 为了从PC机下载工作程序和微程序，需要建立联机操作文件，该文件是普通的文 本文件，扩展名为TXT，可用记事本来建立的，要求: a、测试用的工作程序排在文件的前面，每个内存地址及代码占一行; b、微指令代码排在文件的后面，每个微地址及微指令代码占一行; 7、连接实验线路 复杂模型机系统连线图 9 TS4T4B7H24BUS UNITFW/R UNITTS3T3TS2T2TS1T1B0STATE UNITSIGNAL UNITWE SE6SE6B7LDARLDARLOG UNITSWITCH UNITM18LOADLOADSWBSWBPC-BPC- BSE1SWASE1SWAB0LDPCLDPCP(1)P(1)ADDRESS UNITP(2)P(2)I7I7P(3)P(3)INS