计算机组成原理课程设计之组成原理课程设计14499.docx

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1、武汉理工大大学课 程程 设设 计计 课课程名称 计算算机组成原原理 设设计题目 模型机机设计与实实现 班班 级 软软件工程00804 学学 号 00120881068804266 姓姓 名_ 曹旭旭磊_ 指指导教师 田田 小 华 日日 期 22011年年元月166日 课程设计任任务书学生姓名： 曹旭旭磊 专业业班级： 软件00804 指导教师： 田小小华 工作作单位： 计算机机学院 题 目: 基本模模型机的数数据通路逻逻辑框图设设计 初始条件：1.完成课程程教学与实实验 22.TDNN-CM计计算机组成成原理教学学实验系统统要求完成的的主要任务务: （包包括课程设设计工作量量及其技术术要求，以

2、以及说明书书撰写等具具体要求）1.掌握复复杂指令系系统计算机机的微控制制器功能与与结构特点点2.熟悉TTDN-CCM教学实实验系统的的微指令格格式3.设计五五条机器指指令,并编编写对应的的微程序4.在TDDN-CMM教学实验验系统中调调试机器指指令程序,确认运行行结果5.建立复复杂指令系系统计算机机的整机概概念模型时间安排： 1.第118周周11(元月77日):全全体集中讲讲解课程设设计原理与与方法 2.第119周周115(元月月10114日):分班实验验,调试机机器指令程程序指导教师签签名： 20111 年 元 月 08 日日系主任（或或责任教师师）签名： 20011 年年 元 月 日组成原

3、理理课程设计计说明书书一课程设设计题目 01-112学号的的同学：基基本模型机机的运算器器逻辑框图图设计 13-224学号的的同学：基基本模型机机的存储器器逻辑框图图设计 25-338学号的的同学：基基本模型机机的数据通通路逻辑框框图设计二课程设设计要求完整说明明基本模型型机的构建建方法和操操作过程,包括以下下内容:基本模型型机的实验验原理, 绘出数据据通路框图图微指令格格式,微程程序流程图图, 微指指令二进制制代码表实验步骤骤十六进制制格式文件件实验接线线图按照自已已的学号,完成基基本模型机机的XYZZ逻辑框图图设计在教学实实验系统中中调试和实实现基本模模型机用A4规规格的复印印纸，撰写写设

4、计报告告1 课程程设计目的的： 运运用和实践践计算机组组成原理课课程中各章章的内容，通通过知识的的综合运用用，加深对对计算机系系统各模块块的工作原原理及相互互联系的认认识，特别别是对硬连连线控制器器的认识，建建立清晰的的整机概念念。对计算算机的基本本组成、部部件的设计计、部件间间的连接、微微程序控制制器的设计计、微指令令和微程序序的编制与与调试等过过程有更深深的了解,加深对理理论课程的的理解。 在掌握部部件单元电电路实验的的基础上，进进一步将其其组成系统统地构造一一台基本模模型计算机机，并且绘绘制出模型型机的数据据通路的逻逻辑框图。2 课程程设计设备备：TDN-CM计算算机组成原原理实验系系统

5、,排线线若干3 课程程设计内容容： 3.1课课程设计原原理3.1.11 本课程设设计采用六六条机器指指令:INN,ADDD,STAA,TRYY,OUTT,JMPP,并依照照指令进行行相关操作作。其指令令格式如下下： 内容 助计符符 说说明 00000 00000 IN “INPPUT DDEVICCE”RR0 00011 00000 ADD adddr R0+adddr R0 00100 00000 STA adddr R00adddr 00011 00000 OOUT addrr adddrBUS 01000 00000 TRY adddr R00（S3SS2S1SS0MCnn）adddr

6、R001011 00000 JMP adddr aaddrPC其中INN为单字长长（8）位位，其余为为双字长指指令。3.1.22 开关SWWA和SWWB的定义义及数据通通路框图如如下： 为为了向RAAM中装入入程序和数数据，先查查写入是否否正确，并并能启动程程序执行，还还须设计三台控制制台操作。 存存储器度操操作：拨动动总清开关关CLR后后，控制台台开关SWWB、SWWA为“00”时，按SSTARTT滚动开关关，可对RRAM连续续手动读操操作。 存存储器写操操作：拨动动总清开关关CLR后后，控制台台开关SWWB、SWWA为“01”时，按SSTARTT滚动开关关，可对RRAM连续续手动写操操作。

7、 启启动程序：拨动总清清开关CLLR后，控控制台开关关SWB、SSWA为“11”时，按SSTARTT滚动开关关，即可转转入到第001好“取址”微指令，启启动程序运运行。 上上述三条控控制台指令令用到的两两个开关SSWB、SSWA的状状态设置，其其定义如下下：SWBSWA控制台指令令001011读内存（KKRD）写内存（KKWE）启动程序（RRP）3.1.33设计用到到的微指令令的格式定定义及微程程序流程图图如下： 微微指令格式式定义 3.1.44 依照微程程序流程图图，生成如如下指令代代码表：微指令代码码表微地址S3S2SS1S0MCnWEA9A8ABCA5 A0联机微地址址微指令内容容00Q

8、0 0 00 0 00 0 00 1 110000001000 1 00 0 00 000H0181110H01Q0 0 00 0 00 0 00 1 111101101100 0 00 0 11 001H01ED882H02Q0 0 00 0 00 0 00 0 111000000010 0 11 0 00 002H00C0448H03Q0 0 00 0 00 0 00 0 111100000000 0 00 1 00 003H00E0004H04Q0 0 00 0 00 0 00 0 110110000000 0 00 1 00 104H00B0005H05Q0 0 00 0 00 0 0

9、0 1 110100010000 0 00 1 11 005H01A2006H06Q1 0 00 1 00 1 00 1 110011010000 0 00 0 00 106H959A001H07Q0 0 00 0 00 0 00 0 111100000000 0 11 1 00 107H00E000DH10Q0 0 00 0 00 0 00 0 000010000000 0 00 0 00 108H0010001H11Q0 0 00 0 00 0 00 1 111101101100 0 00 0 11 109H01ED883H12Q0 0 00 0 00 0 00 1 11110110110

10、0 0 00 1 11 10AH01ED887H13Q0 0 00 0 00 0 00 1 111101101100 0 11 1 11 00BH01ED88EH14Q0 0 00 0 00 0 00 1 111101101100 1 11 0 11 00CH01ED99AH15Q0 0 00 0 00 0 00 1 111101101100 1 00 1 11 00DH01ED996H16Q0 0 00 0 00 0 00 0 111100000000 0 11 1 11 10EH00E000FH17Q0 0 00 0 00 0 00 0 110100000000 1 00 1 00 10F

11、H00A0115H20Q0 0 00 0 00 0 00 1 111101101100 1 00 0 11 010H01ED992H21Q0 0 00 0 00 0 00 1 111101101100 1 00 1 00 011H01ED994H22Q0 0 00 0 00 0 00 0 110100001000 1 00 1 11 112H00A1117H23Q0 0 00 0 00 0 00 1 110000000000 0 00 0 00 113H0180001H24Q0 0 00 0 00 0 00 0 000100000000 1 11 0 00 014H0020118H25Q0 0

12、 00 0 00 1 11 1 000001010000 0 00 0 00 115H070A001H26Q0 0 00 0 00 0 00 0 111010001100 0 00 0 00 116H00D1881H27Q0 0 00 0 00 1 11 1 000001010000 1 00 0 00 017H070A110H30Q0 0 00 0 00 1 11 0 110001011000 1 00 0 00 118H068B111H31Q0 0 00 0 00 0 00 0 000000000000 0 00 0 00 019H0000000H32Q0 0 00 0 00 0 00 0

13、 111100000000 1 11 0 11 11AH00E011BH33Q0 0 00 0 00 0 00 0 110110000000 1 11 1 00 01BH00B011CH34Q0 0 00 0 00 0 00 1 110100010000 1 11 1 00 11CH01A211DH35Q0 0 00 0 11 1 00 1 110011010000 0 00 0 00 11DH9D9A005H36Q0 0 00 0 00 0 11 0 110000010000 0 00 0 00 11EH0282001H3.1.55 机器指令令程序设计计：机器指令程程序序列地址 内容容 助助

14、计符 说明 0000 00000 00000 01000 IN R0 “IINPUTT DEVVICE(班号4)”R00 0000 00011 00011 00000 ADDD 0AAH,RR0 R00+0AAH R0 0000 00100 00000 10110 0000 00111 00100 00000 STAA R0,0BHH RR000BH 0000 01000 00000 10111 0000 01011 00111 00000 OUTT 0BBH 00BH LEDD 0000 01100 00000 10111 0000 01111 01000 00000 JMPP 000H 0

15、00H PPC 0000 10000 00000 00000 0000 10011 0000 10100 00100 01110 学号(26号同同学) 0000 10111 求和结果果(班号加加学号) 3.2 实验步骤骤:3.2.11 画出实验验接线图如如下：3.2.22 实验预预备操作步步骤：3.2.2.1 按实验接接线图接好好实验线路路3.2.2.2 为微程序序控制器编编程A将将编程开关关置为PRROM(编编程)状态态。B将将实验板上上的“STATTE UNNIT”中的“STEPP”置位为“STEPP”,“STOPP”置为“RUN”。C. 用二进制制模拟开关关置微地址址MA5-MA0。D在

16、在MK244-MK11开关上置置微代码，224位开关关对应244位显示灯灯，开关量量0亮1灭灭。E启启动时序电电路，即将将微代码写写入到EPPROM22816的的相应地址址单元中。F重重复C-EE步骤，将将微代码表表的内容写写入28116。G将将编程开关关设置为RREAD(校验)状状态。H将将实验板上上的“STATTE UNNIT”中的“STEPP”置位为“STEPP”,“STOPP”置为“RUN”。I用用二进制模模拟开关置置好微地址址MA5-MA0。J按按动“STARRT”键，启动动时序电路路，读出微微代码，观观察显示灯灯MD244-MD11的状态，检检查读出的的微代码是是否与写入入的相同如

17、如果不同则则将开关置置为PROOM，重新新执行编程程操作。3.2.33 按如下下步骤操作作：3.2.33.1 微微控器的编编程开关拨拨至RUNN,STEEPSTEPP,STOOPRUN3.2.33.2 将将微机与实实验箱用串串口连接,开机进入入WINDDOWS22000,进入D:盘的CMM+子目录录,运行CCMP.EEXE,进进入实验环环境,选用用COM11口. 3.2.33.3 选选F2:写写入机器指指令 3.2.33.4 选选F3:写写微指令3.2.33.5 选选F6:调调试机器指指令，运行行前将CLLK开关：101F1_SSTEP PM:单单步运行机机器指令F2_SSTEP CM: 单步

18、运行行微指令F3_EEXEC: 连续运运行微指令令F8_RRETURRN:退出出DEBUUG3.2.33.6 记记录实验结结果 实实验outtputFFBH3.2.33.7 对对比理论计计算结果 与与理论值一一致4课程设设计总结4.1 给给出每条机机器指令的的微程序: IN指令令的微程序序01Q：00000000011111011101110000001002Q：00000000001110000000001001100010Q：00000000000000100000000000000101Q：000000000111110111011100000010ADD指令令的微程序序01Q：0000

19、0000011111011101110000001002Q：00000000001110000000001001100011Q：00000000011111011101110000001103Q：00000000001111000000000000010004Q：00000000001101100000000000010105Q：00000000011101000010000000011006Q：11001001011100111010000000000101Q：000000000111110111011100000010STA指令令的微程序序01Q：000000000111110111011

20、10000001002Q：00000000001110000000001001100012Q：00000000011111011101110000011107Q：00000000001111000000000001110115Q：00000000101100000010000000000101Q：000000000111110111011100000010OUT指令令的微程序序01Q：00000000011111011101110000001002Q：00000000001110000000001001100013Q：00000000011111011101110001111016Q：0000

21、0000001111000000000001111117Q：00000000001101000000000010010125Q：00000001110000011010000000000101Q：000000000111110111011100000010TRY指令令的微程序序01Q：00000000011111011101110000001002Q：00000000001110000000001001100032Q：00000000001111000000000011101133Q：00000000001101100000000011110034Q：000000000111010000100

22、00011110135Q：00000001111100111010000000000101Q：000000000111110111011100000010JMP指令令的微程序序01Q：00000000011111011101110000001002Q：00000000001110000000001001100015Q：00000000011111011101110010011026Q：00000000001110100001110000000101Q：000000000111110111011100000010IN,ADDD,STTA,TRRY,OUUT,JMMPIN指令的的微程序地地址为01

23、1Q-022Q-100Q-011QADD指令令的微程序序地址为001Q-002Q-111Q-003Q-004Q-005Q-006Q-001QSTA指令令的微程序序地址为001Q-002Q-112Q-007Q-115Q-001QTRY指令令的微程序序地址为001Q-002Q-114Q-332Q-333Q-334Q-335Q-001QOUT指令令的微程序序地址为001Q-002Q-113Q-116Q-117Q-225Q-001QJMP指令令的微程序序地址为001Q-002Q-115Q-226Q-001Q,4.2 给给出TRYY指令的理理论计算过过程:功能选择M=1M=0 算术运运算S3S2SS1S

24、0逻辑运算n=1 无进位n=0 有进位0000F=F=AF=A加110001F=F=A+BBF=（A+B）加110010F=BF=+F=（+）加加10011F=0F=减1F=00100F=F=A加F= A加加加10101F=F=（A+B）加F=（A+B）加加加10110F=ABBF=A减BB减1F= A减减B0111F=F=减1F=1000F=+BF=A加AABF=A加AAB加11001F=F=A加BBF=A加BB加11010F=BF=(+) 加ABF=(+) 加AB加11011F=ABF=AB减减1F=AB1100F=1F=A加AAF=A加AA加11101F=+F=(A+B) 加加AF=(A

25、+B) 加加A加11110F=A+BBF=(+) 加AF=(+) 加A加11111F=AF=A减11F=A机器指令TTRY的理理论计算过过程当对应学学号为011-16号号时；S33S2S11S0=学学号-1, MCnn=11(逻辑运算算)当对应学号号为17-32号时时；S3SS2S1SS0=学号号-16-1, MCn=01(算算术无进位位)当对应学号号为33-40号时时；S3SS2S1SS0=学号号-32-1, MCn=00(算算术有进位位)软件 00804班班,第266号同学, S3SS2S1SS0=10001, MCn=01,FF=（A+B）A=R00=班号+学号= 0000001000+

26、0011001110=0001010010， B=班号号=0000001000A+B=0001011110对于指令令TRY12H,完成逻逻辑或运算算F=0001011110B=2EH机器指令令序列运行行一遍后,13H单单元的内容容为1111110111B=22EH5数据通路路逻辑框图图的设计 5.1数据通通路的总体体设计1.计算机机数据通路路的控制将将由微程序序控制器来来完成，CCPU从内内存中取出出一条机器器指令到指指令执行结结束的一个个指令周期期全部由微微指令组成成的序列来来完成，即即一条机器器指令对应应一个微程程序。2.数据的的通路从程程序计数器器PC的地地址送到主主存的地址址寄存器，根

27、根据地址寄寄存器的内内容找到相相应的存储储单元。3.1存储储器中的数数据是指令令时，那么么数据是从从RAM送送到总线，再再从总线送送到IR中中。3.2存储储器中的数数据是需要要加工的数数据时，那那么数据是是从RAMM送到总线线，再动总总线送到通通用寄存器器中等待加加工。 3.3数据加加工过程中中，两个数数据是从总总线上将数数据分别分分时压入两两个暂存器器中，等待待运算部件件的加工，在在数据加工工完成以后后。运算结结果是通过过三太门送送到总线上上。三态门门的控制时时由微控制制器来控制制。5.2数据据通路中涉涉及原件说说明5.2.11运算器 运运算器模块块主要由两两片74LLS1811、暂存器器两

28、片744LS2773等构成成。其中774LS1181可通通过控制器器相应的控控制指令来来进行某种种运算，具具体由S00、S1、 S2、SS3、S44、M来决决定。T44是它的工工作脉冲，正正跳变有效效。 运运算器说明明由于运算器器处理的数数据为2个个8位数据据，而744LS1881芯片是是四位逻辑辑运算芯片片，所以运运算器中应应该有两个个74LSS181。其其中输入引引脚分别为为DR1的的D0DD7和DRR0的D00D7.输出引脚脚为8位经经过ALUU-B（74LSS245）然后连接接数据总线线。5.2.22程序计数数器（PCC）及地址址寄存器AAR程序计数器器由两片774LS1161（44位

29、二进制制计数器）构构成地址寄存器器AR由一一片74LLS2733（8位DD触发器）构构成PC-B由由一片744LS2444（收发发器（双向向的三态缓缓冲器）构构成5.2.33微指令寄寄存器（IIR） 当当存储器中中的数据是是指令时，那那么数据是是从RAMM送到总线线，再从总总线送到IIR中。微指令寄存存器（IRR）由一片片74LSS273构构成。其芯芯片介绍如如下5.2数据据通路逻辑辑框图6课程设计计心得、经经验教训及及注意事项项通过本次课课程设计让让我对计计算机组成成原理这这一门课程程有了更加加深刻的认认识。同时时此次实验验对模型机机的设计以以及原理有有了更加理理性的认识识，并掌握握了一些基

30、基本的软硬硬件设计知知识并对其其进行了基基本的运用用。在模型型机的设计计中运用了了很多知识识，也学习习了许多设设计技巧。而而且巩固了了自己Prrotell 99 SE软件件的使用。在在实验过程程中需要自自己更加仔仔细耐心地地对待每一一个细节，对对每一个接接线都需要要认真对待待，不可马马虎。由于于在实验前前准备了相相关的工作作，阅读了了实验指导导书并且在在实验中的的仔细认真真，最后我我们在班级级里面最先先完成实验验。在实验前我我发现自己己对于实验验指导书上上的许多知知识不是很很了解，但但是通过课课后通过图图书馆的资资料以及网网上的资源源了解到了了数据通路路中许多自自己没有掌掌握的知识识。例如在在

31、设计的时时候发现AALU标记记使用的是是741881芯片实实现两个四四位相加，而而实际情况况则是两个个8位二进进制数输入入。因此翻翻阅了相关关资料以及及和选题第第一组的讨讨论最后明明白了其中中的原理（使使用2片7741811分别处理理低四位和和高四位），这这只是本次次试验中学学到知识的的一个很小小一部分。让让我受益最最多的是如如何阅读相相关技术文文档以及和和同学的讨讨论交流，最最后使用PProteel 999 SE软软件完成了了本次绘图图的工作。在以后的学学习工作中中，需要更更加加强自自己的实际际动手能力力以及培养养自己的耐耐心。参考文献【1】 计算机组组成原理 白中英英 主编 科学出出版社【2】 计计算机组成成原理 石磊【3】 计计算机组成成原理与系系统结构试试验教程 杨小龙 西安电子子科技大学学出版社指导教师评评语：评分： 签名： 22011 年元月 日