计算机组成原理课程设计实验报告-基本模型机设计与实现

计 算 机 组 成 原 理

实 验 报 告

评 语：

成绩

教 师：

年 月 日

班 级： 1403011

学 号： 140301124

姓 名： 于梦鸽

地 点： EII-312

时 间： 第3批

计算机组成原理与体系结构课程设计

HYPERLINK \l "_top" 基本模型机设计与实现

一．实验目的

1．深入理解基本模型计算机的功能、组成知识；

2．深入学习计算机各类典型指令的执行流程；

3．学习微程序控制器的设计过程和相关技术，掌握LPM_ROM的配置方法。

4．在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将单元电路组成系统，构造一台基本模型计算机。

5．定义五条机器指令，并编写相应的微程序，上机调试，掌握计算机整机概念。掌握微程序的设计方法，学会编写二进制微指令代码表。

6．通过熟悉较完整的计算机的设计，全面了解并掌握微程序控制方式计算机的设计方法。

二．实验原理

本实验采用五条机器指令：IN(输入)、ADD

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)，其指令格式如下(最高4位二进制数为操作码)：

2．指令格式

(1)指令格式

采用寄存器直接寻址方式，其格式如下：

位

7654

32

10

功能

OP-CODE

rs

rd

其中，OP-CODE为操作码，rs为源寄存器，rd为目的寄存器，并规定：

Rs或rd

选定的寄存器

00

01

10

R0

R1

R2

助记符

机器指令码

Addr地址码

功能说明

IN

ADD addr

STA addr

OUT addr

JMP addr

0 0H

1 0H XX H

2 0H XX H

3 0H XX H

4 0H XX H

“INPUT”中的数据→R0

R0+[addr] ->R0

R0 -> [addr]

[addr] -> BUS

addr →PC

其中IN为单字长(8位二进制)，其余为双字长指令，XX H 为addr对应的十六进制地址码。为了向RAM中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，还必须设计三个控制台操作微程序。

图6-1 数据通路框图1,存储器读操作(KRD)：下载实验程序后按总清除按键(CLR)后，控制台SWA、SWB为“0 0”时，可对RAM连续手动读入操作。

图6-1 数据通路框图

2,存储器写操作(KWE)：下载实验程序后按总清除按键(CLR)后，控制台SWA、SWB为“0 1”时，可对RAM连续手动写操作。

3、启动程序(RP)：下载实验程序后按总清除按键(CLR)后，控制台SWA、SWB为“1 1”时，即可转入到微地址“01”号“取指令”微指令，启动程序运行。

SWB

SWA

控制台指令

0

0

1

0

1

1

读内存(KRD)

写内存(KWE)

启动程序(RP)

根据以上要求设计数据通路框图，如图5-1所示。

表6-1 24位微代码定义：

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15 14 13

12 11 10

987

6

5

4

3

2

1

S3

S2

S1

S0

M

Cn

WE

A9

A8

A

B

C

uA5

uA4

uA3

uA2

uA1

uA0

表6-2 A、B、C各字段功能说明：

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

0

1

0

0

1

1

LDDR2

0

1

1

0

1

1

1

0

0

LDIR

1

0

0

1

0

0

P(4)

1

0

1

LOAD

1

0

1

ALU-B

1

0

1

LDAR

1

1

0

LDAR

1

1

0

PC-B

1

1

0

LDPC

24位微代码中各信号的功能

(1) uA5—uA0：微程序控制器的微地址输出信号，是下一条要执行的微指令的微地址。

(2) S3、S2、Sl、S0：由微程序控制器输出的ALU操作选择信号，以控制执行16种算术操作或16种逻辑操作中的某一种操作。

(3) M：微程序控制输出的ALU操作方式选择信号端。M＝0执行算术操作；M＝l执行逻辑操作。

(4) Cn：微程序控制器输出的进位标志信号，Cn＝0表示ALU运算时最低位有进位，Cn＝1则表示无进位。 (5)WE：微程序控制器输出的RAM控制信号。当/CE＝0时，如WE＝0为存储器读；如