计算机组成与系统结构课程设计

计算机组成与系统结构课程设计

一、本课程设计的性质、目的、任务

《计算机组成与系统结构课程设计》**计算机组成与系统结构课程设计**

一、本课程设计的性质、目的、任务

《计算机组成与系统结构课程设计》是计算机学院各专业集中实践性环节之一，是学习完《计算机组成与系统结构》课程后进行的一次全面的综合练习。其目的是综合运用所学计算机原理知识，设计并实现一台模型计算机，以便巩固所学的知识，提高分析问题和解决问题的能力。

二、本课程设计的基本理论

1、掌握算术、逻辑、移位运算实验，熟悉ALU运算控制位的运用。

2、掌握存储器组织、读写方式及与总路线组成的数据通路，掌握地址总线、数据总线的工作原理。

3、掌握指令结构和指令取指、执行工作过程。

4、掌握CPU的微程序控制原理。

三、题目

综合运用所学计算机原理知识，设计并实现具有以下16条指令的指令集结构的模型计算机：

编号

助记符

机器指令码

说明

SUB Rd,Rs

0000 RdRs

Rd-Rs→Rd

ADD Rd,Rs

0001 RdRs ？

Rd+Rs→Rd

AND Rd,Rs

0010 RdRs

Rd&Rs→Rd （Rd和Rs相与）

DEC Rd

0011 Rd00

将Rd值减1

CLR Rd

0100 Rd00

将Rd清零

RL Rd

0101 Rd00

Rd循环左移一位

6？

RR Rd

0110 Rd00

Rd循环右移一位

MOV Rd,Rs

0111 RdRs

Rs→Rd

LDI Rd,*

1000 Rd00 XXXXXXXX

将指令中的立即数（第二字节）送入Rd

OUT IOH,Rs

1001 00Rs

Rs→i/o(数据开关)高字节

10？

LDA Rd,M

1010 Rd00 XXXXXXXX XXXXXXXX

[M] →Rd

11？

STA M,Rs

1011 00Rs XXXXXXXX XXXXXXXX

Rs→[M]

JMP M

1100 0000 XXXXXXXX XXXXXXXX

[M]→PC,即跳转到M所指单元

JZ M

1101 0000 XXXXXXXX XXXXXXXX

当Z=1时，跳转到M所指单元

JC M

1110 0000 XXXXXXXX XXXXXXXX

当CY=1时，跳转到M所指单元

HALT

1111 0000

停机

设计提示：

1、上表中，机器指令码的高4位为指令操作码，M为16位存储器地址， Rs为源寄存器，Rd为目的寄存器，占2位，并规定：

Rs或Rd

选定的寄存器

00 01 10 11
R0 R1 R2 R3

2、在微程序中，微地址001为取指，微指令为BF FB F8。

3、各指令指行阶段微程序入口地址的确定方式：

微地址位号

10 9

8 7 6 5

4 3 2 1 0

内容

1 1

IR7~IR4

0 0 0 0 0

例如，第5条指令”RL Rd” 的指令码为0101 Rd00 则指令码的高4位IR7~IR4为0101，由上表知，微程序入口微地址为： 11 0101 00000 ，即6A0H。

4、主要步骤：

（1）按照第3点的方法，给出所有16条指令的微程序入口微地址；

（2）通过分析每条指令的功能明确其的微程序流程，可参考实验指导书图3-4-1、图3-2-2、图3-3-1；

（3）写出每条微指令的微命令，即24个微控制位信号，可参考实验指导书表3.4.1、表3.2.1、表3.3.1和“微控制器编程手册”第2章。

（4）建议采用逐条指令设计实现的方式，一条实现并用汇编语句测试通过后（指令功能、下址顺序均正确）再进行下一条的设计。

5、检查

模型计算机设计完成后，用所给的测试程序check_1.asm（测12条非转移指令）和check_2.asm（测3条转移指令）检查正确性。检查方法：在测试程序中#load s本人的.IS微指令程序，实验箱电源关闭重启并连接，装载后选择“运行”或“单步”执行。

check_1.asm运行的正确结果为：寄存器R0R1R2R3分别显示00112233，IOH显示33。

check_2.asm运行的正确结果为：寄存器R0R1R2R3分别显示00112233，如果显示EE则执行有错误。

check1.asm程序的运行结果

check2.asm程序的运行结果

四、基本要求

1、独立完成；

2、严格按上述指令集格式要求设计出模型机，实现各项功能，格式不得有任何改动；

3、运行老师指定的检测程序，检验所设计的模型机工作是否正常；

4、回答老师提问；

5、完成课程设计报告。

五、参考资料

1、无锡达爱思科教仪器厂自编.《十六位体系结构计算机组成原理实验指导书（第三版）》。重点学习“复杂模型机的设计与实现”（3.4节），参考“分段模型机的设计与实现”（3.2节）、“带移位运算的模型机的设计与实现”（3.3节）。

2、《计算机组成原理微控制器编程手册》。

3、《计算机组成与系统结构》，袁春风著。

六、课程设计报告的内容

1、报告封面

2、课程设计的性质、目的、任务

3、课程设计的基本理论

4、课程设计的题目

5、画出微程序流程图（树型图）

6、填写所设计的模型机微指令表（只填写有微指令的相关行）：

微址00002)1)

M23

M22

M21

M20

M19

M18

M17

M16

代码

M15

M14

M13

M12

M11

M10

代码

后续微址

说明

E/M

MWR

R/M

ALU

Icz

Ids

7、列表说明检测的机器指令程序，包括每个语句的地址、指令代码、助记符（即汇编语句）、功能说明。

8、运行检测程序后的结果图片。

9、存在的问题及体会

七、考核标准

1、符合以下之一者，不论完成如何，成绩为不及格：①抄袭，②缺席两次或以上，③不交课程设计报告，④完成三分之一以下指令。

2、全部实现所有指令集，检测程序check_1和check_2均通过，为独立完成者，并能正确回答问题，成绩为优；

3、实现并调通三分之二以上的指令，检测程序check_1通过，为独立完成者，成绩为良；

4、实现并调通二分之一的指令，通过部分检测，并为独立完成者，成绩为中；

5、实现并调通三分之一的指令，并为独立完成者，成绩为及格。是计算机学院各专业集中实践性环节之一，是学习完《计算机组成与系统结构》课程后进行的一次全面的综合练习。其目的是综合运用所学计算机原理知识，设计并实现一台模型计算机，以便巩固所学的知识，提高分析问题和解决问题的能力。