宿迁学院计算机组成原理课程设计.doc

一．设计题目 计算机组成原理课程设计——简单模型机的微程序设计 二．主要内容 通过课程设计更清楚地理解下列基本概念： 计算机的硬件基本组成； 计算机中机器指令的设计； 计算机中机器指令的执行过程； 微程序控制器的工作原理。 微指令的格式设计原则； 在此基础上设计可以运行一些基本机器指令的微程序的设计 体要求 1.通过使用作者开发的微程序分析和设计仿真软件，熟悉介绍的为基本模型机而设计的微程序的执行过程。必须充分理解并正确解释下些问题： （1）微程序中的微指令的各个字段的作用。哪些字段是不译码的，哪些字段是直接译码的，哪些字段又可以看成是字段间接编码的。 （2）微程序中的微指令是否是顺序执行的，如果不是，那么次地址是如何产生的。什么情况下，次地址字段才是将要执行的微指令的地址。 （3）在微程序中如何根据机器指令中的相关位实现分支，据此， 在设计机器指令时应如何避免和解决与其它指令的微指令的微 地址冲突。 （4）哪些微指令是执行所有指令都要用到的。 （5）解释一条机器指令的微程序的各条微指令的微地址是否连续？这些微指令的微地址的安排的严重原则是什么？ （6）为什么读写一次内存总要用两条微指令完成？ （7）机器程序中用到的寄存器是R0，是由机器指令中哪些位决定的？如果要用R1或R2，是否要改写微程序或改写机器指令？如果要，应如何改写？ 2.在原有5条机器指令的基础上增加实现下述各功能的机器指令，试设计相应的机器指令的格式并改写原来的微程序使其可以运行所有的机器指令。新增加的机器指令的功能是： 异或指令 XOR RD,RS;(RS)异或（RD）-(RD) 与指令 AND RD,(ADDR);(RD)与(ADDR)-(RD) 求反指令 NOT (ADDR1), (ADDR2)；/(ADDR1)- (ADDR2) 新加法指令 NADD (ADDR1), (ADDR2); (ADDR1)加(ADDR2)-(RD) 数据传送指令 MOV RD, (ADDR); (ADDR)-(RD) 四．进度安排 共1.5周11天的时间，具体安排如下： 1~2天：对整个课程设计的内容做详细的讲解，并辅导学生完成课程设计指导书的学习，使其掌握和理解课程设计的核心内容； 3~5天：学生在机房学习熟悉课程设计所使用的仿真软件，并深入了解该仿真软件所实现的模型机的指令系统（原有的5条指令）和微程序设计方法； 6~9天：在原有5条机器指令的基础上增加实现下述各功能的机器指令，试设计相应的机器指令的格式并改写原来的微程序使其可以运行所有的机器指令。 10~11天：根据自己设计的微程序系统写出相应的课程设计实验报告 五．成绩评定 正文 一、模型机的CPU及系统硬件?? 基本模型机的CPU及系统硬件组成如图所示：模型机的CPU及系统硬件组成运算器由算逻部件ALU（8位）、暂存器DR1、DR2及通用寄存器等组成。ALU的功能控制信号为S3、S2、S1、S0、M、CN，可以实现48种算术和逻辑运算功能，如图所示。? 运算器为单总线结构，其输入端分别连接到暂存器DR1和DR2，其装入数据的微命令分别为LDDR1和LDDR2，当它们为1电平时由节拍脉冲T4将数据总线上的数据装入相应的暂存器。R0、R1、R2为通用寄存器。R0的装入数据的微命令为LDR0，R1的装入数据的微命令为LDR1，R2的装入数据的微命令为LDR2。299为实现移位运算的装置，当299B微命令有效时，其数据端和数据总线连接。 ? 控制器由程序计数器PC、指令寄存器IR、地址寄存器AR、时序电路、控制存储器及相应的译码电路组成。、基本模型机的指令设计??根据基本模型机的硬件设计五条机器指令：外设输入指令IN、二进制加法指令ADD、存数指令STA、输出到外设指令OUT、无条件转移指令JMP。指令格式如下：00HMOV ADDR1-RO 01H 02HMOV ADDR2-R1 03H 04HR1异或R0-R0 05HADDR1与R0-R0 06H 07HRO-ADDR3 08H 09HADDR1+ADDR2-R0 0AH 0BH 0CHRO-ADDR4 0DH 0EHNOT 0FH 10H 11HJMP-00H 12H 13H 14H 15H: 16H: 说明： 指令I