计算机组成原理组成课程设计.docx

计算机组成原理
课程设计报告
设计题目冲央处理器--微程序控制器设计 院 系 计算机科学与技术学院
班 级： 2012级4班
设计者：
指导教师： 吴戴明
设计时间： 2015・1・7
目录
一、 课题分析 错误!未指定存储器读操作（READ）：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA为“00” 时，按START微动开关，可对RAM连续手动读操作。
存储器写操作（WRITE）：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA设置 为“01”时，按 START 微动开关可对 RAM 进行连续手动写入。
启动程序（RUN）：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA设置为“11” 时，按START微动开关，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行。
上述三条控制台指令用两个开关SWB、SWA的状态来设置，其定义如下：
SWB
SWA
控制台命令
0
0
读内存（READ）
0
1
写内存（WRITE）
1
1
启动程序运行（RUN）
二、 总体设计
、设计原理
CPU由运算器（ALU）、微程序控制器（MC）、通用寄存器（R0）、指令寄 存器（IR）、程序计数器（PC）和地址寄存器（AR）组成，如图1所示。这个 CPU 在写入相应的微指令后，就具备了执行机器指令的功能，但是机器指令一 般存放在主存当中，CPU必须和主存挂接后，才有实际的意义，所以还需要在 该 CPU 的基础上增加一个主存和基本的输入输出部件，以构成一个简单的模 型计算机。
图 1 基本 CPU 构成原理图
功能设计
本模型机和前面微程序控制器实验相比，共有5条指令：IN（输入）、ADD （二进制加法）、OUT（输出）、JMP（无条件转移）、HLT （停机），其指令格式如
下：
IN0(R0)
A->R0
0010 0000
IN1(R1)
B->R1
0011 0000
ADD(R0， R1)A+B->R0
0000 0000
MUL(R0，R1)AvB->R0
0101 0000
AND(R0,R1)
AB->R0
0110 0000
OUT(R0)
A->OUT
0111 0000
HLT
NOP
1000 0000
助记符
实现功能
机器指令代码
均为单字节指令，********为addr对应的二进制地址码。微程序控制 器实验的指令是通过手动给出的，现在要求CPU自动从存储器读取指令并执 行。
三、 方案比较
方案一：
选定CPU中所使用的产要器件；
根据指令系统、选用的器件和设计指标，设计指令流的数据通路；
根据指令系统、选用的器件和设计指标，设计数据流的数据通路。
计算机的工作过程，实质上是不同的数据流在控制信号作用下在限定的 数据通路中进行传送。数据通路不同，指令所经过的操作过程也不同，机器 的结构也就不—样，因此数据通路的设计是至关重要的。所谓数据通路的设 计，也就是确定机器各逻辑部件相对位置的总框图。
数据远路的设计，目前还没有非常标准的方法。主要是依据设计者的经 验，并参考现有机器的三种典型形式(单总线、双总线或三总线结构)，根据 指令系统的要求，可采用试探方法来完成。其主要步骤如下：
对指令系统中的各条指令进行分析，得出所需要的指令周期与操作 序列，以便决定各器件的类型和数量。
构成一个总框图草图，进行各逻辑部件之间的互相连接，即初步确 定数据通路，使得由指令系统所包涵的数据通路都能实现，并满足技术指标 的要求。
检验全部指令周期的操作序列，确定所需要的控制点和控制信号。
检查所设计的数据通路，尽可能降低成本，简化线路。
方案二:
⑴、用基本的五条机器指令编写实验程序。
程序如下：(地址和内容都是十六进制，机器指令的前4位为操作码。) 地址内容 助记符说明
00 00 IN RO, 80H 80H R0。数据80H从实验仪左下方“ INPUT
DEVICE”中的8位数据开关D7〜D0输入，存入R0寄存器。
01 10 ADD R0, (0A) (R0) + (0A) R0°R0寄存器的内容与存储器0A地
址单元的内容相加，结果存入R0寄存器。
02 0A
03 20 STA(0B), R0 R0 (0B)。R0寄存器的内容与存入存储器0B地
址单元。
04 0B
05 30 OUT BUS, (0B) (0B) BUS。通过总线输出存储器0B地址单 元的内容。
06 0B
07
40 JMP 00 00 PC 。无条件转移到00地址。
08
00
0A
01
存储器0A地址单兀的数据，可自定。
0B
求和结果保存在存储器0B地址单兀。