計(jì)算機(jī)組成原理模型機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0學(xué)號(hào)： 武漢華夏理工學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱 計(jì)算機(jī)組成原理 題 目 模型機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 成 績 指導(dǎo)教師 田 小 華 2016 年 12 月 27 日1武漢華夏理工學(xué)院信息工程系課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書課程名稱： 計(jì)算機(jī)組成原理 指導(dǎo)教師： 田小華 班級(jí)名稱： 開課教研室： 軟件與信息安全 一、課程設(shè)計(jì)目的與任務(wù)理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)功能部件的功能、結(jié)構(gòu)和工作原理，正確理解各功能部件之間的相互關(guān)系及其在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所起的作用；掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)功能部件的設(shè)計(jì)和分析技術(shù)，包括數(shù)據(jù)與指令的編碼、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、輸入輸出接口等。在此基礎(chǔ)上，使學(xué)生通過理論與實(shí)踐的結(jié)合，利用基本模型計(jì)算機(jī)的構(gòu)建與調(diào)試實(shí)驗(yàn)，完整地建立計(jì)算機(jī)硬件的整機(jī)模型，掌握中央處理器的基本結(jié)構(gòu)和控制流程，掌握機(jī)器指令執(zhí)行的基本過程，熟悉微程序控制器的基本結(jié)構(gòu)和微程序設(shè)計(jì)技術(shù)的主要技巧，理解一條機(jī)器指令與一段微程序的關(guān)系，明確高級(jí)語言指令與微指令的對(duì)應(yīng)關(guān)系，充分理解控制信息流利用數(shù)據(jù)通路完成對(duì)數(shù)據(jù)流的加工處理的過程。通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生將所學(xué)專業(yè)知識(shí)綜合運(yùn)用，在實(shí)踐活動(dòng)中積累經(jīng)驗(yàn)，增長才干，訓(xùn)練學(xué)生獨(dú)立工作能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新精神，養(yǎng)成務(wù)實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。二、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與基本要求1.按給定的數(shù)據(jù)格式、機(jī)器指令格式和微指令格式，利用基本的數(shù)字邏輯器件，設(shè)計(jì)臺(tái)微程序控制的模型計(jì)算機(jī)。2.設(shè)計(jì)五條機(jī)器指令:IN,ADD,STA,OUT,JMP，并用微指令編寫微程序，實(shí)現(xiàn)每條機(jī)器指令的功能。3.在 TD-CMA 教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)基本模型機(jī)方案：建立數(shù)據(jù)通路，定義開關(guān) SWA 及 SWB 的功能；確定微程序控制流程，掌握控制臺(tái)操作；輸入編寫的五條機(jī)器指令的微程序序列；輸入實(shí)驗(yàn)機(jī)器指令程序序列； 設(shè)計(jì)基本模型的物理連線；完成微程序的調(diào)試，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)機(jī)器指令程序的功能。完成模型機(jī)調(diào)試任務(wù)后，整理課程設(shè)計(jì)資料，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容包括： 模型機(jī)數(shù)據(jù)通路圖；微程序控制器邏輯模塊圖；微程序控制流程圖；元件排列圖；設(shè)計(jì)說明書； 調(diào)試小結(jié)。三、課程設(shè)計(jì)步驟及時(shí)間進(jìn)度和場(chǎng)地安排計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)將安排在第 17 周, 地點(diǎn)在信息系實(shí)驗(yàn)樓 523 教室。具體安排如下：1第 17 周周 1（1 節(jié)）(12 月 26 日) ：集中講解課程設(shè)計(jì)原理與方法， 3-203 教室2第 17 周周 1（2-4 節(jié)）：完成模型機(jī)的實(shí)驗(yàn)線路連接23第 17 周周 2：調(diào)試模型機(jī)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告4第 17 周周 5：檢查課程設(shè)計(jì)報(bào)告，打印提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告軟件工程 1151 班時(shí)間安排：周次星期一 星期二 星期五第 17 周 第 1-4 節(jié) 第 1-4 節(jié) 第 1-4 節(jié)地 點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)樓 523 實(shí)驗(yàn)樓 523 實(shí)驗(yàn)樓 523四、課程設(shè)計(jì)考核及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)課程設(shè)計(jì)考核將綜合考慮學(xué)生考勤和參與度，課程設(shè)計(jì)方案正確性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的情況，以及課程設(shè)計(jì)報(bào)告書的質(zhì)量。具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下：序號(hào) 評(píng)分項(xiàng)目 分?jǐn)?shù)1 學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真、遵守紀(jì)律 102 設(shè)計(jì)分析合理性 103 設(shè)計(jì)方案正確性、可行性 204 設(shè)計(jì)結(jié)果正確性 305 設(shè)計(jì)報(bào)告的規(guī)范性 106 實(shí)踐環(huán)節(jié)的獨(dú)立性與主動(dòng)性 107 設(shè)計(jì)驗(yàn)收 10總得分/等級(jí)注：最終成績以五級(jí)分制記。優(yōu)（90-100 分）、良（80-89 分）、中（70-79 分）、及格（60-69 分）、60 分以下為不及格目 錄第一章 課程設(shè)計(jì).11.1 課程設(shè)計(jì)題目.11.2 課程設(shè)計(jì)目的.11.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 .1第二章 概要設(shè)計(jì).12.1 課程設(shè)計(jì)原理.12.2 數(shù)據(jù)通路框圖.22.3 微指令格式.22.4 微程序流程圖.32.5 微指令二進(jìn)制代碼表.42.6 實(shí)驗(yàn)步驟 .5第三章 實(shí)驗(yàn)過程屏幕截圖 . .73.1 調(diào)試部分截圖 .73.2 調(diào)試整體圖 .83.3 運(yùn)行結(jié)果 .9第四章 設(shè)計(jì)總結(jié) .94.1 給出每條機(jī)器指令的微程序(十六進(jìn)制格式) .94.2 設(shè)計(jì)體會(huì) .10附表答辯和評(píng)語表 . .120第一章 需求分析1.1課程設(shè)計(jì)題目基本模型機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1.2課程設(shè)計(jì)目的在掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成及內(nèi)部工作機(jī)制、理解計(jì)算機(jī)各功能部件工作原理的基礎(chǔ)上，深入掌握信息流和控制信息流的流動(dòng)過程，進(jìn)一步加深計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各模塊間相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)和整機(jī)的概念，培養(yǎng)開發(fā)和調(diào)試計(jì)算機(jī)的技能。1.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備TDN-CM 組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，排線若干，微機(jī)第二章 概要設(shè)計(jì)2.1 課程設(shè)計(jì)原理采用五條機(jī)器指令:IN,ADD,STA,OUT,JMP 地 址（二進(jìn)制） 內(nèi)容（二進(jìn)制） 助記符 說 明 0000 0000 0000 0000 IN R0 “INPUT DEVICE(班號(hào))”R0 0000 0001 0001 0000 ADD 0AH,R0 R0+0AH R0 0000 0010 0000 1010 0000 0011 0010 0000 STA R0,0BH R00BH 0000 0100 0000 1011 0000 0101 0011 0000 OUT 0BH 0BH LED 0000 0110 0000 1011 10000 0111 0100 0000 JMP 00H 00H PC 0000 1000 0000 0000 0000 1001 0000 1010 0001 1111 學(xué)號(hào)為 31 號(hào)同學(xué) 0000 1011 求和結(jié)果(班號(hào)加學(xué)號(hào))2.2數(shù)據(jù)通路框圖簡單的模型計(jì)算機(jī)是由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、總線、輸入輸出和時(shí)序產(chǎn)生器組成。在模型機(jī)中，我們將要實(shí)現(xiàn) RAM 的讀寫指令，寄存器的讀寫指令，跳轉(zhuǎn)指令，ALU 的加、減、與、或指令。把通用寄存器作為累加器 A，進(jìn)行左、右移等指令，整體構(gòu)成一個(gè)單累加器多寄存器的系統(tǒng)。如圖 1 所示：圖 1 數(shù)據(jù)通路框2.3 微指令格式 當(dāng)全部微程序設(shè)計(jì)完畢后，應(yīng)將每條微指令代碼化，如圖 2 所示：2圖 2 微指令格式2.4 微程序流程圖微程序流程圖如圖 3 所示：3圖 3 微程序流程2.5微指令二進(jìn)制代碼表 表 1 微指令二進(jìn)制代碼表八進(jìn)制 二 進(jìn) 制 格 式微地址 S3 S2 S1 S0 M CnWEA9A8 A B C A 5A 000Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 000 000 100 0 1 0 0 0 001Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 0 0 0 1 002Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 100 000 001 0 0 1 0 0 003Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 110 000 000 0 0 0 1 0 004Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 011 000 000 0 0 0 1 0 105Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 010 001 000 0 0 0 1 1 006Q 1 0 0 1 0 1 0 1 1 001 101 000 0 0 0 0 0 107Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 110 000 000 0 0 1 1 0 110Q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001 000 000 0 0 0 0 0 111Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 0 0 0 1 112Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 0 0 1 1 113Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 0 1 1 1 0414Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 1 0 1 1 015Q 0 0 0 0 0 0 1 0 1 000 001 000 0 0 0 0 0 116Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 110 000 000 0 0 1 1 1 117Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 010 000 000 0 1 0 1 0 120Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 1 0 0 1 021Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 0 1 0 1 0 022Q 0 0 0 0 0 0 0 0 1 010 000 100 0 1 0 1 1 123Q 0 0 0 0 0 0 0 1 1 000 000 000 0 0 0 0 0 124Q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 010 000 000 0 1 1 0 0 025Q 0 0 0 0 0 1 1 1 0 000 101 000 0 0