計算機組成原理課程設(shè)計

1、<p>　　xxxx大學xxxxxx學院</p><p><b>　　計算機類</b></p><p><b>　　課程實習報告</b></p><p>　　2011年6月 24日</p><p>　　xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx</p>

2、;<p>　　課程實習報告結(jié)果評定</p><p>　課程名稱：計算機組成原理</p><p>　實習題目：簡單模型機設(shè)計</p><p>　姓 名：</p><p>　系：計算機</p><p>　專 業(yè)：</p><p>　年 級：</p>&l

3、t;p>　學 號：</p><p>　指導教師：</p><p>　職 稱：</p><p>　　目 錄</p><p>　　1.實習的目的和任務(wù)……………………………………………………………1</p><p>　　2.實習要求………………………………………………………………………1&l

4、t;/p><p>　　3.實習地點………………………………………………………………………1</p><p>　　4.主要儀器設(shè)備（實驗用的軟硬件環(huán)境）……………………………………1</p><p>　　5.實習內(nèi)容………………………………………………………………………1</p><p>　　5.1實驗原理………………………………………………………

5、……………2</p><p>　　5.2連接實驗線路………………………………………………………………7</p><p>　　5.3編寫程序……………………………………………………………………8</p><p>　　5.4 寫程序/運行程序…………………………………………………………9</p><p>　　6. 問題討論與分析………………………

6、……………………………………11</p><p>　　7. 結(jié)束語………………………………………………………………………12</p><p>　　參考文獻………………………………………………………………………12</p><p><b>　　簡單模型機設(shè)計</b></p><p><b>　　實習的目的和任務(wù)&

7、lt;/b></p><p>　　《計算機組成原理》是一門理論性和實踐性非常強的課程，學生僅僅通過課堂教學來獲取理論知識是遠遠不夠的，必須加強實踐教學，通過親自動手，鞏固課堂知識、提高綜合運用所學的理論知識和方法獨立分析和解決問題的能力，并從成功和失敗的體驗中得到鍛煉，才能夠掌握和運用所學到的理論知識來解決實際問題，達到學以致用的目的。除此之外，《計算機組成原理課程實習》為學生提供了一次學習綜合運用所學知識

8、去解決實際問題的鍛煉。</p><p>　　《計算機組成原理課程實習》是學生學習《計算機組成原理》課程期間的一個重要教學環(huán)節(jié)。通過實習總結(jié)計算機組成原理課程的學習內(nèi)容：層次化設(shè)計方法、多路開關(guān)，邏輯運算部件，微程序控制的運算器設(shè)計、微程序控制的存儲器設(shè)計、簡單計算機的設(shè)計等內(nèi)容。為將來從事專業(yè)工作打下基礎(chǔ)，培養(yǎng)良好的職業(yè)道德和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L。</p><p><b>　　實習要求

9、</b></p><p>　　了解并掌握計算機組成原理設(shè)計的一般方法，具備初步的獨立分析和設(shè)計能力； 通過該課程設(shè)計的學習，總結(jié)計算機組成原理課程的學習內(nèi)容，層次化設(shè)計方法、多路開關(guān)，邏輯運算部件，微程序控制的運算器設(shè)計、微程序控制的存儲器設(shè)計、簡單計算機的設(shè)計。提高綜合運用所學的理論知識和方法獨立分析和解決問題的能力。</p><p><b>　　實習地點</

10、b></p><p>　　田家炳C404硬件實驗室</p><p>　　主要儀器設(shè)備（實驗用的軟硬件環(huán)境）</p><p>　　ZYE1603B計算機組成原理實驗儀一臺</p><p><b>　　PC機一臺</b></p><p>　　ZYE1603B計算機組成原理實驗儀聯(lián)機軟件 &

11、lt;/p><p><b>　　實習內(nèi)容</b></p><p><b>　　5.1 實驗原理</b></p><p>　　在第一部分的單元實驗中，所有的控制信號是認為用開關(guān)單元產(chǎn)生的，但是在實際的cpu中，所有的控制信號都是由cpu自動產(chǎn)生的。所以在本次的實驗中我們用微程序來控制，自動產(chǎn)生各部件單元控制信號，實現(xiàn)特定指令的功

12、能，這里，計算機數(shù)據(jù)通路的控制將由微程序控制器來完成。Cpu從內(nèi)存中讀出一條機器指令到指令執(zhí)行的結(jié)束的一個指令周期全部由微指令組成的序列來完成，即一條機器指令對應(yīng)一段微程序。</p><p>　　本實驗設(shè)計了五條機器指令，其指令格式如下:</p><p>　　助記符 機器指令碼 說明</p><p>　　IN

13、 00000000 :輸入，”INPUT”設(shè)備中的開關(guān)狀態(tài)->R0</p><p>　　ADDaddr 00010000XXXXXXXX :二進制加法，R0+[addr] ->R0</p><p>　　STAaddr 00100000XXXXXXXX :存數(shù)，R0->[addr]</p&

14、gt;<p>　　OUTaddr 00110000XXXXXXXX :輸出，[addr]->BUS</p><p>　　JMPaddr 01000000XXXXXXXX :無條件轉(zhuǎn)移，addr->PC</p><p>　　機器指令碼的前4位為操作碼。其中IN為單字長，其余為雙字長指令，XXXXXXXX為add

15、r對應(yīng)的二進制地址碼。</p><p>　　為了向RAM中裝入程序和數(shù)據(jù)，檢查寫入是否正確，并能啟動程序的執(zhí)行，還必須設(shè)計一個控制臺操作微程序。</p><p>　　存儲器讀操作（READ）:撥動總清開關(guān)CLR后，置開關(guān)單元SWB、SWA為00時，按START微動開關(guān)，可對RAM連續(xù)手動讀操作。</p><p>　　存儲器寫操作（WTITE）:撥動總清開關(guān)CLR后，

16、置開關(guān)單元SWB、SWA為01</p><p>　　時，按START微動開關(guān)，可對RAM連續(xù)手動寫入。</p><p>　　啟動程序（RUN）: 撥動總清開關(guān)CLR后，控制臺開關(guān)SWB、SWA為11</p><p>　　時，按START微動開關(guān)，即可轉(zhuǎn)入到第01號取址微指令，啟動程序運行。</p><p>　　上述三條控制臺指令用兩個開關(guān)SW

17、B、SWA的狀態(tài)來設(shè)置，其定義如下:</p><p>　　根據(jù)上述要求設(shè)計的數(shù)據(jù)通路框圖，如圖2-1。微代碼定義如表2-1所示。</p><p>　　圖2-1 基本模型機數(shù)據(jù)通路框圖</p><p>　　表2-1 基本模型機微指令結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　系統(tǒng)涉及到的微程序流程圖見圖2-2，當擬定“取指令”微指令時，該微指令的判別測試字

18、段為P1測試。由于“取指令”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P1的測試結(jié)果出現(xiàn)多路分支。本機用指令寄存器的高4位（17-14操作碼）作為測試條件，出現(xiàn)5路分支，占用5個固定微地址單元。</p><p>　　控制臺操作為P4測試，它以控制臺開關(guān)SWB、SWA作為測試條件，出現(xiàn)了3路分支，占用3個固定微地址單元，當3支微地址單元固定后，所到達的其它地方就可以將3個微地址單元隨意填寫。</p>

19、<p>　　當全部微程序設(shè)計完畢后，應(yīng)將每條微指令代碼化，表2-2即為將圖2-2的微程序流程圖按微指令格式化而成的“二進制微代碼表”。 </p><p>　　圖2-2 基本模型機微程序流程圖</p><p>　　表2-2 二進制代碼表</p><p>　　本系統(tǒng)有兩種外部I/O設(shè)備，一種是二進制數(shù)碼開關(guān)，作為輸入設(shè)備（輸入單元）:另一種是兩位十六進制數(shù)L

20、ED數(shù)碼符，作為輸出設(shè)備（輸出單元）。在輸入時，二進制開關(guān)數(shù)據(jù)直接經(jīng)過三態(tài)門送到總線上。只要開關(guān)狀態(tài)不變，輸入的信息也不變。輸出時，將輸出數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上，當寫信號（WE）有效時，將數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器，驅(qū)動數(shù)碼管顯示。</p><p><b>　　5.2 編寫程序</b></p><p>　　1.根據(jù)該模型機的指令系統(tǒng)，編寫一段程序。</p><

21、p>　　編寫程序一，此程序可從輸入設(shè)備取入數(shù)據(jù)，保存在內(nèi)存單元08，然后從08單元送到輸出設(shè)備進行顯示。每次循環(huán)過程中，可以使輸入設(shè)備數(shù)據(jù)改變，考察輸出顯示的結(jié)果。</p><p>　　設(shè)計機器指令程序如下</p><p>　　地址 內(nèi)容 助記符 說明</p><p>　　00 00 IN

22、 ：輸入開關(guān)數(shù)據(jù) R0</p><p>　　01 20 STA[08H] ：R0 [08]</p><p>　　02 08 ：地址</p><p>　　03 30 OUT[08H] ：[08H] BUS&l

23、t;/p><p>　　04 08 ：地址</p><p>　　05 40 JMP[00H] ：00H PC</p><p>　　06 00 ：跳轉(zhuǎn)地址</p><p>　　編寫程序二，本程序從

24、輸入設(shè)備讀入數(shù)據(jù)，與0A單元的數(shù)據(jù)相加，然后送到輸出設(shè)備進行顯示。設(shè)計機器指令如下：</p><p>　　地址 內(nèi)容 助記符 說明</p><p>　　00 00 IN ：輸入開關(guān)數(shù)據(jù) R0</p><p>　　01 10 ADD[0AH]

25、：R0 + [0AH] R0</p><p>　　02 0A ：地址</p><p>　　03 20 STA[0BH] :R0 [0B]</p><p>　　04 0B ：地址</p><p&g

26、t;　　05 30 OUT[0BH] ：[0BH] BUS</p><p>　　06 0B ：地址</p><p>　　07 40 JMP[00H] ：00H PC</p><p>　　08 00

27、 ：跳轉(zhuǎn)地址</p><p>　　0A 01 :加數(shù)，可自定</p><p>　　0B ：求和結(jié)果保存在0B單元</p><p>　　5.3按圖2-3連接實驗線路</p><p>　　圖2-3 基

28、本模型機實驗連接線圖</p><p>　　5.4寫程序/運行程序</p><p><b>　　聯(lián)機讀/寫程序</b></p><p>　　按照規(guī)定格式，將機器指令即微指令二進制表編輯成十六進制的規(guī)定格式文件。微指令格式中的微指令代碼將表中的24位微代碼按從左到右分成3個8位，將此三個8位二進制代碼化為相應(yīng)的十六進制即可。</p>

29、<p>　　使用聯(lián)機軟件的文件裝載將實驗程序和微程序下載到實驗箱中，并用軟件的讀出功能進行檢查。</p><p><b>　　聯(lián)機運行程序</b></p><p>　　首先使各個開關(guān)的狀態(tài)為：控制臺單元中的SP03開關(guān)設(shè)置為“STEP”狀態(tài)，SP04開關(guān)設(shè)置為“RUN”狀態(tài)；控制臺單元的開關(guān)SP05處于“NORM”狀態(tài)，SP06處于“RUN”狀態(tài)；開關(guān)單元的

30、開關(guān)SWB、SWA為“11”。</p><p>　　使單元開關(guān)的總清開關(guān)CLR（1 0 1）清零后，程序首址為00H。通過聯(lián)機軟件進入調(diào)試界面，可以通過調(diào)試程序的操作界面控制程序的運行，同時觀察運行過程和結(jié)果。</p><p>　　參考程序一的機器指令:</p><p>　　$P0000 $P0120 <

31、;/p><p>　　$P0208 $P0330 </p><p>　　$P0408 $P0540</p><p><b>　　$P0600</b></p><p>　　參考程序二的機器指令:</p><p>　　$P0

32、000 $P0110</p><p>　　$P020A $P0320</p><p>　　$P040B $P0530</p><p>　　$P060B $P0740</p><p>　

33、　$P0800 $P0A01</p><p><b>　　微程序:</b></p><p>　　$M00018110 $M0101ED82 $M0200C048</p><p>　　$M0300E004 $M0400B005 $M05

34、01A206</p><p>　　$M06959A01 $M0700E00D $M08001001</p><p>　　$M0901ED83 $M0A01ED87 $M0B01ED8E</p><p>　　$M0C01ED96 $M0D028201 $M0E0

35、0E00F</p><p>　　$M0F00A015 $M1001ED92 $M1101ED94</p><p>　　$M1200A017 $M13018001 $M1400A018</p><p>　　$M15070A01 $M1600D181 $M1707

36、0A10</p><p>　　$M18068A11</p><p><b>　　問題討論與分析</b></p><p><b>　?、?、程序一：</b></p><p>　　計算機進行取指令：把程序計數(shù)器中PC的地址送到地址寄存器AR中，PC+1；</p><p>　　將內(nèi)存

37、中的指令送到指令寄存器IR中。指令寄存器是用來保存當前正在執(zhí)行的</p><p><b>　　一條指令。</b></p><p>　　執(zhí)行指令：本程序從輸入設(shè)備輸入R0的值43(IN)；</p><p>　　存數(shù)，將PC中的地址送到AR中，PC自動加1，把R0的值送到08單元，通過數(shù)據(jù)總線放入ＡＲ中，把R0中的地址通過BUS送到內(nèi)存中。<

38、/p><p>　　輸出顯示，將PC中的地址送到AR中，PC自動加1，將內(nèi)存中08單元的地址通過BUS送到AR中，到內(nèi)存中取AR所對應(yīng)的數(shù)值送到數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR1，把DR1的數(shù)據(jù)送到LED數(shù)碼管中；</p><p>　　跳轉(zhuǎn)指令JMP，將PC中的地址送到AR中，PC自動加1，跳轉(zhuǎn)到下一個要執(zhí)行的指令中。</p><p>　　數(shù)據(jù)地址寄存器AR是用來保存當前CPU所訪問的

39、數(shù)據(jù)cache存儲器中單元的地址。</p><p><b>　?、?、程序二：</b></p><p>　　計算機進行取指令：把程序計數(shù)器中PC的地址送到得知寄存器AR中，PC自</p><p>　　動加1；將內(nèi)存中的指令送到指令寄存器IR中。</p><p>　　執(zhí)行指令：輸入開關(guān)數(shù)據(jù)，把43輸入到R0中（IN）；<

40、;/p><p>　　進行二進制相加，把PC中的地址送到AR中，PC自動加1，將內(nèi)存中的43的地址通過BUS送到ＡＲ中，將內(nèi)存中指定的數(shù)據(jù)通過ＢＵＳ送到DR2中，再將R0的值賦給DR1，將DR1和DR2中的值進行二進制相加，值賦給R0；</p><p>　　存數(shù)，把PC的地址送到AR中，PC自動加1，把R0的值送到0A單元，通過數(shù)據(jù)總線放入ＡＲ中，把R0中的值通過BUS送到內(nèi)存中。</p&

41、gt;<p>　　輸出顯示，將PC中的地址送到AR中，PC自動加1，將內(nèi)存中0A單元的地址通過BUS送到AR中，到內(nèi)存中取ＡＲ所對應(yīng)的數(shù)值送到數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR1，把DR1的數(shù)據(jù)送到LED數(shù)碼管中；</p><p>　　跳轉(zhuǎn)指令JMP，將PC中的地址送到AR中，PC自動加1，跳轉(zhuǎn)到下一個要執(zhí)行的指令中。</p><p>　　CPU每取一條指令并執(zhí)行這條指令都要完成一系列的操作

42、，這一系列操作所需要的時間通常叫做一個指令周期。指令周期包括取值周期和執(zhí)行指令階段（執(zhí)行周期）。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　通過這次的《計算機組成原理》的課程實習，使我對《計算機組成原理》的基本知識有了更深刻的理解，《計算機組成原理》是計算機專業(yè)當中的一門核心課程，通過《計算機組成原理》學習不僅使我對計算機的內(nèi)部運行情況有了大概的

43、理解，也使我知道實踐是學習《計算機組成原理》的不二法門，只有通過實踐才能使你對《計算機組成原理》有了更深刻的理解，也使你對那些復雜的知識點記得更牢。在《計算機組成原理》的實習過程中雖然有很多的不理解，也碰到過很多的困難，但通過仔細的研究和對老師的請教，不僅使我順利的完成了實習實驗，也使我獲得了《計算機組成原理》這寶貴的經(jīng)驗，提高綜合運用所學的理論知識和方法獨立分析和解決問題的能力，在失敗和成功中不斷體驗和探索，將掌握到得所學的知識用于實

44、際的問題中來。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 白中英，計算機組成原理（第三版·網(wǎng)絡(luò)版），科學出版社，2002.</p><p>　　[2] 白中英，楊春武，計算機組成原理題解、題庫、實驗（第三版），科學出版社，2002.</p><p>　　[3] 白中英，楊春武，馮