复杂模型计算机的设计
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课 程 设 计 报 告
课程名称 计算机组成原理
课题名称 复杂模型计算机的设计
专 业 计算机科学与技术
班 级
学 号
姓 名
指导教师 陈华光、陈多、邓作杰
2013年 9 月 18 日
湖南工程学院
课 程 设 计 任 务 书
课程名称 计算机组成原理
课 题 复杂模型计算机的设计
专业班级
学生姓名
学
号
指导老师 陈华光、陈多、邓作杰
审 批 陈华光
任务书下达日期 2013年9月3 日
任务完成日期 2013年 9月 18 日
1 一、设计内容与设计要求
1．设计内容
模型机是由五个部分组成的计算机，通过它可以理解计算机整机的结构及功能，理解CPU、存储器、中断控制器、总线的结构及实现逻辑和各部件之间的接口关系。本次课程设计的主要内容是利用西安唐都公司的TDN-CM++的内部可编程资源，设计一个模型计算机。本课程设计的主要目的是通过部件级的模型机的设计和调试，使学生理解计算机由5部分组成，掌握计算机的工作过程，从“指令—微指令—微操作”概念的理解，从而清晰地建立计算机的整机概念，并培养学生分析和解决实际问题的能力，同时增强学生的动手能力。
2．设计要求
(1) 借助于TDN-CM++的内部可编程资源，运算器单元，控制存储器，微命令寄存器，地址转移逻辑，微地址寄存器，控制时序信号单元，寄存器组，总线，输入\输出单元等，用微程序的方式设计一台的模型计算机。设计包括模型计算机组成的设计，指令系统的设计，并用汇编语言完成设计并调试成功。
(2) 复杂模型机的设计要求 (参考P107-115)
模型机设计四大类指令共十六条，其中包括算术逻辑指令、I/O 指令、访问及转移指令和停机指令。
设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址。
设计2条访内指令，即存数（STA）、取数（LDA），2 条转移指令，即无条件转移（JMP）、结果为零或有进位转移指令（BZC）。
设计2 条I/O 指令，输入（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令。
设计停机指令1条用单字节表示。
(3) 调试的程序
第一组
地址（H） 内容（H） 助记符 说明
$P00 44 IN 01 R0 INPUT device->R0
$P01 46 IN 01 R2 INPUT device->R2
$P02 98 ADC R2 R0 R2+R0+CY->R0
$P03 81 MOV R0 R1 R0->R1
$P04 F5 RLC R1 R1 R1右移一位
$P05 0C BZC 00 00 00->PC
2 $P06 00
第二组
地址（H） 内容（H） 助记符 说明
$P00 45 IN 01 R1 INPUT device->R1
$P01 00 LDA 00 00 R0 (20)-> R0
$P02 20
$P03 86 MOV R1 R2 R1->R2
$P04 A8 SBC R2 R0 R2-R0-CY->R0
$P05 F5 RLC R1 R1 R1右移一位
$P06 0C BZC 00 00 00->PC
$P07 00
第三组
地址（H） 内容（H） 助记符 说明
$P00 46 IN 01 R2 INPUT device->R2
$P01 84 MOV R2 R0 R2-> R0
$P02 44 IN 01 R0 INPUT device->R0
$P03 98 ADC R2 R0 R2+R0+CY->R0
$P04 E2 COM R2 NOT R2 ->R0
$P05 06 STA 00 0A R2 R2 ->(0A)
$P06 0A
$P07 0C BZC 00 00 00->PC
$P08 00
在规定的时间内以小组为单位完成相关的系统功能实现、数据测试和记录并进行适当的分析。
要求,同一小组的每个同学必须分析一条不同的机器指令的微程序的组成,说明组成该机器指令的每一条微指令的微命令(不同的控制信号的组成)。第1组－第3组的要求修改一条微指令。
(4)按本任务书的要求，编写《课程设计报告》（Word文档格式）。并用A4的复印纸打印并装订。
(5)在规定的时间内，请各班学习委员收齐课程设计报告在星期五交陈华光老师。
3 3．分组及安排
分4组，学号除以4取余数，余数为0的同学做带移位基本模型机1、余数为1的同学做复杂模型机1，余数为2的同学做复杂模型机2，余数为3的同学做复杂模型机3，每个组必须独立完成指定的题目，每个同学按要求独立完成课程设计报告。
4．成绩评定
程序设计方案是否合理；程序设计是否正确；调试结果；设计说明书的质量高低；答辩时回答问题情况；课程设计周表现情况；总评成绩记入“课程设计成绩评分表”。
二、进度安排
第 1周-2周，具体安排如下：
星期 时间 班级 内容 地点
第1周
任务安排 E-510
接线 E-510
调试 E-510
系统调试实现 E-510
接线 E-510
调试 E-510
系统调试实现 E-510
附：
课程设计报告装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（A4大小的图纸及程序清单）。 正文总字数要求在5000字以上（不含源程序代码）。
目录
一、课题的主要功能 ............................... 1
二、总体设计方案 ................................. 1
1、复杂模型机的逻辑框图 ...................................... 1
2、用框图语言表示模型机的指令执行流程 ........................ 2
三、数据格式和寻址方式的设计 ..................... 3
1、数据格式 .................................................. 3
2、模型机的寻址方式 .......................................... 3
3、 指令格式 ................................................. 3
四、指令和微程序的设计 ........................... 6
1、指令系统 .................................................. 6
2、机器指令和微指令设计 ...................................... 6
五、线路连接图 ................................... 6
六、微程序流程及说明 ............................. 8
七、课程设计的收获及体会 ........................ 11
八、参考资料 .................................... 12
源程序清单 ...................................... 12
1 一、课题的主要功能
本课题设计的主要目的是通过部件级的模型机的设计和调试，使学生理解计算机由5部分组成，掌握计算机的工作过程，从“指令—微指令—微操作”概念的理解，从而清晰地建立计算机的整机概念，并培养学生分析和解决实际问题的能力，同时增强学生的动手能力。
二、总体设计方案
1、复杂模型机的逻辑框图
以控制器为中心，首控制器从指令寄存器取得指令，编译指令，再输出微控制信号，控制ALU的运算，PC加一，并且从RAM中取出数据运算，运算后再把结果通过数据总线存到RAM，在指令寄存器读去下一条指令，依次循环。
图1 复杂模型计算机逻辑框图
2 2、用框图语言表示模型机的指令执行流程
图2 模型计算机逻辑框图
3 三、数据格式和寻址方式的设计
1、数据格式
模型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为８位，其格式如下：
７ ６５４３２１０
符号 尾 数
其中第 7 位为符号位，相对于十进制数值表示范围是：－2 7X2 7－1。
2、模型机的寻址方式
操作数的寻址就是寻找形成操作数在主存中的地址的方法。
设指令格式如下：
形式地址（D）：指令地址字段中给出的地址。
有效地址（EA）：形式地址经过一定计算而得到的操作数的实际地址。
常用寻址方式如下：
(1)隐含寻址：指令中不指出操作数的地址，而是隐含在累加器或堆栈等，由它们给出操作数。
(2)立即寻址：指令的地址字段指出的不是操作数的地址，而是操作数本身。即数据 data = D。
(3) 直接寻址：操作数的地址直接在指令中给出，即操作数的有效地址为
EA = D。
(4)间接寻址：指令的形成地址 D 在主存相应单元中的内容是操作数的地址，即操作数的有效地址为
