计算机组成原理课程设计报告书
目录
．实验计算机设计 1
1整机逻辑框图设计 1
2指令系统设计 2
3．微操作控制部件设计 5
4．设计组装实验计算机接线表 13
5．编写调试程序 14
二．实验计算机组装 14
三．实验计算机调试 15
1调试前准备 15
2程序调试程 16
3程序调试结果 16
4出错障分析 16
四．心体会 17
五．参考文献 17
题目 研制台累加器计算机
实验计算机设计
1整机逻辑框图设计
模型机运算器控制器存储器输入设备输出设备五部分组成
1运算器29974LS181完成控制信号功算逻部件暂存器LDR1LDR2三通寄存器R0R1R2等组成
2控制器程序计数器PC指令寄存器址寄存器时序电路控制存储器相应译码电路组成
3存储器RAM通CEWR两微命令完成数程序存放功
4输入设备置数开关SW控制完成
5输出设备两位LED数码WR控制完成
LR0 LR1 LR2
寄存器Ax Bx Cx
R0G R1G R2G
数总线（D_BUS）
ALUG
ALU
M CN
S3S2S1S0
暂存器LT1
暂存器LT2
LDR1
LDR2
移位寄存器
M S1 S0
G299
输入设备
DIJG
微控器
脉源时序
指令寄存器
LDIR
图中控制信号
LPC
PCG
程序计数器
LOAD
LAR
址寄存器
存储器 6116
CE
WE
输出设备
DG
WR
CPU
图 1 整机逻辑框图
图11中运算器ALUU7U10四片74LS181构成暂存器1U3U4两片74LS273构成暂存器2U5U6两片74LS273构成微控器部分控存U13U15三片2816构成外CPU部分EP1K10集成
存储器部分两片6116构成16位存储器址总线低八位效存储空间00HFFH
输出设备底板四LED数码译码驱动构成DGWR均低电时数总线数送入数码显示开关方式输入设备16位电开关两三态缓芯片74LS244构成DIJG低电时16位开关状态送数总线键盘方式联机方式数键盘位机输入然监控程序直接送数总线外加数输入电路
系统数总线16位指令址程序计数器均8位数总线数入指令寄存器址寄存器程序计数器时低八位效
2指令系统设计
21数格式
数格式：采定点补码表示法表示数字长8位格式：
表1补码表示表
7
6 5 4 3 2 1
符 号
尾 数
中第7位符号位数值表示范围：1≤X≤1
22指令格式：
（1）算术逻辑指令
设计9条单字长算术逻辑指令寻址方式采寄存器直接寻址格式：
表2寻址方式
7 6 5 4
3 2
1 0
OPCODE
rs
rd
中OPCODE操作码rs源寄存器rd目寄存器规定：
表3寄存器表
Rsrd
选定寄存器
00
R0
01
R1
10
R2
9条算术逻辑指令名称功具体格式见表9
（2）存储器访问转移指令
设计2条访问指令存数（STA）取数（LDA）2条转移指令条件转移（JMP）结果零进位转移指令（BZC）指令格式：
表4 存储器访问表
7 6
5 4
3 2
1 0
00
M
OPCODE
rd
D
中OPCODE操作码rd寄存器M寻址模式D位移量DM定义相寻址定义：
表5寻址模式表
寻址模式M
效址E
说 明
00
ED
直接寻址
01
E（D）
间接寻址
10
E（R1）+D
R1变址寻址
11
E（PC）+D
相寻址
注：机规定变址寄存器R1指定寄存器R2
（3）IO指令
输入（IN）输出（OUT）指令采单字节指令格式
表6 IO操作码表
7 6 5 4
3 2
1 0
OPCODE
addr
rd
中OPCODE0100addr10时数输入电路中开关组输入数OPCODE0100addr01时数送输出显示电路中数码显示
23指令系统
实验7条基指令中算术逻辑指令9条访问存指令程序控制指令2条输入输出指令2条面列出条指令格式汇编符号指令功
表7访问转移指令格式
汇编符号
指令格式
功
LDA MDRD
00 M 00 RD
D
E→RS
STA MDRD
00 M 01 RD
D
RD→E
JMP MD
00 M 10 00
D
E→PC
BZC MD
00 M 11 00
D
CY1Z1时
E→PC
表8九条算数逻辑指令格式
汇编符号
指令格式
功
CLR RD
0111 00 RD
0→RD
MOV RSRD
1000 RS RD
RS→RD
ADC RSRD
1001 RS RD
RS+RD+CY→RD
SBC RSRD
1010 RS RD
RSRDCY→RD
INC RD
1011 RS RD
RD+1→RD
AND RSRD
1100 RS RD
RS∧RD→RD
COM RD
1101 RS RD
RD→RD
RRC RSRD
1110 RS RD
CY
RS
RS→RD
RLC RSRD
1111 RS RD
CY
RS
RS→RD
表9输入输出指令格式
汇编符号
指令格式
功
IN ADDR RD
0100 01 RD
ADDR→RD
OUT ADDR RD
0101 10 RD
RD→ADDR
停机指令指令格式：
7 6 5 4
3 2
1 0
OPCODE
00
00
实现停机操作
停机指令名称功具体格式见表：
表10停机指令
汇编符号
指令格式
功
HALT
停机
3．微操作控制部件设计
31微指令编码格式设计
设计三控制操作微程序：
存储器读操作（MRD）：拨动清零开关CLR址指令寄存器清零指令译码输入CA1CA200时单步键RAM连续读操作
存储器写操作（MWE）：拨动清零开关CLR址指令寄存器清零指令译码输入CA1CA210时单步键RAM连续写操作
启动程序（RUN）：拨动清零开关CLR址指令寄存器清零指令译码输入CA1CA211时单步键转入第01号取指微指令启动程序运行
表11 系统微程序字长24位控制序
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15 14 13
12 11 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
S3
S2
S1
S0
M
Cn
WE
1A
1B
F1
F2
F3
uA5
uA4
uA3
uA2
uA1
uA0
中uA5uA06位续址F1F2F3三译码字段分三控制位译出位
32微操作控制信号设计
微指令中控制位含义：
S3S2S1S0MCN控制运算器逻辑算术运算微命令WE写存微命令状态1效1A1B输入电路选通存RAM选通输出LED选通控制微命令分应状态111001 状态00效F1F2F3三译码字段分三控制位指令译码电路74138译码输出8种状态前7种状态分应组互斥性微命令中状态111效F3字段包含P1 P4四测试字位功根机器指令代码相应微指令代码进行译码测试微程序转入相应微址入囗实现微程序序分支循环运行
表12 Ｆ１Ｆ２Ｆ３三字段编码方案
F1字段
F2字段
F3字段
15 14 13
选择
12 11 10
选择
9 8 7
选择
0 0 0
LDRi
0 0 0
RAG
0 0 0
P1
0 0 1
LOAD
0 0 1
ALUG
0 0 1
AR
0 1 0
LDR2
0 1 0
RCG
0 1 0
P3
0 1 1
定义
0 1 1
定义
0 1 1
定义
1 0 0
LDR1
1 0 0
RBG
1 0 0
P2
1 0 1
LAR
1 0 1
PCG
1 0 1
LPC
1 1 0
LDIR
1 1 0
299G
1 1 0
P 4
1 1 1
操作
1 1 1
操作
1 1 1
操作
控制操作P4测试CA1CA2作测试条件出现写机器指令读机器指令运行机器指令3路分支占3固定微址单元分支微址单元固定剩方条微指令占控存微址单元意填写
机器指令执行程：首先指令外存储器址送址总线然该址指令传送指令寄存器取指程必须操作码进行P1测试根指令译码续微址中某位强制置位条微指令指相应微程序首址译码程然序执行该段微程序真正指令执行程
机器指令执行程中取指译码必少微指令执行操作相微指令称公微指令
33微程序序控制方式设计
331微程序控制部件组成原理
[1] 运算器单元（ALU UINT）
运算器单元部分构成：两片74LS181构成－串型8位ALU两8位寄存器DR1DR2暂存工作寄存器保存参数中间运算结果ALUS0～S3运算控制端Cn低进位输入M状态控制端ALU输出通三态门74LS245连数总线ALUB控制该三态门
[2] 寄存器堆单元（REG UNIT）
该部分3片8位寄存器R0R1R2组成保存操作数中间运算结构等三寄存器输入输出均连入数总线LDRiRSB根机器指令进行选通
[3] 指令寄存器单元（INS UNIT）
指令寄存器单元中指令寄存器（IR）构成模型机时作指令译码电路输入实现程序跳转LDIR控制选通
[4] 时序电路单元（STATE UNIT）
输出连续单方波信号控制机器运行
[5] 微控器电路单元（MICRO－CONTROLLER UNIT）
微控器完成接受机器指令译码器送代码控制转相应机器指令应首条微代码程序该条机器指令功进行解释执行工作输入WR信号控制微代码输出锁存程序计数器（PC）址寄存器（AR）实现程序取指功
[6] 逻辑译码单元（LOG UNIT）
根机器指令相应微代码进行译码微程序转入相应微址入口实现微程序序分支循环运行工作寄存器R0R1R2选通译码
[7] 存储器单元（MAIN MEM）
存储实验中机器指令
[8] 输入输出单元（INPUTOUTPUT DEVICE）
输入单元八拨动开关作输入设备SWB控制选通信号输出单元输入数置入锁存器两数码显示值
…
…
指令寄存器IR
操作码
微址寄存器
址译码
控制存储器
址转移
逻辑
状态条件
微命令寄存器
P字段
操作控制字段
微命令信号
…
…
指令寄存器IR
操作码
微址寄存器
址译码
控制存储器
址转移
逻辑
状态条件
微命令寄存器
P字段
操作控制字段
微命令信号
图2微程序控制原理图
332微程序入口址形成方法
条机器指令需取指操作取指操作编制成段公微程序通常安排控存0号特定单元开始段控存空间
条机器指令应着段微程序入口初始微址首先取指令微程序取出条机器指令IR中然根机器指令操作码转换成该指令应微程序入口址种分支(路转移)情况常三种方式形成微程序入口址
（1）级功转移
果机器指令操作码字段位数位置固定直接操作码入口址码部分位相应例某计算机16条机器指令指令操作码4位二进制数表示分00000001…1111现字母Q表示操作码令微程序入口址Q11B例000011BMOV指令入口址000111BADD指令入口址001011BSUB指令入口址……
见相邻两段微程序入口址相差4单元
（2）二级功转移
类指令操作码位数位置固定时需采分级转移第次先指令类型标志转移区分出指令属类单操作数指令双操作数指令等类机器指令中操作码位数位置应固定第二次操作码区分出具体条指令便转移相应微程序入口
（3）通PLA电路实现功转移
编程逻辑阵列PLA实质种译码编码阵列具输入输出PLA输入机器操作码判条件PLA输出相应微程序入口址种方法变长度变位置操作码处理更效转移速度较快
333控存址确定方法
转移条机器指令应微程序入口址开始执行微程序条微指令执行完毕时需根中序控制字段求形成继微指令址
（1）增量方式(序转移型微址)
种方式机器指令控制方式相类似序执行转移转子分序执行时继微址现行微址加增量(通常1)转移转子时微指令序控制字段产生转移微址微程序控制器中应微程序计数器(μPC)降低成般情况部微址寄存器μAR改具计数功寄存器代μPC
非序执行微指令时转移微指令实现转移转移微指令序控制字段分成两部分：转移控制字段(BCF)转移址字段(BAF)
起始转移址发生器功两：条新机器指令装入IR时形成机器指令微程序段起始址装入μPC着节拍电位信号μPC动增加增量便连续CM中读出微指令相应微操作控制信号规定序发送CPU部分第二功微指令指示测试状态标志条件代码机器指令某位时指定条件进行测试满足转移条件新转移址装入μPC实现转移否装入新址微程序序执行次CM中取出条新微指令时μPC增加列情况例外：
• 遇END微指令时取指微程序入口址装入μPC开始取指令周期
• 条新指令装入IR时该指令微程序入口址装入μPC
• 遇转移微指令满足转移条件时转移址装入μPC
增量方式优点简单易掌握编制微程序容易条机器指令应段微程序般安排CM连续单元中缺点种方式实现两路行微程序转移利提高微程序执行速度
（2）断定方式
断定方式增量方式采μPC微指令址微址寄存器μAR提供微指令格式中设置址字段指明条执行微指令址条微指令取出时条微指令址(址字段)送μAR相条微指令具转移微指令功采种方法必设置专门转移微指令增加微指令字长度
（3）增量方式断定方式结合
种控制方式中微址寄存器μAR计数功(断定方式中微址寄存器μAR计数功)微指令中设置序控制字段种增量方式断定方式相结合方式序控制字段般两部分组成：序址字段测试字段
① 序址字段设计者指定般微址高位部分指定继微址CM中某区域
② 测试字段根关状态测试结果确定址值般应微址低位部分相指定区域确定具体分支测试状态指定开关状态指令操作码状态字等测试字段果位微址特产生两路分文两位产生四路分支类推测试字段n位产生2n路分支
③ 转移求微址寄存器计数继微指令址
334微程序控存中分布情况
34微程序设计：
341写出条指令应微程序流程图
控制开关
00
P(4)测试
MWE（01） MRD(00) RUN(11)
PC ARPC+1 11 PC ARPC+1 10 13
(D_INPUT) D_BUS LT1 14 RAM D_BUS LT1 12 01
LT1 RAM 74 LT1 LED 73
图3微程序流程图
图4 微程序流程图
4．设计组装实验计算机接线表
图5 单片机键盘实验连线图
5．编写调试程序：
写出调试程序条指令应机器码（16进制编码）程序存中存放位置
址 指令 助记符 说明
00H 01000100 IN R0 DATA1àR0
01H 01000101 IN R1 DATA2àR1
02H 10010001 ADC R0R1 [R0]+[R1]àR1
03H 00000101 STA R1[34]H [R1]à[34]H
04H 00110100
05H 10000110 MOV R1R2 [R1]àR2
06H 01011010 OUT R2 直接寻址方式
07H 01000100 LIN R0 DATAàR0
08H 00000001 LDA [34]HR1 [[34]H]àR1
09H 00110100
0AH 10000001 ADC R0R1 [R0]+[R1]àR1
0BH 00000101 STA R1[34]H [R1]à[34]H
0CH 00110100
0DH 10000110 MOV R1R2 [R1]àR2
0EH 01011010 OUT R2 直接寻址方式
0FH 00001000 JMP L 条件跳转
10H 00000111
二．实验计算机组装
连接硬件系统图5连线图
三．实验计算机调试
1调试前准备
1实验指导说明书连接硬件系统
2启动实验软件开实验课题菜单选中实验课题开实验课题参数话窗口：
微指令操作
1)写编辑框中输入实验指导书中微指令程序(格式：两位八进制微址+空格+六位十六进制微代码)直接开机附带程序EX8MSM实验箱K4K3K2K1拨0010写状态然写入钮微程序写入控制存储器电路
2)读实验箱K4K3K2K1拨0100读状态读出微址栏中填入两位八进制址读出钮相应微代码显示读出微代码栏中
3)保存保存钮微程序代码保存定文件(*MSM)中
4)开开钮开已微程序文件显示编辑框中
机器指令操作：
1)写编辑框中输入实验指导书中机器指令程序(格式：两位十六进制址+空格+2位 4位十六进制代码)直接开机附带程序EX8ASM实验箱K4K3K2K1拨 0101运行状态拨动CLR开关址微址清零然写入钮机器指令写 入存储器电路注：8位机十六进制代码2位16位机十六进制代码2位4位
2)读实验箱K4K3K2K1拨0101运行状态读出指令址栏中填入两位十六进制址拨动CLR开关址微址清零然读出钮相应指令代码显示读出指令代码栏中
3)保存保存钮机器指令程序保存定文件(*ASM)中
4)开开钮开已机器指令程序文件显示编辑框中
5)单步运行状态运行程序前先拨动CLR开关址微址清零然次单步钮执行条微指令实验箱指示灯显示LED观察单步运行结果
6)连续连续运行程序前先拨动CLR开关址微址清零然连续钮连续执行程序实验箱指示灯显示LED观察连续运行结果
7)停止连续运行程序程中停止钮暂停程序执行时址微址复位暂停处单步连续执行
2程序调试程
进行机器指令操作时完成数写读保存机器指令进行单步运行进行连续运行单步运行状态运行程序前先拨动CLR开关址微址清零然次单步钮执行条微指令实验箱显示LED观察单步运行结果连续运行程序前先拨动CLR开关址微址清零然连续钮连续执行程序
3程序调试结果
实验箱显示LED观察连续运行结果：
输入015
LED显示：068
4出错障分析
1．出现障
1)连接线路程序运行正常
2)数输入错误
2障分析查找
障1)检查发现器件接触良更换导线设备运行正常
障2)分析发现数输入读出开关状态没设置
四．心体会
次课程设计关基模型机设计实现实验程中具体求连接实验连线图二进制代码表手动输入循环数验证正常运行然采联机方式观察数显示情况具体观察情况已前面作说明然中存问题微程序已定解次实验中发现前学微程序指令章节时候微指令说理解问题没解决指令传送程﹑取址寻址程﹑微程序产生方式流程图明白通次课程设计亲手体验设计实现基模型机程程序设计部件致已解程序执行流程基弄清楚够根控制开关状态判断指令具体操作输入﹑二进制加法﹑存数﹑输出条件转移五条机器指令具体执行方式没太问题
外联机运行观察数流程时出现问题执行通路死循环数法传入指令寄存器IR法完成址传送等通努力次实验完成
通周课程设计计算机组成原理更深理解更深刻认识实践重性理实践相结合达学效果特程序语言学值欣喜次饰演仅单片机计算机硬件体系更进步解学更关设计方面容新指令设计没设计成功想学会帮助更加努力学方面知识综合力进步提高
参考文献
1白中英著 计算机组成原理第四版 北京：科学出版社 2008
2杨雨彤著 计算机组成原理实验指导书沈阳：沈阳理工学 2010
3马秀丽刘念著 ELJYII型计算机组成原理实验系统实验指导书 沈阳理工学信息学院应教研室 2007
文档香网(httpswwwxiangdangnet)户传
《香当网》用户分享的内容，不代表《香当网》观点或立场，请自行判断内容的真实性和可靠性！
该内容是文档的文本内容，更好的格式请下载文档
目录
．实验计算机设计 1
1整机逻辑框图设计 1
2指令系统设计 2
3．微操作控制部件设计 5
4．设计组装实验计算机接线表 13
5．编写调试程序 14
二．实验计算机组装 14
三．实验计算机调试 15
1调试前准备 15
2程序调试程 16
3程序调试结果 16
4出错障分析 16
四．心体会 17
五．参考文献 17
题目 研制台累加器计算机
实验计算机设计
1整机逻辑框图设计
模型机运算器控制器存储器输入设备输出设备五部分组成
1运算器29974LS181完成控制信号功算逻部件暂存器LDR1LDR2三通寄存器R0R1R2等组成
2控制器程序计数器PC指令寄存器址寄存器时序电路控制存储器相应译码电路组成
3存储器RAM通CEWR两微命令完成数程序存放功
4输入设备置数开关SW控制完成
5输出设备两位LED数码WR控制完成
LR0 LR1 LR2
寄存器Ax Bx Cx
R0G R1G R2G
数总线（D_BUS）
ALUG
ALU
M CN
S3S2S1S0
暂存器LT1
暂存器LT2
LDR1
LDR2
移位寄存器
M S1 S0
G299
输入设备
DIJG
微控器
脉源时序
指令寄存器
LDIR
图中控制信号
LPC
PCG
程序计数器
LOAD
LAR
址寄存器
存储器 6116
CE
WE
输出设备
DG
WR
CPU
图 1 整机逻辑框图
图11中运算器ALUU7U10四片74LS181构成暂存器1U3U4两片74LS273构成暂存器2U5U6两片74LS273构成微控器部分控存U13U15三片2816构成外CPU部分EP1K10集成
存储器部分两片6116构成16位存储器址总线低八位效存储空间00HFFH
输出设备底板四LED数码译码驱动构成DGWR均低电时数总线数送入数码显示开关方式输入设备16位电开关两三态缓芯片74LS244构成DIJG低电时16位开关状态送数总线键盘方式联机方式数键盘位机输入然监控程序直接送数总线外加数输入电路
系统数总线16位指令址程序计数器均8位数总线数入指令寄存器址寄存器程序计数器时低八位效
2指令系统设计
21数格式
数格式：采定点补码表示法表示数字长8位格式：
表1补码表示表
7
6 5 4 3 2 1
符 号
尾 数
中第7位符号位数值表示范围：1≤X≤1
22指令格式：
（1）算术逻辑指令
设计9条单字长算术逻辑指令寻址方式采寄存器直接寻址格式：
表2寻址方式
7 6 5 4
3 2
1 0
OPCODE
rs
rd
中OPCODE操作码rs源寄存器rd目寄存器规定：
表3寄存器表
Rsrd
选定寄存器
00
R0
01
R1
10
R2
9条算术逻辑指令名称功具体格式见表9
（2）存储器访问转移指令
设计2条访问指令存数（STA）取数（LDA）2条转移指令条件转移（JMP）结果零进位转移指令（BZC）指令格式：
表4 存储器访问表
7 6
5 4
3 2
1 0
00
M
OPCODE
rd
D
中OPCODE操作码rd寄存器M寻址模式D位移量DM定义相寻址定义：
表5寻址模式表
寻址模式M
效址E
说 明
00
ED
直接寻址
01
E（D）
间接寻址
10
E（R1）+D
R1变址寻址
11
E（PC）+D
相寻址
注：机规定变址寄存器R1指定寄存器R2
（3）IO指令
输入（IN）输出（OUT）指令采单字节指令格式
表6 IO操作码表
7 6 5 4
3 2
1 0
OPCODE
addr
rd
中OPCODE0100addr10时数输入电路中开关组输入数OPCODE0100addr01时数送输出显示电路中数码显示
23指令系统
实验7条基指令中算术逻辑指令9条访问存指令程序控制指令2条输入输出指令2条面列出条指令格式汇编符号指令功
表7访问转移指令格式
汇编符号
指令格式
功
LDA MDRD
00 M 00 RD
D
E→RS
STA MDRD
00 M 01 RD
D
RD→E
JMP MD
00 M 10 00
D
E→PC
BZC MD
00 M 11 00
D
CY1Z1时
E→PC
表8九条算数逻辑指令格式
汇编符号
指令格式
功
CLR RD
0111 00 RD
0→RD
MOV RSRD
1000 RS RD
RS→RD
ADC RSRD
1001 RS RD
RS+RD+CY→RD
SBC RSRD
1010 RS RD
RSRDCY→RD
INC RD
1011 RS RD
RD+1→RD
AND RSRD
1100 RS RD
RS∧RD→RD
COM RD
1101 RS RD
RD→RD
RRC RSRD
1110 RS RD
CY
RS
RS→RD
RLC RSRD
1111 RS RD
CY
RS
RS→RD
表9输入输出指令格式
汇编符号
指令格式
功
IN ADDR RD
0100 01 RD
ADDR→RD
OUT ADDR RD
0101 10 RD
RD→ADDR
停机指令指令格式：
7 6 5 4
3 2
1 0
OPCODE
00
00
实现停机操作
停机指令名称功具体格式见表：
表10停机指令
汇编符号
指令格式
功
HALT
停机
3．微操作控制部件设计
31微指令编码格式设计
设计三控制操作微程序：
存储器读操作（MRD）：拨动清零开关CLR址指令寄存器清零指令译码输入CA1CA200时单步键RAM连续读操作
存储器写操作（MWE）：拨动清零开关CLR址指令寄存器清零指令译码输入CA1CA210时单步键RAM连续写操作
启动程序（RUN）：拨动清零开关CLR址指令寄存器清零指令译码输入CA1CA211时单步键转入第01号取指微指令启动程序运行
表11 系统微程序字长24位控制序
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15 14 13
12 11 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
S3
S2
S1
S0
M
Cn
WE
1A
1B
F1
F2
F3
uA5
uA4
uA3
uA2
uA1
uA0
中uA5uA06位续址F1F2F3三译码字段分三控制位译出位
32微操作控制信号设计
微指令中控制位含义：
S3S2S1S0MCN控制运算器逻辑算术运算微命令WE写存微命令状态1效1A1B输入电路选通存RAM选通输出LED选通控制微命令分应状态111001 状态00效F1F2F3三译码字段分三控制位指令译码电路74138译码输出8种状态前7种状态分应组互斥性微命令中状态111效F3字段包含P1 P4四测试字位功根机器指令代码相应微指令代码进行译码测试微程序转入相应微址入囗实现微程序序分支循环运行
表12 Ｆ１Ｆ２Ｆ３三字段编码方案
F1字段
F2字段
F3字段
15 14 13
选择
12 11 10
选择
9 8 7
选择
0 0 0
LDRi
0 0 0
RAG
0 0 0
P1
0 0 1
LOAD
0 0 1
ALUG
0 0 1
AR
0 1 0
LDR2
0 1 0
RCG
0 1 0
P3
0 1 1
定义
0 1 1
定义
0 1 1
定义
1 0 0
LDR1
1 0 0
RBG
1 0 0
P2
1 0 1
LAR
1 0 1
PCG
1 0 1
LPC
1 1 0
LDIR
1 1 0
299G
1 1 0
P 4
1 1 1
操作
1 1 1
操作
1 1 1
操作
控制操作P4测试CA1CA2作测试条件出现写机器指令读机器指令运行机器指令3路分支占3固定微址单元分支微址单元固定剩方条微指令占控存微址单元意填写
机器指令执行程：首先指令外存储器址送址总线然该址指令传送指令寄存器取指程必须操作码进行P1测试根指令译码续微址中某位强制置位条微指令指相应微程序首址译码程然序执行该段微程序真正指令执行程
机器指令执行程中取指译码必少微指令执行操作相微指令称公微指令
33微程序序控制方式设计
331微程序控制部件组成原理
[1] 运算器单元（ALU UINT）
运算器单元部分构成：两片74LS181构成－串型8位ALU两8位寄存器DR1DR2暂存工作寄存器保存参数中间运算结果ALUS0～S3运算控制端Cn低进位输入M状态控制端ALU输出通三态门74LS245连数总线ALUB控制该三态门
[2] 寄存器堆单元（REG UNIT）
该部分3片8位寄存器R0R1R2组成保存操作数中间运算结构等三寄存器输入输出均连入数总线LDRiRSB根机器指令进行选通
[3] 指令寄存器单元（INS UNIT）
指令寄存器单元中指令寄存器（IR）构成模型机时作指令译码电路输入实现程序跳转LDIR控制选通
[4] 时序电路单元（STATE UNIT）
输出连续单方波信号控制机器运行
[5] 微控器电路单元（MICRO－CONTROLLER UNIT）
微控器完成接受机器指令译码器送代码控制转相应机器指令应首条微代码程序该条机器指令功进行解释执行工作输入WR信号控制微代码输出锁存程序计数器（PC）址寄存器（AR）实现程序取指功
[6] 逻辑译码单元（LOG UNIT）
根机器指令相应微代码进行译码微程序转入相应微址入口实现微程序序分支循环运行工作寄存器R0R1R2选通译码
[7] 存储器单元（MAIN MEM）
存储实验中机器指令
[8] 输入输出单元（INPUTOUTPUT DEVICE）
输入单元八拨动开关作输入设备SWB控制选通信号输出单元输入数置入锁存器两数码显示值
…
…
指令寄存器IR
操作码
微址寄存器
址译码
控制存储器
址转移
逻辑
状态条件
微命令寄存器
P字段
操作控制字段
微命令信号
…
…
指令寄存器IR
操作码
微址寄存器
址译码
控制存储器
址转移
逻辑
状态条件
微命令寄存器
P字段
操作控制字段
微命令信号
图2微程序控制原理图
332微程序入口址形成方法
条机器指令需取指操作取指操作编制成段公微程序通常安排控存0号特定单元开始段控存空间
条机器指令应着段微程序入口初始微址首先取指令微程序取出条机器指令IR中然根机器指令操作码转换成该指令应微程序入口址种分支(路转移)情况常三种方式形成微程序入口址
（1）级功转移
果机器指令操作码字段位数位置固定直接操作码入口址码部分位相应例某计算机16条机器指令指令操作码4位二进制数表示分00000001…1111现字母Q表示操作码令微程序入口址Q11B例000011BMOV指令入口址000111BADD指令入口址001011BSUB指令入口址……
见相邻两段微程序入口址相差4单元
（2）二级功转移
类指令操作码位数位置固定时需采分级转移第次先指令类型标志转移区分出指令属类单操作数指令双操作数指令等类机器指令中操作码位数位置应固定第二次操作码区分出具体条指令便转移相应微程序入口
（3）通PLA电路实现功转移
编程逻辑阵列PLA实质种译码编码阵列具输入输出PLA输入机器操作码判条件PLA输出相应微程序入口址种方法变长度变位置操作码处理更效转移速度较快
333控存址确定方法
转移条机器指令应微程序入口址开始执行微程序条微指令执行完毕时需根中序控制字段求形成继微指令址
（1）增量方式(序转移型微址)
种方式机器指令控制方式相类似序执行转移转子分序执行时继微址现行微址加增量(通常1)转移转子时微指令序控制字段产生转移微址微程序控制器中应微程序计数器(μPC)降低成般情况部微址寄存器μAR改具计数功寄存器代μPC
非序执行微指令时转移微指令实现转移转移微指令序控制字段分成两部分：转移控制字段(BCF)转移址字段(BAF)
起始转移址发生器功两：条新机器指令装入IR时形成机器指令微程序段起始址装入μPC着节拍电位信号μPC动增加增量便连续CM中读出微指令相应微操作控制信号规定序发送CPU部分第二功微指令指示测试状态标志条件代码机器指令某位时指定条件进行测试满足转移条件新转移址装入μPC实现转移否装入新址微程序序执行次CM中取出条新微指令时μPC增加列情况例外：
• 遇END微指令时取指微程序入口址装入μPC开始取指令周期
• 条新指令装入IR时该指令微程序入口址装入μPC
• 遇转移微指令满足转移条件时转移址装入μPC
增量方式优点简单易掌握编制微程序容易条机器指令应段微程序般安排CM连续单元中缺点种方式实现两路行微程序转移利提高微程序执行速度
（2）断定方式
断定方式增量方式采μPC微指令址微址寄存器μAR提供微指令格式中设置址字段指明条执行微指令址条微指令取出时条微指令址(址字段)送μAR相条微指令具转移微指令功采种方法必设置专门转移微指令增加微指令字长度
（3）增量方式断定方式结合
种控制方式中微址寄存器μAR计数功(断定方式中微址寄存器μAR计数功)微指令中设置序控制字段种增量方式断定方式相结合方式序控制字段般两部分组成：序址字段测试字段
① 序址字段设计者指定般微址高位部分指定继微址CM中某区域
② 测试字段根关状态测试结果确定址值般应微址低位部分相指定区域确定具体分支测试状态指定开关状态指令操作码状态字等测试字段果位微址特产生两路分文两位产生四路分支类推测试字段n位产生2n路分支
③ 转移求微址寄存器计数继微指令址
334微程序控存中分布情况
34微程序设计：
341写出条指令应微程序流程图
控制开关
00
P(4)测试
MWE（01） MRD(00) RUN(11)
PC ARPC+1 11 PC ARPC+1 10 13
(D_INPUT) D_BUS LT1 14 RAM D_BUS LT1 12 01
LT1 RAM 74 LT1 LED 73
图3微程序流程图
图4 微程序流程图
4．设计组装实验计算机接线表
图5 单片机键盘实验连线图
5．编写调试程序：
写出调试程序条指令应机器码（16进制编码）程序存中存放位置
址 指令 助记符 说明
00H 01000100 IN R0 DATA1àR0
01H 01000101 IN R1 DATA2àR1
02H 10010001 ADC R0R1 [R0]+[R1]àR1
03H 00000101 STA R1[34]H [R1]à[34]H
04H 00110100
05H 10000110 MOV R1R2 [R1]àR2
06H 01011010 OUT R2 直接寻址方式
07H 01000100 LIN R0 DATAàR0
08H 00000001 LDA [34]HR1 [[34]H]àR1
09H 00110100
0AH 10000001 ADC R0R1 [R0]+[R1]àR1
0BH 00000101 STA R1[34]H [R1]à[34]H
0CH 00110100
0DH 10000110 MOV R1R2 [R1]àR2
0EH 01011010 OUT R2 直接寻址方式
0FH 00001000 JMP L 条件跳转
10H 00000111
二．实验计算机组装
连接硬件系统图5连线图
三．实验计算机调试
1调试前准备
1实验指导说明书连接硬件系统
2启动实验软件开实验课题菜单选中实验课题开实验课题参数话窗口：
微指令操作
1)写编辑框中输入实验指导书中微指令程序(格式：两位八进制微址+空格+六位十六进制微代码)直接开机附带程序EX8MSM实验箱K4K3K2K1拨0010写状态然写入钮微程序写入控制存储器电路
2)读实验箱K4K3K2K1拨0100读状态读出微址栏中填入两位八进制址读出钮相应微代码显示读出微代码栏中
3)保存保存钮微程序代码保存定文件(*MSM)中
4)开开钮开已微程序文件显示编辑框中
机器指令操作：
1)写编辑框中输入实验指导书中机器指令程序(格式：两位十六进制址+空格+2位 4位十六进制代码)直接开机附带程序EX8ASM实验箱K4K3K2K1拨 0101运行状态拨动CLR开关址微址清零然写入钮机器指令写 入存储器电路注：8位机十六进制代码2位16位机十六进制代码2位4位
2)读实验箱K4K3K2K1拨0101运行状态读出指令址栏中填入两位十六进制址拨动CLR开关址微址清零然读出钮相应指令代码显示读出指令代码栏中
3)保存保存钮机器指令程序保存定文件(*ASM)中
4)开开钮开已机器指令程序文件显示编辑框中
5)单步运行状态运行程序前先拨动CLR开关址微址清零然次单步钮执行条微指令实验箱指示灯显示LED观察单步运行结果
6)连续连续运行程序前先拨动CLR开关址微址清零然连续钮连续执行程序实验箱指示灯显示LED观察连续运行结果
7)停止连续运行程序程中停止钮暂停程序执行时址微址复位暂停处单步连续执行
2程序调试程
进行机器指令操作时完成数写读保存机器指令进行单步运行进行连续运行单步运行状态运行程序前先拨动CLR开关址微址清零然次单步钮执行条微指令实验箱显示LED观察单步运行结果连续运行程序前先拨动CLR开关址微址清零然连续钮连续执行程序
3程序调试结果
实验箱显示LED观察连续运行结果：
输入015
LED显示：068
4出错障分析
1．出现障
1)连接线路程序运行正常
2)数输入错误
2障分析查找
障1)检查发现器件接触良更换导线设备运行正常
障2)分析发现数输入读出开关状态没设置
四．心体会
次课程设计关基模型机设计实现实验程中具体求连接实验连线图二进制代码表手动输入循环数验证正常运行然采联机方式观察数显示情况具体观察情况已前面作说明然中存问题微程序已定解次实验中发现前学微程序指令章节时候微指令说理解问题没解决指令传送程﹑取址寻址程﹑微程序产生方式流程图明白通次课程设计亲手体验设计实现基模型机程程序设计部件致已解程序执行流程基弄清楚够根控制开关状态判断指令具体操作输入﹑二进制加法﹑存数﹑输出条件转移五条机器指令具体执行方式没太问题
外联机运行观察数流程时出现问题执行通路死循环数法传入指令寄存器IR法完成址传送等通努力次实验完成
通周课程设计计算机组成原理更深理解更深刻认识实践重性理实践相结合达学效果特程序语言学值欣喜次饰演仅单片机计算机硬件体系更进步解学更关设计方面容新指令设计没设计成功想学会帮助更加努力学方面知识综合力进步提高
参考文献
1白中英著 计算机组成原理第四版 北京：科学出版社 2008
2杨雨彤著 计算机组成原理实验指导书沈阳：沈阳理工学 2010
3马秀丽刘念著 ELJYII型计算机组成原理实验系统实验指导书 沈阳理工学信息学院应教研室 2007
文档香网(httpswwwxiangdangnet)户传
《香当网》用户分享的内容，不代表《香当网》观点或立场，请自行判断内容的真实性和可靠性！
该内容是文档的文本内容，更好的格式请下载文档
