广州大学计算机组成与系统结构课程设计

课程设计题目要求

计算机组成与系统结构课程设计

（2022.12）

计算机组成与系统结构课程设计（2022.12）

一、本课程设计的性质、目的、任务  

        《计算机组成与系统结构课程设计》是计算机学院各专业集中实践性环节之一，是学习完《计算机组成与系统结构》课程后进行的一次全面的综合练习。其目的是综合运用所学计算机原理知识，设计并实现一台模型计算机，以便巩固所学的知识，提高分析问题和解决问题的能力。

二、本课程设计的基本理论

1、掌握算术、逻辑、移位运算实验，熟悉ALU运算控制位的运用。

2、掌握存储器组织、读写方式及与总路线组成的数据通路，掌握地址总线、数据总线的工作原理。

3、掌握指令结构和指令取指、执行工作过程。

4、掌握CPU的微程序控制原理。

三、课程设计的主要内容

1、题目

综合运用所学计算机原理知识，设计并实现具有以下14条指令的指令集结构的模型计算机：

编号	助记符	机器指令码	说明
0	SUB  Rd,Rs	1000 RdRs	Rd-Rs→Rd
1	ADD  Rd,Rs	1001 RdRs	Rd+Rs→Rd
2	MOV Rd,Rs	1010 RdRs	Rs→Rd
3	DEC Rd	1011 Rd00	将Rd值减1
4	CLR Rd	1100 Rd00	将Rd清零
5	RL  Rd	1101 Rd00	Rd循环左移一位
6	RRC  Rd	1110 Rd00	Rd带进位右移一位
7	AND  Rd,Rs	1111 RdRs	Rd&Rs→Rd （Rd和Rs相与）
8	LDI  Rd,*	0000 Rd00   XXXXXXXX	将指令中的立即数（第二字节）送入Rd
9	OUT  IOH,Rs	0001 00Rs	Rs→i/o(数据开关)高字节
10	LDA  Rd,M	0010 Rd00   XXXXXXXX   XXXXXXXX	[M] →Rd
11	STA  M,Rs	0011 00Rs   XXXXXXXX   XXXXXXXX	Rs→[M]
12	JMP M	0100 0000  XXXXXXXX   XXXXXXXX	[M]→PC,即跳转到M所指单元
13	HALT	0101 0000	停机

2、设计提示

1）上表中，机器指令码的高4位为指令操作码，M为16位存储器地址， Rs为源寄存器，Rd为目的寄存器，占2位，并规定：

Rs或Rd	选定的寄存器
00 01 10 11	R0 R1 R2 R3

2）在微程序中，微地址001为取指。

3）各指令指行阶段微程序入口地址的确定方式：

微地址位号	10   9	8   7  6   5	4  3  2  1  0
内容	1    1	IR7~IR4	0  0  0  0  0

例如，第5条指令”RL  Rd”  的指令码为0101 Rd00  则指令码的高4位IR7~IR4为0101，由上表知，微程序入口微地址为： 11 0101 00000 ，即6A0H。

注：第10、9位来自0001条微指令中upc所设置值的第10、9位。例如，如果是600则为11，如果是400则为10.

3、开展步骤

（1）按照第3点的方法，给出所有14条指令的微程序入口微地址；

（2）通过分析每条指令的功能明确其的微程序流程，可参考实验指导书图3-4-1、图3-2-2、图3-3-1；

（3）写出每条微指令的微命令，即24个微控制位信号，可参考实验指导书表3.4.1、表3.2.1、表3.3.1和“微控制器编程手册”第2章。

（4）建议采用逐条指令设计实现的方式，一条实现并用汇编语句测试通过后（指令功能、下址顺序均正确）再进行下一条的设计。

4、检查方式

模型计算机设计完成后，用所给的测试程序check22.asm（测13条非转移指令）检查正确性。检查方法：在测试程序中#load s本人的.IS微指令程序，实验箱电源关闭重启并连接，装载后选择“运行”或“单步”执行（如无实验箱，在仿真软件上进行）。

check22.asm运行的正确结果为：寄存器R0R1R2R3分别显示00112233，IOH显示33。

四、基本要求

1、独立完成；

2、严格按上述指令集格式要求设计出模型机，实现各项功能，格式不得有任何改动；

3、运行老师指定的检测程序，检验所设计的模型机工作是否正常；

4、回答老师提问；

5、完成课程设计报告。

五、参考资料

1、无锡达爱思科教仪器厂自编.《十六位体系结构计算机组成原理实验指导书（第四版）》。重点学习“复杂模型机的设计与实现”（3.4节），参考“分段模型机的设计与实现”（3.2节）、“带移位运算的模型机的设计与实现”（3.3节）。

2、《计算机组成原理微控制器编程手册》。

3、《计算机组成与系统结构》，袁春风著。

六、课程设计报告的内容

1、报告封面

2、课程设计的性质、目的、任务

3、课程设计的基本理论

4、课程设计的题目

5、画出微程序流程图（树型图）

6、填写所设计的模型机微指令表（只填写有微指令的相关行）：

微址00002)1)

M23

M22

M21

M20

M19

M18

M17

M16

代码

M15