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计算机组成原理课程设计报告

班级：物联网 1301 班 姓名： 石杰元 学号：

完成时间： 2016/1/10

一、 课程设计目的

1．在实验机上设计实现机器指令及对应的微指令(微程序)并验证，从而进一步掌握微程

序设计控制器的基本方法并了解指令系统与硬件结构的对应关系；

2．通过控制器的微程序设计，综合理解计算机组成原理课程的核心知识并进一步建立整机

系统的概念；

3．培养综合实践及独立分析、解决问题的能力。

二、课程设计的任务

针对 COP2000 实验仪， 从详细了解该模型机的指令 / 微指令系统入手， 以实现乘法和除

法运算功能为应用目标，在 COP2000 的集成开发环境下，设计全新的指令系统并编写对应

的微程序；之后编写实现乘法和除法的程序进行设计的验证。

三、 课程设计使用的设备(环境)

1．硬件

COP2000 实验仪

PC 机

2．软件

COP2000 仿真软件

四、课程设计的具体内容(步骤)

1．详细了解并掌握 COP 2000 模型机的微程序控制器原理，通过综合实验来实现

该模型机指令系统的特点：

COP2000 模型机包括了一个标准 CPU 所具备所有部件，这些部件包括：运算器

ALU 、累加器 A 、工作寄存器 W 、左移门 L 、直通门 D 、右移门 R、寄存器组 R0-R3 、程序

计数器 PC、地址寄存器 MAR 、堆栈寄存器 ST、中断向量寄存器 IA 、输入端口 IN 、输出端

口寄存器 OUT 、程序存储器 EM 、指令寄存器 IR、微程序计数器 uPC、微程序存储器 uM ，

以及中断控制电路、 跳转控制电路。 其中运算器和中断控制电路以及跳转控制电路用 CPLD

来实现， 其它电路都是用离散的数字电路组成。 微程序控制部分也可以用组合逻辑控制来代

替。

模型机为 8 位机， 数据总线、 地址总线都为 8 位，但其工作原理与 16 位机相同。

相比而言 8 位机实验减少了烦琐的连线，但其原理却更容易被学生理解、吸收。

模型机的指令码为 8 位，根据指令类型的不同， 可以有 0 到 2 个操作数。 指令码

的最低两位用来选择 R0-R3 寄存器，在微程序控制方式中，用指令码做为微地址来寻址微

程序存储器， 找到执行该指令的微程序。 而在组合逻辑控制方式中， 按时序用指令码产生相

应的控制位。 在本模型机中， 一条指令最多分四个状态周期， 一个状态周期为一个时钟脉冲，

每个状态周期产生不同的控制逻辑，实现模型机的各种功能。模型机有 24 位控制位以控制

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寄存器的输入、输出，选择运算器的运算功能，存储器的读写。

模型机的缺省的指令集分几大类： 算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令、数

据传输指令、跳转指令、中断返回指令、输入 /输出指令。用户可以通过 COP2000 计算机组

成原理实验软件或组成原理实验仪来设计自己的指令集。

模型机的寻址方式分五种：

累加器寻址：

操作数为累加器 A ，例如“ CPL A ”是将累加器 A 值取反，还有些指令是隐含寻址累

加器 A ，例如“ OUT ”是将累加器 A 的值输出到输出端口寄存器 OUT 。

寄存器寻址：

参与运算的数据在 R0-R3 的寄存器中，例如 “ADD A ，R0”指令是将寄存器 R0 的

值加上累加