專業： 電腦科學與技術
學號姓名指導教師：
完成時間
通過對乙個簡單計算機的設計，對計算機的基本組成、部件的設計、部件間的連線、微程式控制器的設計、微指令和微程式的編制與除錯等過程有更深的了解，加深對理論課程的理解。
按照要求設計指令系統，該指令系統能夠實現資料傳送，進行加、減運算和無條件轉移，具有累加器定址、暫存器定址、暫存器間接定址、儲存器直接定址、立即數定址等五種定址方式。
指令系統是設計計算機的依據 ，擬訂指令系統將涉及基本字長、指令格式、指令種類、定址方式等內容。
基本字長：
程式設計平台中配置的儲存器容量為256*8，可知道基本字長定為8位。
指令格式：
指令格式可有單字長和雙字長指令兩種，在雙字長格式中，第二位元組一般定義為運算元或運算元位址。
指令格式為：
指令型別：
模型機有單運算元指令、雙運算元指令和無運算元指令。
操作碼op共四位，最多可定義16條指令。
資料的傳送單位為8位
資料的傳送範圍r—>r r—>ram ram—>r
定址方式：
由於指令較短，運算元欄位僅兩位，為了簡化硬體設計，將運算元欄位和目的運算元欄位的定址定義為不同的含義。
源運算元字段定址方式目的運算元定址方式
00 r000 r1
01 （r001 （r1）
10 i10 i
11 d11 d
tdn-cm++計算機組成原理教學實驗系統一台，個人微機一台，排線若干。
圖1 資料通路結構框圖
設計一台模型計算機，實現下列指令系統，並通過給定的工作程式驗證上述指令系統。
本設計實現的模型機共包含五條機器指令：in(輸入)、add(加法)、sta(存數)、out(輸出)、jmp(無條件轉移)，其指令格式如下(前4位為操作碼)：
其中in為單字長(8位)，其餘為雙字長指令，******xx為addr對應的二進位制位址碼。
控制台命令的微程式流程如下（01為取指微指令的位址）：
圖2-3 控制台流程圖
3.1連線線路
按照圖用排線連線好電路
3.2寫程式
方法一：手動寫入
先將機器指令對應的微**正確的寫入2816中。使用控制台kwe和krd微程式進行機器指令程式的裝入和檢查。
a．使程式設計開關處於「run」,step為「step」狀態，stop為「run」狀態。
b．撥動總清開關clr（0→1），微位址暫存器清零，程式計數器清零。然後使控制台swb、swa開關置為「01」，按動一次啟動開關start，微位址顯示指示燈顯示「010001」，再按動一次start，微位址燈顯示「010100」，此時資料開關的內容置為要寫入的機器指令，按動兩次start鍵後，完成該條指令的寫入。
c．寫完程式後須進行校驗。撥動總清開關clr（0→1）後，微位址清零。pc程式計數器清零，然後使控制台開關swb、swa為「00」，按動啟動start，微位址燈將顯示「010000」，再按start，微位址燈顯示為「010010」，第三次按start，微位址燈顯示為「010111」，再按start後，此時輸出單元的數碼管顯示為該首位址中的內容。
不斷按動start，以後每個迴圈pc會自動加1，可檢查後續單元內容。每次在微位址燈顯示為「010000」時，是將當前位址中的機器指令寫入到輸出裝置中顯示。
方法二：聯機讀/寫程式
按照規定格式，將機器指令及微指令二進位製表編輯成十六進製制的如下格式檔案。微指令中的微**為24位微**按從左到右分成3個8位，將此3個8位二進位制**化為相應的十六進製制數即可。並將該格式檔案用聯機軟體的傳輸檔案功能傳入實驗系統。
機器指令格式說明：
$pxx yy
xx 十六進製制位址
yy 機器指令**
程式：$p4000
$p4110
$p420a
$p4320
$p440b
$p4530
$p460b
$p4740
$p4800
$p4a01
微指令格式說明：
$m xx yyyyyy
xx 十六進製制位址
yyyyyy 微指令**
微程式：
$m00018110
$m0101ed82
$m0200c048
$m0300e004
$m0400b005
$m0501a206
$m06959a01
$m0700e00d
$m08001001
$m0901ed83
$m0a01ed87
$m0b01ed8e
$m0c01ed96
$m0d028201
$m0e00e00f
$m0f00a015
$m1001ed92
$m1101ed94
$m1200a017
$m13018001
$m14002018
$m15070a01
$m1600d181
$m17070a10
$m18068a11
3.3執行程式
單步執行程式：
a．使程式設計開關處於「run」狀態，step為「step」狀態，stop為「run」狀態。
b．撥動總清開關clr（0－>1），微位址清零，程式計數器清零。程式首址為00h。
c．單步執行一條微指令，每按動一次start鍵，即單步執行一條微指令。對照微指令流程圖，觀察微位址顯示燈是否和流程一致。
d．單步執行結束後，檢查存數單元(0bh)中的結果是否和理論值一致。
連續執行程式：
a． 使「state unit」中的step開關置為「ecex」狀態。stop開關置為「run」狀態
b． 撥動clr開關，清微位址及程式計數器，然後撥動start,系統連續執行程式，稍後將stop撥至「stop」時，系統停機。
c． 停機後，檢查存數單元（0bh）結果是否正確。
3.4 測試驗證
此次測試驗證的內容為feh
驗證程式的記憶體映象(裝入起始位址00h)如下：
表3-1 驗證程式記憶體映象
input device中輸入為***時，在位址***單元上顯示內容00000002，並顯示02。單步執行是滿足微程式流程圖的執行順序。
設計一台模型計算機，實現下列指令系統，並通過下列工作程式驗證上述指令系統。
本模型機共包含五條機器指令：in(輸入)、add(加法)、sta(存數)、out(輸出)、jmp(無條件轉移)，其指令格式如下(前4位為操作碼)：
其中in為單字長(8位)，其餘為雙字長指令，******xx為addr對應的二進位制位址碼或imm所對應的二進位制資料（補碼形式）。
控制台命令的微程式流程同1題。
工作程式如下：
測試資料為：feh
程式：$p0000
$p0110
$p0201
$p0320
$p040a
$p0530
$p060a
$p0740
$p0801
$p0a01
微程式：
$m00018110
$m0101ed82
$m0200c048
$m0300b005
$m0501a206
$m06919a01
$m0700e00d
$m08001001
$m0901ed83
$m0a01ed87
$m0b01ed8e
$m0c01ed96
$m0d028201
$m0e00e00f
$m0f00a015
$m15070a01
$m1600d181
本次課程設計我們要設計一台微程式控制的模型機,以對計算機能有乙個整機的概念,完成對計算機組成原理這門課程的綜合應用,達到學習本書的作用.作為乙個計算機系學生這是必需掌握的。使我們對資料選擇器、移位器、加法器、運算器、儲存器和微程式控制器，有了非常透徹的認識。
通過緊張有序的課程設計實踐，不僅讓我對計算機的基本組成、部件的設計、部件間的連線、微程式控制器的設計、微指令和微程式的編制與模型機的硬體結構和怎麼去設計微程式等過程有了進一步的了解, 也讓我覺得自己的動手能力有了很大的提高;自信心也增強了,在課程設計中自己動腦子解決遇到的問題，書本上的知識有了用武之地，這鞏固和深化了自己的知識結構。課程設計結束了，從中我們也學到了不少知識.雖然計算機組成原理的課程設計與學習已經結束,可我們學習之路並沒有結束,我們會繼續努力學習其相關的知識,以適應社會的發展與需要.
這樣才能真正成為一名合格的大學生。
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