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计算机组成与系统结构
2018-12-23 15:40:28与其他我看过的计算机组成原理书籍相比，《计算机组成与系统结构》一书中的文字更简洁和准确，阅读可能需要一定的计算机基础知识。 另外，现在CSDN下载积分几乎只能通过别人下载资源来获取了，加上自身觉得资源不错... -
计算机组成与系统结构.pdf
2019-05-10 15:01:34计算机组成与系统结构 -
计算机组成与系统结构-袁春风
2018-11-11 13:28:52高清pdf计算机组成与系统结构-袁春风 -
02318 计算机组成与系统结构 袁春风
2019-03-07 09:42:26普通高等教育“十一五” 国家级规划教材 02318 计算机组成与系统结构 袁春风 -
西工大计算机组成与系统结构实验代码
2020-12-09 15:28:44西工大计算机组成与系统结构实验课所需代码，可以通过测试，并且代码完整，注释清楚，有很好的学习参考价值。 -
计算机组成与系统结构PPT 袁春风老师
2018-08-04 01:26:57计算机组成与系统结构教学PPT 袁春风著 . -
计算机组成与系统结构习题答案.doc
2019-06-23 23:54:31计算机组成与系统结构习题答案总结，还是很详细的，对组恶习很有帮助 -
计算机组成与系统结构课程设计
2019-07-27 15:31:08《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...展开全文计算机组成与系统结构课程设计
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》**计算机组成与系统结构课程设计**
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、题目
综合运用所学计算机原理知识，设计并实现具有以下16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
0000 RdRs
Rd-Rs→Rd
1
ADD Rd,Rs
0001 RdRs ？
Rd+Rs→Rd
2
AND Rd,Rs
0010 RdRs
Rd&Rs→Rd （Rd和Rs相与）
3
DEC Rd
0011 Rd00
将Rd值减1
4
CLR Rd
0100 Rd00
将Rd清零
5
RL Rd
0101 Rd00
Rd循环左移一位
6？
RR Rd
0110 Rd00
Rd循环右移一位
7
MOV Rd,Rs
0111 RdRs
Rs→Rd
8
LDI Rd,*
1000 Rd00 XXXXXXXX
将指令中的立即数（第二字节）送入Rd
9
OUT IOH,Rs
1001 00Rs
Rs→i/o(数据开关)高字节
10？
LDA Rd,M
1010 Rd00 XXXXXXXX XXXXXXXX
[M] →Rd
11？
STA M,Rs
1011 00Rs XXXXXXXX XXXXXXXX
Rs→[M]
12
JMP M
1100 0000 XXXXXXXX XXXXXXXX
[M]→PC,即跳转到M所指单元
13
JZ M
1101 0000 XXXXXXXX XXXXXXXX
当Z=1时，跳转到M所指单元
14
JC M
1110 0000 XXXXXXXX XXXXXXXX
当CY=1时，跳转到M所指单元
15
HALT
1111 0000
停机
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 R32、在微程序中，微地址001为取指，微指令为BF FB F8。
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。
4、主要步骤：
（1）按照第3点的方法，给出所有16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。
5、检查
模型计算机设计完成后，用所给的测试程序check_1.asm（测12条非转移指令）和check_2.asm（测3条转移指令）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。
check_1.asm运行的正确结果为：寄存器R0R1R2R3分别显示00112233，IOH显示33。
check_2.asm运行的正确结果为：寄存器R0R1R2R3分别显示00112233，如果显示EE则执行有错误。
check1.asm程序的运行结果
check2.asm程序的运行结果
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（第三版）》。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
M14
M13
M12
M11
M10
M9
M8
代码
M7
M6
M5
M4
M3
M2
M1
M0
代码
后续微址
说明
E/M
IP
MWR
R/M
o2
o1
O0
OP
M
CN
S2
S2
S0
X2
X1
X0
XP
W
ALU
Iu
IE
IR
Icz
Ids
7、列表说明检测的机器指令程序，包括每个语句的地址、指令代码、助记符（即汇编语句）、功能说明。
8、运行检测程序后的结果图片。
9、存在的问题及体会
七、考核标准
1、符合以下之一者，不论完成如何，成绩为不及格：①抄袭，②缺席两次或以上，③不交课程设计报告，④完成三分之一以下指令。
2、全部实现所有指令集，检测程序check_1和check_2均通过，为独立完成者，并能正确回答问题，成绩为优；
3、实现并调通三分之二以上的指令，检测程序check_1通过，为独立完成者，成绩为良；
4、实现并调通二分之一的指令，通过部分检测，并为独立完成者，成绩为中；
5、实现并调通三分之一的指令，并为独立完成者，成绩为及格。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、题目
综合运用所学计算机原理知识，设计并实现具有以下16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
0000 RdRs
Rd-Rs→Rd
1
ADD Rd,Rs
0001 RdRs ？
Rd+Rs→Rd
2
AND Rd,Rs
0010 RdRs
Rd&Rs→Rd （Rd和Rs相与）
3
DEC Rd
0011 Rd00
将Rd值减1
4
CLR Rd
0100 Rd00
将Rd清零
5
RL Rd
0101 Rd00
Rd循环左移一位
6？
RR Rd
0110 Rd00
Rd循环右移一位
7
MOV Rd,Rs
0111 RdRs
Rs→Rd
8
LDI Rd,*
1000 Rd00 XXXXXXXX
将指令中的立即数（第二字节）送入Rd
9
OUT IOH,Rs
1001 00Rs
Rs→i/o(数据开关)高字节
10？
LDA Rd,M
1010 Rd00 XXXXXXXX XXXXXXXX
[M] →Rd
11？
STA M,Rs
1011 00Rs XXXXXXXX XXXXXXXX
Rs→[M]
12
JMP M
1100 0000 XXXXXXXX XXXXXXXX
[M]→PC,即跳转到M所指单元
13
JZ M
1101 0000 XXXXXXXX XXXXXXXX
当Z=1时，跳转到M所指单元
14
JC M
1110 0000 XXXXXXXX XXXXXXXX
当CY=1时，跳转到M所指单元
15
HALT
1111 0000
停机
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，微指令为BF FB F8。
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。
4、主要步骤：
（1）按照第3点的方法，给出所有16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。
5、检查
模型计算机设计完成后，用所给的测试程序check_1.asm（测12条非转移指令）和check_2.asm（测3条转移指令）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。
check_1.asm运行的正确结果为：寄存器R0R1R2R3分别显示00112233，IOH显示33。
check_2.asm运行的正确结果为：寄存器R0R1R2R3分别显示00112233，如果显示EE则执行有错误。
check1.asm程序的运行结果
check2.asm程序的运行结果
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（第三版）》。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
M14
M13
M12
M11
M10
M9
M8
代码
M7
M6
M5
M4
M3
M2
M1
M0
代码
后续微址
说明
E/M
IP
MWR
R/M
o2
o1
O0
OP
M
CN
S2
S2
S0
X2
X1
X0
XP
W
ALU
Iu
IE
IR
Icz
Ids
7、列表说明检测的机器指令程序，包括每个语句的地址、指令代码、助记符（即汇编语句）、功能说明。
8、运行检测程序后的结果图片。
9、存在的问题及体会
七、考核标准
1、符合以下之一者，不论完成如何，成绩为不及格：①抄袭，②缺席两次或以上，③不交课程设计报告，④完成三分之一以下指令。
2、全部实现所有指令集，检测程序check_1和check_2均通过，为独立完成者，并能正确回答问题，成绩为优；
3、实现并调通三分之二以上的指令，检测程序check_1通过，为独立完成者，成绩为良；
4、实现并调通二分之一的指令，通过部分检测，并为独立完成者，成绩为中；
5、实现并调通三分之一的指令，并为独立完成者，成绩为及格。
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计算机组成与系统结构-袁春风.pdf
2018-08-04 01:31:56计算机组成与系统结构-袁春风.pdf . -
计算机组成与系统结构（袁春风版）PPT.zip
2019-09-25 23:05:12计算机组成与系统结构，由南京大学的袁春风主编的课本的所有课件 -
计算机组成与系统结构课程设计报告
2019-07-27 16:27:03计算机组成与系统结构课程设计 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...展开全文计算机组成与系统结构课程设计
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、题目
综合运用所学计算机原理知识，设计并实现具有以下16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 0000 RdRs Rd-Rs→Rd
1 ADD Rd,Rs 0001 RdRs ？ Rd+Rs→Rd
2 AND Rd,Rs 0010 RdRs Rd&Rs→Rd （Rd和Rs相与）
3 DEC Rd 0011 Rd00 将Rd值减1
4 CLR Rd 0100 Rd00 将Rd清零
5 RL Rd 0101 Rd00 Rd循环左移一位
6？ RR Rd 0110 Rd00 Rd循环右移一位
7 MOV Rd,Rs 0111 RdRs Rs→Rd
8 LDI Rd,* 1000 Rd00 XXXXXXXX 将指令中的立即数（第二字节）送入Rd
9 OUT IOH,Rs 1001 00Rs Rs→I/O(数据开关)高字节
10？ LDA Rd,M 1010 Rd00 XXXXXXXX XXXXXXXX [M] →Rd
11？ STA M,Rs 1011 00Rs XXXXXXXX XXXXXXXX Rs→[M]
12 JMP M 1100 0000 XXXXXXXX XXXXXXXX [M]→PC,即跳转到M所指单元
13 JZ M 1101 0000 XXXXXXXX XXXXXXXX 当Z=1时，跳转到M所指单元
14 JC M 1110 0000 XXXXXXXX XXXXXXXX 当CY=1时，跳转到M所指单元
15 HALT 1111 0000 停机四、微程序流程图
五、模型机微指令表
微址
M23 M22 M21 M20 M19 M18 M17 M16 代码 M15 M14 M13 M12 M11 M10 M9 M8 代码 M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 M0 代码 后续微址 说明
E/M IP MWR R/M o2 o1 O0 OP M CN S2 S2 S0 X2 X1 X0 XP W ALU Iu IE IR Icz Ids
0000 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1
0001 1 1 1 70 1 1 1 1 1 1 1 FB 1 1 1 1 1 1 1 DF +1
0600 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 5F +1
0601 1 1 1 1 1 1 FA 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 1 DF +1
0602 1 1 1 1 F0 1 1 1 1 1 6E 1 1 1 1 4D 0001
0620 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 5F +1
0621 1 1 1 1 1 1 FA 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 1 DF +1
0622 1 1 1 1 F0 1 1 1 1 66 1 1 1 1 4D 0001
0640 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 5F +1
0641 1 1 1 1 1 1 FA 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 1 DF +1
0642 1 1 1 1 F0 1 1 1 1 1 1 EE 1 1 1 1 4D 0001
0660 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 5F +1
0661 1 1 1 1 F0 1 1 1 1 1 D6 1 1 1 1 4D 0001
0680 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 5F +1
0681 1 1 1 1 DE 1 1 1 1 1 1 DE 1 1 1 1 4D 0001
06A0 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 5F +1
06A1 1 1 1 1 F0 1 1 1 1 1 76 1 1 1 1 4D 0001
06C0 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 1 FF +1
06C1 1 1 1 1 1 F1 1 1 1 1 1 5E 1 1 1 1 1 6D 0001
06E0 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 DF +1
06E1 1 1 1 1 F0 1 1 1 1 1 1 1 FE 1 1 1 1 4D 0001
0700 1 1 1 1 F0 1 1 1 1 1 1 1 FB 1 1 1 1 1 1 1 DF +1
0701 1 1 1 1 1 1 1 BF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 E5 0001
0720 1 1 1 1 1 1 F5 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1
0721 1 1 1 1 1 1 1 BF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 ED 0001
0740 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 1 FB 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1
0741 1 1 1 1 1 B9 1 1 1 1 1 1 1 FB 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1
0742 1 1 1 1 1 BC 1 1 1 1 1 1 1 FE 1 1 1 1 1 1 3F +1
0743 1 1 50 1 1 1 1 1 1 1 FB 1 1 1 1 1 1 ED 0001
0760 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 1 FB 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1
0761 1 1 1 1 1 B9 1 1 1 1 1 1 1 FB 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1
0762 1 1 1 1 1 BC 1 1 1 1 1 1 1 FE 1 1 1 1 1 1 3F +1
0763 1 1 1 1 1 1 5F 1 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 FF +1
0764 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 ED 0001
0780 1 1 1 1 1 1 3F 1 1 1 1 C6 1 1 1 0D 0001
07A0 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 FC 07A3
07A2 1 1 1 1 1 1 1 BF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 EF 07A4
07A3 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 EF 0780
07A4 1 1 1 1 1 1 1 BF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 ED 0001
07C0 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 FD 07C3
07C2 1 1 1 1 1 1 1 BF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 EF 07C4
07C3 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 EF 07C0
07C4 1 1 1 1 1 1 1 BF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 ED 0001
07E0 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 3F +1
07E1 1 1 1 1 1 1 3F 1 1 1 1 1 D6 1 1 1 1 2D 0001五、机器指令程序与运行结果
start:
LDI r0,12h 0000-0001-0001-0700-0701
sta 100h,r0 0001-0760-0761-0762-0763
lda r1,100h 0001-0740-0741-0742-0743
dec r1 0001-0660-0661
rl r0 0001-06A0-06A1
add r0,r1 0001-0620-0621-0622
rr r0 0001-06C0-06C1
add r0,r1 0001-0620-0621-0622
ldi r2,76h 0001-0700-0701
and r2,r0 0001-0640-0641-0642
mov r3,r2 0001-06E0-06E1
add r3,r1 0001-0620-0621-0622
clr r0 0001-0680-0681
out ioh,r3 0001-0720
halt 0001-07E0-07E1
endSUB R0,R1 01 1 ;R0-R1->R0
ADD R0,R1 11 1 ;R0+R1->R0
ADD R3,R1 1D 1 ;R3+R1->R1
AND R2,R0 28 1 ;R0&R2->R2
DEC R1 34 1 ;R0-1
CLR R0 40 1 ;R0=0
RL R0 50 1 ;1<<R0
RR R0 60 1 ;R0>>1
MOV R3,R2 7E 1 ;R2->R3
LDI R0,* 80 2 ;将立即数（第二字节）送入R0
LDI R2,* 88 2 ;将立即数（第二字节）送入R2
OUT IOH,R3 93 1 ;R0->I/0高字节
LDA R1,* A4 3 ;[M]->R1
STA *,R0 B0 3 ;R0->[M]
JMP * C0 3 ;[M]->PC
JZ * D0 3 ;Z=1时，[M]->PC
JC * E0 3 ;CY=1时,[M]->PC
HALT * F0 1 ;停机六、实验思考与心得
指令系统和脱机软件（CMstudio，非循环左移需要在实验箱环境下进行，其它功能正常）：https://download.csdn.net/download/weixin_44353970/11438469
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计算机组成与系统结构 袁春风
2018-08-19 22:10:39计算机组成组系统结构由南京大学袁春风编著，是南京大学计算机考研推荐的参考用户。 计算机组成组系统结构由南京大学袁春风编著，是南京大学计算机考研推荐的参考用户。 -
计算机组成与系统结构课设实验报告
2019-12-27 19:49:49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...展开全文一. 课设性质
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. 课设基本理论
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. 题目综合运用所学计算机原理知识，设计并实现具有以下16条指令的指令集结构的模型计算机：
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：
2、在微程序中，微地址001为取指，微指令为BF FB F8。3、各指令指行阶段微程序入口地址的确定方式：
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。
4、主要步骤：
（1）按照第3点的方法，给出所有16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。
5、检查模型计算机设计完成后，用所给的测试程序check_1.asm（测12条非转移指令）和check_2.asm（测3条转移指令）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。check_1.asm运行的正确结果为：寄存器R0R1R2R3分别显示00112233，IOH显示33。check_2.asm运行的正确结果为：寄存器R0R1R2R3分别显示00112233，如果显示EE则执行有错误。
四．微程序流程图（树形图）
五．机器指令程序的说明（微指令地址，指令码，助记符）指令系统：
sub r0,r0 00 1 Rd-Rs→Rd
sub r0,r1 01 1
sub r0,r2 02 1
sub r0,r3 03 1
sub r1,r1 05 1
sub r1,r2 06 1
add r0,r0 10 1 Rd+Rs→Rd
add r0,r1 11 1
add r1,r2 16 1
add r3,r1 1D 1
add r1,r0 14 1
and r0,r0 20 1 Rd&Rs→Rd （Rd和Rs相与）
and r0,r1 21 1
and r0,r2 22 1
and r0,r3 23 1
and r1,r1 25 1
and r2,r0 28 1
and r3,r1 2D 1
dec r0 30 1 将Rd值减1
dec r1 31 1
dec r2 32 1
dec r3 33 1
clr r0 40 1 将Rd清零
clr r1 41 1
clr r2 42 1
clr r3 43 1
rl r0 50 1
Rd循环左移一位rl
r1 54 1
rl r2 58 1
rl r3 5C 1
rr r0 60 1 RR循环右移一位
rr r1 64 1
rr r2 68 1
rr r3 6C 1
mov r0,r0 70 1 Rs→Rd
mov r0,r1 71 1
mov r0,r2 72 1
mov r0,r3 73 1
mov r1,r1 75 1
mov r1,r2 76 1
mov r1,r3 77 1
mov r2,r2 7A 1
mov r2,r3 7B 1
mov r3,r3 7F 1
mov r3,r2 7E 1
ldi r0,* 80 2 将指令中的立即数（第二字节）送入Rd
ldi r1,* 84 2
ldi r2,* 88 2
ldi r3,* 8C 2
out IOH,r0 90 1 Rs→i/o(数据开关)高字节out IOH,r1 91 1out IOH,r2 92 1
out IOH,r3 93 1
lda r0,* A0 3 [M] →Rdlda
r1,* A4 3lda r2,* A8 3
lda r3,* AC 3
sta *,r0 B0 3 Rs→[M]
sta *,r1 B1 3
sta *,r2 B2 3
sta *,r3 B3 3
jmp * C0 3 [M]→PC,即跳转到M所指单元
jz * D0 3 当Z=1时，跳转到M所指单元
jc * E0 3 当CY=1时，跳转到M所指单元
halt “” F0 1 停机
下表是微程序，务必注意：由于软件原因，我在这里的是1打勾，0不打勾，你们做的时候若不正确，需要将0打勾而1不打勾，同时0，1实在太多，可能建表时会按错0，1，因此，在出现错误时稍微自己检查一下
六.结果
七．存在的问题和体会
通过这些和实验，我们理解了控制器的功能和组成，理解了各类典型指令的执行流程，对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类有了系统的概念，还让我们学会了指令的设计以及相关技术。在这一部分，实验主要以教学机为基础来进行，通过让我们自己学习研究指令代码并进行设计来让我们对课本进行实践，让我们，看懂、理解、会写、会设计指令代码。计算机就是由运算器、存储器、控制器以及I/O组成的，接口部分有专门的课程，所以我们的计算机组成原理实验就从前三方面对我们的理论知识进行实践教学，主体重点清楚明了，实验难易结合，有单步验证也有综合设计，对我们的动手和设计能力有极大的提高。
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《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、题目
1、综合运用所学计算机原理知识，设计并实现具有以下指令集结构的模型计算机：
编号
助记符
机器指令码
说明
1
IN Rd,IOL
0001Rd00
i/o(数据开关)低字节→RS
2
OUT IOH,Rs
001000Rs
Rs→i/o(数据开关)高字节
3
LDA Rd,M
0011Rd00 XXXXXXXX XXXXXXXX
[M] →RD
4
STA M,Rs
010000Rs XXXXXXXX XXXXXXXX
Rs→[M]
5
ADD Rd,Rs
0101RdRs
Rd+Rs→Rd
6
SUB Rd,Rs
0110RdRs
Rd-Rs→Rd
7
RL Rd
0111Rd00
Rd循环左移一位
8
RR Rd
1000Rd00
Rd循环右移一位
9
MOV Rd,Rs
1001RdRs
Rs→Rd
10
JMP M
10100000 XXXXXXXX XXXXXXXX
[M]→PC,即跳转到M所指单元
11
JZ M
10110000 XXXXXXXX XXXXXXXX
当Z=1时，跳转到M所指单元
12
JC M
11000000 XXXXXXXX XXXXXXXX
当CY=1时，跳转到M所指单元
13
CLR Rd
1101Rd00
将Rd清零
14
DEC Rd
1110Rd00
将Rd值减1
15
HALT
11110000
停机
其中，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、利用上述指令集编写汇编程序，并在所设计的模型计算机上调试通过:
用累加的方法实现字节乘法（不溢出情况），被乘数：R0，乘数：R1，积：R2并输出至I/O。
- 数据格式定义
- 数据格式
模型机规定采用定点补码表示数据，且字长为8位，其格式如下：
7
6 5 4 3 2 1 0
符号
尾 数
其中第7位为符号位，数值表示范围是：-1≤X＜1。
- 指令格式
模型机设计四大类指令共16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。
⑴ 算术逻辑指令
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，其格式如下：
7 6 5 4
3 2
1 0
OP-CODE
Rs
Rd
其中，OP-CODE为操作码，Rs为源寄存器，Rd为目的寄存器，并规定：
Rs或Rd
选定的寄存器
00
01
10
11
R0
R1
R2
R3
9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表7-12-1。
⑵ 访问指令及转移指令
模型机设计2条访问指令，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），指令格式为：
7
6
5 4
3 2
1 0
0
0
M
2OP-CODE
Rd
D（低八）
D（高八）
其中“0 0 M ”为源码段，2OP-CODE为目的码段（LDA、STA指令使用）。D为十六位地址段（低八在前，高八随后），M为源寻址模式，其定义如下：
寻址模式M
有效地址E
说 明
00
01
10
11
E = D
E = (D)
E = (SP)+D
E = (PC)+D
直接寻址
间接寻址
SP变址寻址
相对寻址
⑶ I/O指令
输入（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令，其格式如下：
7 6 5 4
3 2
1 0
OP-CODE
0 0
Rd
⑷ 停机指令
指令格式如下：
7 6 5 4
3 2
1 0
OP-CODE
0 0
0 0
HALT指令，用于实现停机操作。
五、模型机指令系统（用列表方式给出，含助记符、操作数、指令码、长度、注释等）
1.微程序：
编号
助记符
机器指令码
说明
微程序入口地址
微程序
1
IN Rd,IOL
0001Rd00
i/o(数据开关)低字节→rs
620
620:F0 FC 6D
2
OUT IOH,Rs
001000Rs
Rs→i/o(数据开关)高字节
640
640:F5 F9 ED
3
LDA Rd,M
0011Rd00 XXXXXXXX XXXXXXXX
[M] →RD
660
660:FA FB 7F
661:BB FB FF
662:BC C6 3F
663:70 FB ED
4
STA M,Rs
010000Rs XXXXXXXX XXXXXXXX
Rs→[M]
680
680:FA FB 7F
681:BB FB FF
682:BC C6 3F
683:5F F9 ED
5
ADD Rd,Rs
0101RdRs
Rd+Rs→Rd
6A0
6A0:F8 F9 7F
6A1:FA F9 FF
6A2:F0 66 6D
6
SUB Rd,Rs
0110RdRs
Rd-Rs→Rd
6C0
6C0:F8 F9 7F
6C1:FA F9 FF
6C2:F0 6E 6D
7
RL Rd
0111Rd00
Rd循环左移一位
6E0
6E0:F8 F9 7F
6E1:F0 76 6D
8
RR Rd
1000Rd00
Rd循环右移一位
700
700:F8 F9 7F
701:F0 7E 6D
9
MOV Rd,Rs
1001RdRs
Rs→Rd
720
720:F0 F9 ED
10
JMP M
10100000 XXXXXXXX XXXXXXXX
[M]→PC,即跳转到M所指单元
740
740:FA FB FF
741:BB FB FF
742:3F C6 2D
11
JZ M
10110000 XXXXXXXX XXXXXXXX
当Z=1时，跳转到M所指单元
760
760:FA FB FF
761:BB FB FF
762:BC C6 3C
764:FF FF ED
765:3F C6 2D
12
JC M
11000000 XXXXXXXX XXXXXXXX
当CY=1时，跳转到M所指单元
780
780:FA FB FF
781:BB FB FF
782:BC C6 3D
784:FF FF ED
785:3F C6 2D
13
CLR Rd
1101Rd00
将Rd清零
7A0
7A0:F0 DE 4D
14
DEC Rd
1110Rd00
将Rd值减1
7C0
7C0:F8 F9 5F
7C1:F0 D6 4D
15
HALT
11110000
停机
7E0
7E0:F8 F8 DF
7E1:3F D6 0D
2.指令系统：
;基本模型机指令系统
;助记符 操作数 指令码 长度 解释
;---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
IN R0,IOL 10 1 ;IOL->R0
IN R1,IOL 14 1 ;IOL->R1
IN R2,IOL 18 1 ;IOL->R2
IN R3,IOL 1C 1 ;IOL->R3
OUT IOH,R0 20 1 ;R0->IOH
OUT IOH,R1 21 1 ;R1->IOH
OUT IOH,R2 22 1 ;R2->IOH
OUT IOH,R3 23 1 ;R3->IOH
LDA R0,* 30 3 ;[addr]->R0
LDA R1,* 34 3 ;[addr]->R1
LDA R2,* 38 3 ;[addr]->R2
LDA R3,* 3C 3 ;[addr]->R3
STA *,R0 40 3 ;R0->[addr]
STA *,R1 41 3 ;R1->[addr]
STA *,R2 42 3 ;R2->[addr]
STA *,R3 43 3 ;R3->[addr]
ADD R0,R0 50 1 ;R0+R0->R0
ADD R0,R1 51 1 ;R0+R1->R0
ADD R0,R2 52 1 ;R0+R2->R0
ADD R0,R3 53 1 ;R0+R3->R0
ADD R1,R0 54 1 ;R1+R0->R1
ADD R1,R1 55 1 ;R1+R1->R1
ADD R1,R2 56 1 ;R1+R2->R1
ADD R1,R3 57 1 ;R1+R3->R1
ADD R2,R0 58 1 ;R2+R0->R2
ADD R2,R1 59 1 ;R2+R1->R2
ADD R2,R2 5A 1 ;R2+R2->R2
ADD R2,R3 5B 1 ;R2+R3->R2
ADD R3,R0 5C 1 ;R3+R0->R3
ADD R3,R1 5D 1 ;R3+R1->R3
ADD R3,R2 5E 1 ;R3+R2->R3
ADD R3,R3 5F 1 ;R3+R3->R3
SUB R0,R0 60 1 ;R0-R0->R0
SUB R0,R1 61 1 ;R0-R1->R0
SUB R0,R2 62 1 ;R0-R2->R0
SUB R0,R3 63 1 ;R0-R3->R0
SUB R1,R0 64 1 ;R1-R0->R1
SUB R1,R1 65 1 ;R1-R1->R1
SUB R1,R2 66 1 ;R1-R2->R1
SUB R1,R3 67 1 ;R1-R3->R1
SUB R2,R0 68 1 ;R2-R0->R2
SUB R2,R1 69 1 ;R2-R1->R2
SUB R2,R2 6A 1 ;R2-R2->R2
SUB R2,R3 6B 1 ;R2-R3->R2
SUB R3,R0 6C 1 ;R3-R0->R3
SUB R3,R1 6D 1 ;R3-R1->R3
SUB R3,R2 6E 1 ;R3-R2->R3
SUB R3,R3 6F 1 ;R3-R3->R3
RL R0 70 1 ;R0循环左移一位
RL R1 74 1 ;R1循环左移一位
RL R2 78 1 ;R2循环左移一位
RL R3 7C 1 ;R3循环左移一位
RR R0 80 1 ;R0循环右移一位
RR R1 84 1 ;R1循环右移一位
RR R2 88 1 ;R2循环右移一位
RR R3 8C 1 ;R3循环右移一位
MOV R0,R0 90 1 ;R0->R0
MOV R0,R1 91 1 ;R1->R0
MOV R0,R2 92 1 ;R2->R0
MOV R0,R3 93 1 ;R3->R0
MOV R1,R0 94 1 ;R0->R1
MOV R1,R1 95 1 ;R1->R1
MOV R1,R2 96 1 ;R2->R1
MOV R1,R3 97 1 ;R3->R1
MOV R2,R0 98 1 ;R0->R2
MOV R2,R1 99 1 ;R1->R2
MOV R2,R2 9A 1 ;R2->R2
MOV R2,R3 9B 1 ;R3->R2
MOV R3,R0 9C 1 ;R0->R3
MOV R3,R1 9D 1 ;R1->R3
MOV R3,R2 9E 1 ;R2->R3
MOV R3,R3 9F 1 ;R3->R3
JMP * A0 3 ;无条件转移到[addr]
JZ * B0 3 ;当Z=1时，跳转到[addr]所指单元
JC * C0 3;当CY=1时，跳转到M所指单元
CLR R0 D0 1 ;将R0清零
CLR R1 D4 1 ;将R1清零
CLR R2 D8 1 ;将R2清零
CLR R3 DC 1 ;将R3清零
DEC R0 E0 1 ;将R0值减1
DEC R1 E4 1 ;将R1值减1
DEC R2 E8 1 ;将R2值减1
DEC R3 EC 1 ;将R3值减1
HALT "" F0 1 ;停机
3.指令流程图
4.微指令表
微址
M23
M22
M21
M20
M19
M18
M17
M16
代码
M15
M14
M13
M12
M11
M10
M9
M8
代码
M7
M6
M5
M4
M3
M2
M1
M0
代码
后续微址
说明
E/M
IP
MWR
R/M
o2
o1
o0
OP
M
CN
S2
S2
S0
X2
X1
X0
XP
W
ALU
Iu
IE
IR
Icz
Ids
000
1
1
1
1
1
1
1
1
FF
1
1
1
1
1
1
1
1
FF
1
1
1
1
1
1
1
1
FF
+1
空操作
001
1
0
1
1
1
1
1
1
BF
1
1
1
1
1
0
1
1
FB
1
1
1
1
1
0
0
0
F8
可变
ibus→ir
620
1
1
1
1
0
0
0
0
F0
1
1
1
1
1
1
0
0
FC
0
1
1
0
1
1
0
1
6D
001
i/o→RD
640
1
1
1
1
0
1
0
1
F5
1
1
1
1
1
0
0
1
F9
1
1
1
0
1
1
0
1
ED
001
RS->i/o
660
1
1
1
1
1
0
1
0
FA
1
1
1
1
1
0
1
1
FB
0
1
1
1
1
1
1
1
7F
+1
RAM→Bl
661
1
0
1
1
1
0
1
1
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