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计算机组成原理 课程设计报告（7个题目含代码）.doc

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.70M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    （一）硬件部分
    (二)软件部分
    二、软件使用说明
    （一）界面说明
    （二）编辑程序
    （三）汇编程序
    （四）运行方式
    （五）跟踪调试
    三、实验操作流程
    四、指令系统汇编
    （一）模型机指令系统
    （二）模型机指令码
    目录 摘要……………………………………………………………. 实验装置组成………………………………………………….. 1 硬件部分………………………………………………… 2 软件部分………………………………………………… 软件使用说明………………………………………………… 1 界面说明………………………………………………… 2 编辑程序………………………………………………… 3 汇编程序………………………………………………… 4 运行方式………………………………………………… 5 跟踪调试………………………………………………… 实验操作流程………………………………………………… 指令系统汇编………………………………………….. . 1 模型机指令系统………………………………………… 2 模型机指令码…………………………………………… 微程序的设置与实现…………………………………… 实验心得…………………………………… 参考文献…………………………………… 1
    摘要 微程序控制器同组合逻辑控制器相比较，具有规整性、灵活性、可维护性等 一系列优点，因而在计算机设计中逐渐取代了早期采用的组合逻辑控制器，并已 被广泛地应用．在计算机系统中，微程序设计技术是利用软件方法来设计硬件的 一门技术 . 微程序控制的基本思想，就是仿照通常的解题程序的方法，把操作控制信 号编成所谓的“微指令”，存放到一个只读存储器里．当机器运行时，一条又一条 地读出这些微指令，从而产生全机所需要的各种操作控制信号，使相应部件执行 所规定的操作 . 采用微程序控制方式的控制器称为微程序控制器。所谓微程序控制方式是 指微命令不是由组合逻辑电路产生的，而是由微指令译码产生。一条机器指令往 往分成几步执行，将每一步操作所需的若干位命令以代码形式编写在一条微指令 中，若干条微指令组成一段微程序，对应一条机器指令。在设计 CPU 时，根据 指令系统的需要，事先编制好各段微程序 ，且将它们存入一个专用存储器。微 程序控制器由指令寄存器 IR、程序计数器 PC、程序状态字寄存器 PSW、时序系 统、控制存储器 CM、微指令寄存器以及微地址形成电路。微地址寄存器等部件 组成。执行指令时，从控制存储器中找到相应的微程序段，逐次取出微指令，送 入微指令寄存器，译码后产生所需微命令，控制各步操作完成。 2
    一 实验装置组成 （一）硬件部分 实验装置是为计算机组成原理的工作流程专门设计的。它能够让学生通过手动和自动的 操作弄清和掌握计算机工作的基本原理。 实验模块由手动实验部分和程序实验部分组成。手动实验主要完成计算机各个组成部分 的原理实验，包括数据流程、运算器执行、存储器和外设之间的数据交换等部分，通过组合 变化各个输入信号，进一步理解计算机各个部件的执行过程和工作原理，手动实验在本指导 书的前面部分已经作了详细介绍。程序实验主要完成指令系统中每条指令的具体执行，包括 取指、译码、执行过程中对应微指令的工作流程，并且还能观察各类指令执行的结果。操作 过程在计算机上进行，可实现单拍、单步和连续执行，每个执行过程可以在计算机上显示， 其执行结果和过程也可同步在实验板上显示，进一步观察对应指令在执行过程中的每个控制 信号和数据流向。 程序实验主要包括： 数据传输程序 各种运算程序 控制转移程序 数码转换程序 (二)软件部分 软件系统由编辑程序、编译程序、程序执行、调式程序几个部分组成，完成由源程序输 入、语法分析排错、指令汇编、应用程序调试的全过程。 软件系统采用集成化的窗口，各种软件功能分类设置在程序中，可以根据程序实验过程 的需要随意组合使用。软件系统的主窗口界面如下图所示： 图 7-1 软件系统主窗口界面 3
    二、软件使用说明 （一）界面说明 图 7-2 界面说明标识 软件系统采用集成化的窗口，各种软件功能分类设置在程序中，软件系统的主窗口界面 如上图所示，现将界面各组成部位说明如下： 1 —— 寄存器 2 —— 存储器 3 —— 信息 4 —— 编辑源程序 5 —— 汇编 6 —— 程序复位 7 —— 运行 8 —— 停止 9 —— 单步 10 —— 单拍 11 —— 设置/取消断点 12 —— 连接/断开串行口 13 —— 源程序编辑区 14 —— 寄存器/存储器显示区 显示各寄存器/存储器的值 15 —— 微程序显示区 在程序执行过程中，观察各寄存器的值 在程序执行过程中，观察各存储器的值 显示当前指令对应的微程序 从汇编状态或运行状态返回到编辑源程序状态 对编辑好的源程序进行汇编连接 让程序指针指向程序的第一条指令 运行已通过汇编连接的程序 停止程序的运行 单步运行程序（逐条指令执行） 单拍运行程序（逐条微指令执行） 设置/取消断点，调试程序时用 连接/断开串行口，连通/断开程序和模型机通信 在该区域内编辑源程序 显示当前指令对应的微程序 4
    （二）编辑程序 编辑源程序采用文本的编辑方式，按照给定的模型机指令系统，用汇编语言格式编辑程 序，对所编辑的程序进行语法分析，纠错处理。编辑程序主要实现如下的操作流程： 图 7-3 编辑源程序流程 图 7-4 新建编辑窗口 （三）汇编程序 汇编程序先对源程序进行语法检查，排除源程序中的语法错误，再将源程序编译为机器 码，在调试的窗口中显示指令行、机器码、助记符等信息。 5
    图 7-5 汇编出错提示信息 图 7-6 内存地址、助记符和机器码 （四）运行方式 程序的运行有单拍、单步和连续执行三种方式。 单拍方式是逐条执行微程序中的微指令，屏幕显示信息（微指令、积存器和存储器状态） 与实验板显示信息（微指令对应的数据流向以及相应的控制信号）互相配合，可以将单拍微 指令执行的结果从不同角度显示出来，以便观察。 单步方式是一条一条指令执行的过程，每条指令执行后，将内存和寄存器中的变化显示 出来。 连续执行将一段程序执行的功能表现出来，在连续执行调试中可以采用设置断点的方 法，分模块或分段地进行程序调试。 （五）跟踪调试 程序执行的调试方法可按调试的目的考虑，一般有以下几种情况： （1）为了掌握一般指令执行过程。采用单拍和单步，结合实验板观察有关的变化。 6
    （2）为观察寄存器的变化。采用单步和连续执行，打开寄存器窗口观察寄存器变化。 图 7-7 单拍或单步运行 （3）为了观察内存的变化。采用单步和连续执行，打开内存窗口观察内存变化。 图 7-8 观察寄存器变化 7
    （4）为了调试一段条件转移程序。可以在不同转移目标点设置断点，观察其转移情况。 图 7-9 观察存储器变化 图 7-10 设置断点 三、实验操作流程 1、熟悉本模型机的指令系统，理解各条指令的功能和用途。 2、打开实验例程，熟悉软件操作，根据程序执行流程观察寄存器和存储器单元的变化情况， 连接串行口连通模型机，观察模型机中数据流向和程序执行的同步情况。 3、利用本模型机的指令系统，自行编制一些小的程序，调试并运行。 四、指令系统汇编 （一）模型机指令系统 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 类 型 算 逻 运 算 一 类 ADD ADC SUB SBC MUL AND OR 汇编助记符 指令格式 指令 操作码 源 目 第二字节 长度 状态位 注 释 RD，RS 0001 RD，RS 0010 RD，RS 0011 RD，RS 0100 RD，RS 0101 RD，RS 0110 RD，RS 0111 RS RD RS RD RS RD RS RD RS RD RS RD RS RD 1 1 1 1 1 1 1 Z,C,E,V,N RD←(RD)+(RS) Z,C,E,V,N RD←(RD)+(RS)+CY Z,C,E,V,N RD←(RD)-(RS) Z,C,E,V,N RD←(RD)-(RS)-CY Z,C,E,V,N RD←(RD)*(RS) Z Z RD←(RD)and(RS) RD←(RD)or(RS) 算 二 类 算 逻 运 ADD ADC RD，#IMM 101000 RD，#IMM 101001 #IMM RD #IMM 2 #IMM RD #IMM 2 Z,C,E,V,N RD←(RD)+#IMM Z,C,E,V,N RD←(RD)+#IMM+CY 8
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