《计算机组成原理课程设计》教学大纲
(2013版)
课程编码:0611110401
课程名称:计算机组成原理
学时/学分:1/1
先修课程:《数字逻辑》、《汇编语言与微机原理》
适用专业:计算机科学与技术
开课教研室:嵌入式系统教研室
执笔:
审定:
一、目的与要求
《计算机组成原理课程设计》是实践性教学环节之一,是《计算机组成原理》课程的辅助教学过程,是计算机科学与技术专业的必修课。 通过课程设计,结合实际的操作和设计,巩固课堂教学内容,使学生掌握计算机设计原理和方法,将理论与实际相结合,具体要求如下:
1.融会贯通计算机组成原理课程各章节的内容,通过知识的综合运用,加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识,特别是对微程序控制器的认识。
2.熟悉计算机的数据通路,掌握时序发生器的组成原理及掌握微程序控制器的组成原理。掌握数字逻辑电路中的一般规律,以及排除故障的一般原则和方法。
3.锻炼分析问题和解决问题的能力,在出现故障的情况下,独立分析故障现象,并排除故障,培养科学研究的独立工作能力,取得工程设计与组装调试的实践经验。
二、课程设计内容
本次课程设计将前面几个实验中的所有电路,包括运算器、存储器、通用寄存器堆、微程序控制器等模块组合在一起,构成一台简单的模型机。
1.将双端口通用寄存器堆和双端口存储器模块连接,构成新的数据通路。将微程序控制器同执行部件(整个数据通路)联机,组成一台模型计算机。
2.用微程序控制器控制模型计算机的数据通路。
3.通过TEC-5执行由8条机器指令组成的简单程序,掌握机器指令与微指令的关系,牢固建立计算机的整机概念。
三、课程设计步骤与方法
根据课程设计的目的,本课程设计任务主要包括进行数据通路的组成、微程序控制器的组成和CPU组成与机器指令执行周期。
1. 对机器指令系统组成的简单程序进行译码。
内存地址 |
机器指令 |
机器代码(十六进制表示) |
00H |
ADD R1, R0 |
|
01H |
JC R3 |
|
02H |
STA R1, [R2] |
|
03H |
LDA R2, [R2] |
|
04H |
AND R2, R0 |
|
05H |
SUB R2, R3 |
|
06H |
OUT R2 |
|
07H |
STP |
|
2.接线
按照实验电路图进行连线,接好线后,将编程开关拨到“正常位置”。合上电源,按CLR#按钮,使TEC-5实验实验系统处于初始状态。
3.存程序代码,设置通用寄存器R0、R1、R2和R3的第一组值及存储器相关单元的数据。本组的寄存器数据是R0=35H,R1=43H,R2=10H,R3=07H。存储器10H单元的内容为55H。选择这组数据的目的是执行ADD R1,R0指令时不产生进位C,从而在执行JC R3指令时不产生跳转,而是顺序执行。
存程序机器代码,从00地址开始存8个机器代码:01H,5CH,39H,4AH,22H,1EH,78H,60H。在10H单元存入55H,作为10H单元的初值,以检查LDA和STA两条指令的作用。
用单拍(DP)方式执行一遍程序。置SWC=0,SWB=0,SWA=0,DP=1,DB=0,使实验系统处于单拍运行状态。置SW7—SW0=00H,使程序从地址00H开始执行。按CLR#按钮,使实验系统处于初始状态,然后一次一次按QD按钮,使程序一拍一拍的执行。在单拍执行过程中,首先要随时监测AR、PC、µA5—µA0和IR的值,以判定程序执行到何处,正在执行哪条指令和微指令。对照微程序流程图,可以判断出微指令的地址和正在进行的微操作。
用连续方式执行一遍程序。置SWC=0,SWB=0,SWA=0,DP=0,DB=0,使实验系统处于连续运行状态。置SW7—SW0=00H,使程序从地址00H开始执行,查看结果。
4.存程序代码,设置通用寄存器R0、R1、R2和R3的第二组值及存储器相关单元的数据。本组的寄存器数据是R0=86H,R1=88H,R2=10H,R3=07H。存储器10H单元的内容为55H。选择这组数据的目的是执行ADD R1,R0指令时产生进位C,从而在执行JC R3指令时产生跳转,而不是顺序执行。
存程序机器代码,从00地址开始存8个机器代码:01H,5CH,39H,4AH,22H,1EH,78H,60H。在10H单元存入55H,作为10H单元的初值,以检查LDA和STA两条指令的作用。
用单拍(DP)方式执行一遍程序。置SWC=0,SWB=0,SWA=0,DP=1,DB=0,使实验系统处于单拍运行状态。置SW7—SW0=00H,使程序从地址00H开始执行。按CLR#按钮,使实验系统处于初始状态,然后一次一次按QD按钮,使程序一拍一拍的执行。
用连续方式执行一遍程序。置SWC=0,SWB=0,SWA=0,DP=0,DB=0,使实验系统处于连续运行状态。置SW7—SW0=00H,使程序从地址00H开始执行,查看结果。
四、课程设计说明书与图纸
按照下面框图,参考前面实验的电路图完成连线,工作量大概是:控制台、时序部件、数据通路和微程序控制器之间的连线。控制器是控制部件,数据通路是执行部件,时序发生器是时序部件。注意通用寄存器堆RF的RD1、RD0、RS1、RS0、WR1、WR0与IR3-IR0间的连线。
模型机连线示意图
将任务1中的程序代码用控制台指令存入内存中,并根据程序的需要,用数码开关SW7-SW0设置通用寄存器的数据。注意:由于设置通用寄存器时会破坏存储器单元的数据,因此应先设置寄存器中的数据,再设置存储器中的程序和数据。要求使用两组寄存器数据,一组寄存器数据在执行 ADD R1,R0指令时产生进位,一组寄存器数据在执行ADD R1,R0指令时不产生进位,以观察同一程序程序的不同执行流程。
用单拍(DP)方式执行一遍程序,记录最后得到的四个寄存器的数据,以及由STA指令存入RAM中的数据,与理论分析值比较。执行时注意观察各个指示灯的显示,以跟踪程序执行的详细过程(可观察到每一条微指令的执行过程)。
用连续方式再次执行程序。这种情况相当于计算机正常的工作。程序执行到STP指令后自动停机。读出寄存器中的运算结果,与理论值比较。
五、课程设计进度表
序号 |
内 容 |
所用时间 |
1 |
数据通路组成 |
2 |
2 |
微程序控制器组成 |
2 |
3 |
对机器指令组成的简单程序进行译码。将表中的程序按机器指令格式手工汇编成二进制机器代码 |
2 |
4 |
微程序控制器同执行部件(整个数据通路)联机,组成一台模型计算机。 |
2 |
5 |
程序代码用控制台指令存入内存中,观察同一程序程序的不同执行流程。 |
4 |
6 |
单拍(DP)方式执行一遍程序,跟踪程序执行的详细过程。 |
2 |
7 |
用连续方式再次执行程序,跟踪程序执行的详细过程。读寄存器中的运算结果,与理论值比较。 |
2 |
合计 |
16 |
六、课程设计考核方式
平时设计环节中的表现占总成绩30%,课程设计报告占总成绩70%。用专用课程设计报告纸书写按格式规范撰写,并在规定时间内上交和接受检查。