1、計算機組成原理與系統結構課程設計實驗報告課 題：班 級：姓 名： 完成日期：一、 課程設計步驟：1. 確定設計目標：經綜合考慮各類功能的模型機實現的難易程度，以及自身的知識水平，我們小組決定選定課題為“求解兩數的最大公約數”。當向模型機輸入兩個數之后，經過計算輸入這兩個數的最大公約數。2. 確定指令系統（1）數據格式 模型機規定數據采用定點整數補碼表示，字長為8位，其格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0符號 尾 數其中，第7位為符號位，數值的表示范圍是：。（2）指令格式模型機設計四大類指令共16條，其中包括算術邏輯指令、I/O指令、訪問及轉移指令和停機指令。 算術邏輯指令設計九條算術邏輯

2、指令并用單字節表示，尋址方式采用寄存器直接尋址，其格式如下：7 6 5 4 3 2 1 0OP-CODE RS RD其中，OP-CODE為操作碼，RS為源寄存器，RD為目的寄存器，并規定： RS或RD選定的寄存器000110 R0 R1 R2 I/O指令輸入（1N）和輸入（OUT）指令采用單字節指令，其格式如下：7 6 5 4 3 2 1 0OP-CODE addr RD其中，addr=01時，選中“INPUT DEVICE”中的開關組作為輸入設備，addr=10時，選中“INPUT DEVICE”中的數碼塊作為輸入設備。 訪問指令及轉移指令模型機設計兩條訪問指令，即存數（STA）、取數（LD

3、A），兩條顓臾指令，即無條件轉移（JMP）、結果為零或有進位轉移（BZC），指令格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 00 MOP-CODE RD D其中，OP-CODE為操作碼，rd為目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）。D為位移量（正負均可），M為尋址模式，其定義如下： 尋址模式有效地址E說明00011011 E=D E=(D) E=(RI)+D E=(PC)+D直接尋址間接尋址RI變址尋址相對尋址本模式機規定變址寄存器RI指定為寄存器R2 停機指令停機指令格式如下：7 6 5 4 3 2 1 0OP-CODE 00 00MALT指令，用于實現停機操作。（3）指令系統在這次課程設

4、計中，我們為實現模型機求解兩個數的最大公約數功能，主要用到MOV、SBC、CMP（新設計指令）、JMP、BZC、IN、OUT、HALT八條機器指令，其助記符、功能和具體指令格式如下：助記符指令格式功 能MOV RS，RDSBC RS，RDCMP RS，RD1000RSRD1010RSRD1100RSRDRSRDRS-RD-CYRDRS-RDJMP M，DBZC M，D00M1000 D00M1100 DEPC當CY=1或Z=1 EPCIN addr，RD010001RD（addr）RDOUT addr，RD010110RDRD（addr）HALT01100000停機3. 總體結構和數據通路數據

5、通路框圖參見附錄1所示：4. 微程序流程圖微程序流程圖參見附錄2所示：二、 課程設計總結：通過這次課程設計，了解和掌握了模型機的硬件結構以及關于微程序的設計。實驗初期無從下手，通過對實驗教材中7.2復雜模型機設計實驗的練習，熟悉了實驗環境和實驗設備，同時也在實驗摸索過程中對我們小組需要設計的課題有了初步的構想。課程中，在陳老師的指導下，我們將課程設計分解為一步一步的小目標，并逐個完成，最終實現模型機的最終功能。此次課程設計，需要我們自己去編寫匯編指令，然后將匯編指令轉化為機器指令，幫助我們復習和鞏固了匯編語言和計算機組成原理與系統結構中的理論知識，同時將微程序的設計帶到了實驗中來，而不是之前抽

6、象的考卷中的內容。在這次實驗過程中，我們遇到了諸多問題。例如：實驗前期我們了解甚少，不知如何下手，在向老師請教和小組成員之間互相討論之后，情況變得明朗；實踐中，我們對于SBC指令的功能R1-R2-CY->R2，希望可以對其產生變更，希望最終結果送到R1寄存器，這樣就可以省去許多步驟提高效率，遺憾的是在最終上機運行時出現了錯誤，被迫改回原來的指令格式，通過增加步驟確保最終結果的正確性；實驗最后，調試運行階段，通過數據通路圖顯示我們自己設計的CMP指令已經測試成功，但是卻沒有得到最終的正確結果，而是在BZC指令跳轉時出現了異常，第二天我們又回到實驗室換了一臺機箱后，實驗最終得以成功，我們設計

7、的模型機實現了求解兩個數最大公約數的功能。三、 小組成員各自的任務和完成情況： 在進行課程設計初期，確定了主題之后，我們一起討論接下來為實現模型機功能所需要采用的具體的實現方法。在課程設計過程中，馬拉多納同學負責完成了匯編偽指令的設計，數據格式的設計，平時任務提交的書寫以及微程序流程圖的設計等工作；梅西同學負責完成了匯編偽指令到匯編指令的改寫，總體結構、數據通路的設計，機器碼$P的編寫等工作；跳水王C羅同學負責完成了指令格式的設計，實驗中機箱的接線工作，微程序$M的編寫以及實驗報告的撰寫工作。 在課程設計后期，我們又一起進行后期的調試工作，及時發現錯誤所在，并在討論后為第二天的調試工作制定了兩

8、種方案，最終我們修正了錯誤，實現了我們最初所要設計的模型機的功能-求解兩個數的最大公約數。附 錄：附錄一：數據通路圖附錄二：微程序流程圖附錄三：機器碼及微程序:程 序 助記符$P0044 IN 01, R0$P0145 IN 01, R1$P02C1 CMP R0, R1$P030C BZC 00, 0A$P040A $P0586 MOV R1, R2$P06A1 SBC R0, R1$P0788 MOV R2, R0$P0808 JMP 00, 02$P0902 $P0A82 MOV R0, R2$P0B84 MOV R1, R0$P0C89 MOV R2, R1$P0DC1 CMP R0,

9、 R1$P0E0C BZC 00, 12$P0F12 $P1008 JMP 00, 05$P1105 $P1258 OUT 10, 00$P1360 HALT微程序$M00018108$M0101ED82$M0200C050$M0300A004$M0400E0A0$M0500E006$M0600A007$M0700E0A0$M0801ED8A$M0901ED8C$M0A00A03B$M0B018001$M0C00203C$M0D00A00E$M0E01B60F$M0F95EA25$M1001ED83$M1101ED85$M1201ED8D$M1301EDA6$M14001001$M15030401$M16018016$M173D9A01$M18019201$M1901A22A$M1A01B22C$M1B01A232$M1C01B233$M1D01A236$M1E318237$M1F318239$M20009001$M21028401$M2205DB81$M230180E4$M24018001$M2595AAA0$M2600A027$M2701BC28$M2895EA29$M2995AAA0$M2A01B42B$M2B959B41$M2C01A42D$M2D65