计算机组成原理实验报告材料四基本模型机设计与实现
基本模型机的设计与实现实验报告
基本模型机的设计与实现实验报告本文将围绕“基本模型机的设计与实现实验报告”进行分析和阐述。
基本模型机的设计与实现是计算机系统课程中的重点内容，是学生理解计算机系统的核心；设计和实现基本模型机需要学生掌握计算机组成原理的基本知识，能够编写汇编语言程序和理解存储器层次结构等相关概念。
一、实验目的本次计算机系统实验的目的是掌握CPU的设计与实现，以及理解汇编语言的底层执行过程。
通过本次实验，学生可以深入了解计算机系统的基本组成部分，从而提高对计算机实现原理的认识和理解。
二、实验中设计与实现模型机的步骤1、确定模型机性能要求根据实验要求，我们需要设计出一个能够运行汇编语言程序的模型机。
此时，我们需要确定模型机的性能需求，如运行速度、存储容量和输入输出设备等方面。
2、设计和实现CPU在模型机中，CPU是核心部件，所以首先需要设计和实现CPU。
CPU需要包括寄存器、算术逻辑单元、控制器和取指令等组成部分。
由于我们使用的是逻辑电路实现，所以需要进行逻辑门设计，采用Verilog语言来实现。
3、设计和实现存储器存储器是CPU所需的重要组成部分之一，我们需要为CPU设计实现一套存储器，包括RAM和ROM两部分，其中RAM用于存储数据，ROM用于存储指令。
4、设计和实现输入输出设备在模型机中，输入输出设备也是必不可少的部分。
我们需要设计并实现一套输入输出设备，用于用户输入指令和数据，以及模型机输出结果。
5、编写汇编程序在完成模型机的设计和实现后，我们需要编写汇编程序来测试模型机的功能是否正常。
我们可以编写一些简单的汇编程序来测试模型机的运行速度和结果准确性。
三、实验结果与分析经过实验，我们成功地设计并实现了一套基本模型机，并编写了一些简单的汇编程序进行测试。
模型机具有较高的运行速度和存储容量，并且可以实现输入输出设备的基本功能。
同时，我们也发现了一些问题，如指令与数据存储的冲突等，需要进一步改进。
在完成实验过程中，我们深刻理解了计算机系统的结构和运作原理，提高了对计算机系统的认识和理解能力。
《计算机组成原理》学生实验报告
《计算机组成原理》学生实验报告（2011~2012学年第二学期）专业：信息管理与信息系统班级： A0922学号：10914030230姓名：李斌目录实验准备------------------------------------------------------------------------3 实验一运算器实验-----------------------------------------------------------7 实验二数据通路实验-------------------------------------------------------13 实验三微控制器实验--------------------------------------------------------18 实验四基本模型机的设计与实现------------------------------------------22实验准备一、DVCC实验机系统硬件设备1、运算器模块运算器由两片74LS181构成8位字长的ALU。
它是运算器的核心。
可以实现两个8位的二进制数进行多种算术或逻辑运算，具体由74181的功能控制条件M、CN、S3、S2、S1、S0来决定，见下表。
两个参与运算的数分别来自于暂存器U29和U30（采用8位锁存器），运算结果直接输出到输出缓冲器U33（采用74LS245，由ALUB信号控制，ALUB=0，表示U33开通，ALUB=1，表示U33不通，其输出呈高阻），由输出缓冲器发送到系统的数据总线上，以便进行移位操作或参加下一次运算。
进位输入信号来自于两个方面：其一对运算器74LS181的进位输出/CN+4进位倒相所得CN4；其二由移位寄存器74LS299的选择参数S0、S1、AQ0、AQ7决定所得。
触发器的输出QCY就是ALU结果的进位标志位。
QCY为“0”，表示ALU结果没有进位，相应的指示灯CY灭；QCY为“1”，表示ALU结果有进位，相应的指示灯CY点亮。
实验四 模型机设计与实现——实验报告
专业级班学号姓名实验报告实验四模型机的设计与实现一、实验目的1、构造一台基本模型计算机。
2、掌握在模型计算机上进行微程序编制、指令输入、运行调试的方法。
二、实验设备DVCC-C5JH计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。
三、实验原理：部件试验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元空间信号，实现特定指令的功能，这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。
四、实验内容1、模型机指令设计：（这里填写各模型机指令的指令助记符、指令机器编码、指令说明）DEC R0 0101 0000 (R0)-1→R0AND addr,R0 0110 0000 (R0) 与[addr]→R02、实验过程：先详细了解实验的原理然后进行以下步骤：（以下步骤应根据自己实际情况补充完整）⑴设计模型机的数据通路图，根据实际机器指令要求，设计微程序流程图及确定微地址；（下面绘制：①数据通路图；②微程序流程图及相应的微指令地址。
）1、2、PC A RPC AR RAM B US RAM B US SW R PC A RRAM B USR0BUS BUS R01 1103 04 12 07 31 10RAM B US02 R0DR1 05 (DR1)+(D R2)R006 PC A RRAM B US RAM B US32 17 R0DR125 13 PC A RRAM B US 26 14 R0DR1 (DR1)-1R0 PC A R RAM B US RAM B USR0DR1 (DR1)+(D R2)R01516 33 34 3536 37微指令代码PC AR PC+1(SW)BUS BUS DR1DR1RAMPC AR PC+1RAM BUS BUS DR1DR1LED21243020 2227⑵根据⑴的设计，编制好微程序；（下面写设计的微程序，要标出各微指令在控存中的地址，可以用联机调试中的十六进制形式编写）$ M00108101$ M0182ED01$ M0248C000$ M0304E000$ M0405B000$ M0506A201$ M06019A95$ M0719E000$ M08011000$ M0983ED01$ M0A87ED01$ M0B9AED01$ M0C96ED01$ M0D1BA201$ M0E9CED01$ M0F15A000$ M1092ED01$ M1194ED01$ M1217A000$ M13018001$ M14182000$ M15010A07$ M1681D100$ M17100A07$ M18118A06$ M19018202$ M1A0FE000$ M1B018AF5$ M1C1DE000$ M1D1EA000$ M1E1FB201$ M1F018AB9⑶根据⑴中的数据通路，连接好实验线路，仔细检查无误后接通电源；⑷将编制好的微程序写入控存；⑸使用上面设计好的机器指令编写机器指令程序，存放在内存中；（下面列出编写的机器指令程序，可以用联机调试中的十六进制形式编写，要写明对应的内存地址和相应的内存内容，且要进行简要的指令说明）$ P0000 IN$ P0110 ADD[0CH] R0+[0CH] -> R0$ P020C 01$ P0320 STA[0BH] R0->[0BH]$ P040D$ P0530 OUT[0BH] [0BH]->BUS$ P060D$ P0740 JMP[00H] 00H->PC$ P0800$ P0950 DEC [R0]-1->R0$ P0A60 AND [R0][0DH]->R0$ P0B0D 05$ P0C01 内容为01$ P0D05 内容为05⑹执行⑸中的机器指令程序，并验证前面的设计是否正确，若不正确请修改前面的设计和微程序；四、实验结果机器指令执行的情况：①第一次执行情况（记录实验时发生的情况包括何处错误）：②第二次执行情况：……（调试过程根据自己情况进行填写）五、实验总结。
基本模型机的设计与实现 计算机组成实验教程
基本模型机的设计与实现计算机组成实验教程
基本模型机的设计与实现是计算机组成实验教程的重要部分，以下是基本步骤：
1. 确定设计目标：首先，需要明确模型机的设计目标。
这可能包括理解计算机的基本组成，掌握部件之间的交互，以及理解计算机的控制原理和过程。
2. 选择实验设备：根据实验需求，选择适合的实验设备。
例如，可以选择一个具有微程序控制功能的实验系统，如Dais-CMX16+计算机组成原理教学实验系统。
3. 设计实验方案：根据实验目标和设备，设计具体的实验方案。
这可能包括如何将各个部件组合在一起，如何通过微程序控制器来控制数据通道，以及如何编写和调试机器指令等。
4. 实施实验：按照实验方案进行操作，并记录实验过程和结果。
这可能包括连接实验线路，编写和调试程序，以及在模型计算机上运行和测试程序等。
5. 分析实验结果：对实验结果进行分析，并与预期结果进行比较。
如果实验结果不符合预期，需要找出原因并修正实验方案。
6. 撰写实验报告：最后，需要撰写实验报告，总结实验过程、方法和结果，并讨论可能的改进和扩展。
以上步骤仅供参考，建议查阅计算机组成实验教程或者咨询专业人士获取更多帮助。
计算机组成原理课程设计报告(基本模型机设计与实现)
本科生课程实习学生姓名学生学号所在专业所在班级指导教师职称时间成绩目录一、课程设计题目 (2)二、课程设计使用的实验设备 (2)三、课程设计内容与步骤 (2)1、所设计模型机的功能与用途 (3)2、数据通路图 (4)3、微代码定义 (4)4、微程序流程图 (5)5、微指令二进制代码 (6)6、本课程设计机器指令 (7)7、模型机的调试与实现 (7)(1)接线图 (7)(2)写程序 (8)(3)运行程序 (8)四、总结 (9)参考文献 (9).一、课程设计题目基本模型机设计与实现二、课程设计使用的实验设备TDN-CM计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干三、课程设计内容与步骤不见实验过程中，各部件单元的控制信号是认为模拟产生的，而本次课程实习将能在为程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。
这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。
本课程设计采用六条机器指令：IN（输入）、AND（与运算）、DEC（自增1）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件跳转），其指令格式如下：其中IN、DEC为单字长，其余为双字长指令，********为addr对应的二进制地址码。
1、所设计模型机的功能与用途本次课程设计设计的模型机包括六条指令，输入、与运算、自增、存数、输出、无条件跳转。
利用此模型机可完成两个数的与运算，一个数从键盘输入，另个数从内存中读取，再将运算结果自增1，把最后结果保存到内存中，并且将运算结果输出2、数据通路图3、微代码定义C字段A字段B字段4、微程序流程图控制程序流程图当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P(1)测试；控制台操作为P(4)测试，它以控制台开关SWB、SWA作为测试条件，共三路分支。
5、微程序设计完毕后，将每条微指令代码化，将流程图转化为二进制代码表6、本课程设计机器指令7、模型机的调试与实现(1)接线图(2)写程序A、现将机器指令对应的微代码正确写入2816中。
计算机组成原理-实验报告四-基本模型机设计与实现
计算机组成原理实验报告
学院:计算机科学与信息专业：班级：
指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试P（1），通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。
“指令译码器”根据指令中的操作码译码，强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。
本系统有两种外部I/O设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备（INPUTDEVICE）；另一种是LED块，它作为输出设备（OUTPUT DEVICE）。
本实验设计机器指令程序如下：
地址（二进制）内容（二进制）助记符号说明
0000 0000 0000 IN R0，SW "INPUT DEVICE"-->R0
0001 0001 0000 ADD R0，09H R0+「09H」-->R0
0010 0000 1001
0011 0010 0000 STA 0BH，R0 R0-->「0BH」
0100 0000 1011
0101 0011 0000 OUT BUS ，0AH 「0AH」-->BUS
0110 0000 1010
0111 0100 0000 JMP 00H 00H-->PC
1000 0000 0000
1001 0101 0101 自定
1010 1010 1010 自定
1011 求和结果。
计算机组成原理实验报告1
实验报告模型机总体设计一．基本模型机系统分析与设计1、简单的模型计算机是由算术逻辑运算单元、微程序单元、堆栈寄存器单元、累加器、启停、时序单元、总线和存储器单元组成。
2、在模型机中，我们将要实现RAM的读写指令，寄存器的读写指令，跳转指令，ALU的加、减指令。
把通用寄存器作为累加器A们进行左、右移等操作指令，整体构成一个单累加器多寄存器的系统。
3、根据设计要求，对实验仪硬件资源进行逻辑组合，便可设计出该模型机的整机逻辑框图。
二．指令微程序设计1. ADD A，Ri；功能：（A）+（Ri）—>A步骤：1）取指PC->AB,AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR,PC+1;2)取操作数A->DB,DB->DR1，R1->DB,DB->DR2;3)执行DR1->ALU,DR2->ALU,置CY,ALU->DB,DB->累加器A2. SUB A，Ri 功能：(A) - (Ri)->A步骤：1）取指PC->AB,AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR,PC+1;2）取操作数A->DB,DB->DR1，R1->DB,DB->DR2;3）执行DR1->ALU,DR2->ALU,置CY,ALU->DB,DB->累加器A3. MOV A,Ri;功能：Ri->A步骤：1）取指PC->AB,AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR,PC+1;2)执行Ri->DB,DB->累加器A，置CY4. MOV Ri,A; 功能：(A)->Ri1）取指PC->AB,AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR,PC+1;2)执行A->DB,DB->Ri5. JMP addr 跳转到addr1）取指PC->AB,AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR,PC+1;2)执行IR1->DB,DB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->AB,AB->PC6.RRC A; 功能：带进位向右移1）取指PC->AB,AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR,PC+1; 2）执行控制信号，置CY7.RLC A；功能：带进位左移1）取指PC->AB,AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR,PC+1; 3）执行控制信号，置CY8.LDA addr；功能：(addr)->累加器A1）取指PC->AB,AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR,PC+1; 2）计算地址IR1->DB,DB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR2，IR2->AB3）执行AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->A9.STA addr; 功能：（A）->addr1）取指PC->AB,AB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR,PC+1;2)计算地址IR1->DB,DB->RAM,EMCK=1,RM=1,WM=0,RAM->DB,DB->IR2，IR 2->AB3) 执行A->RAM,EMCK=1,RM=0,WM=1三.指令格式1.ADD A,RiADD A Ri 2.SUB A,RiSUB A Ri 3.MOV A,RiMOV A Ri 4.MOV Ri,AMOV Ri A 5.RRC ARRC A6.RR ARR A7.JMP ADDRJMP ADDR8.LDA ADDRLDA ADDR9.STA ADDRSTA ADDR四.微程序指令格式设计00 取指微指令010203 减法指令微程序（1）04 减法指令为程序（2）050607 MOV指令微程序（1）08 MOV指令微程序（2）09 MOV指令微程序（3）0A0B0C0D0E0D……微程序入口地址微程序首地址形成MD7 MD6 MD5 MD4 MD3 MD2 MD1 MD00 0 I7 I6 I5 I4 1 1按操作码散转指令操作码微程序首地址MD7、MD6 I7 I6 I5 I4 MD1、MD0 MD7～MD00 0 0 0 0 1 003H0 0 0 0 1 1 007H0 0 0 1 0 1 00BH0 0 0 1 1 1 00FH0 0 1 0 0 1 013H0 0 1 0 1 1 017H0 0 1 1 0 1 01BH0 0 1 1 1 1 01FH0 1 0 0 0 1 023H0 1 0 0 1 1 027H0 1 0 1 0 1 02BH0 1 0 1 1 1 02FH0 1 1 0 0 1 033H0 1 1 0 1 1 037H0 1 1 1 0 1 03BH0 1 1 1 1 1 03FH六.模型机时序设计安排1、由于模型机已经确定了指令系统，微指令采用全水平不编码纯控制场的格式，微程序的入口地址采用操作码散转方式，微地址采用技术增量方式，所以可确定模型机中时序单元中所产生的每一节拍的作用。
广东海洋大学计算机组成原理报告书-基本模型机的设计与实现
《计算机组成与结构》课程实习基本模型机的设计与实现系另比信息学院______________班级：______________________________指导教师：刘桃丽_________________基本模型机的设计与实现一、设计要求1、课程设计题目：基本模型机的设计与实现2、分组设计一台基本模型机，并在模型机上运行一个简单的程序。
每组2-3 人，要求各组的指令系统不同。
3、根据设计的图纸，在验台上进行组装，并调试成功。
4、在组装调试成功的基础上，整理出设计图纸和其他文件，包括：（1）总框图（数据通路图）（2）微程序流程图（3）微指令格式（4）微程序代码表（5）调试小结二、课程实习使用的实验设备系统功能：输入两个正整数，计算两正整数之间所有的正整数累加之和。
即是累加求和。
需求分析：本程序包含加法（add）、减法（sub）、自加1（inc）、自减1（dec）条件转移（jc）、无条件转移（jmp）、停机（stp）等机器指令。
其中Inc和dec为单独设计，其他指令为模型机所自带的。
设计模块：微指令设计、机器指令设计。
各模块功能：微指令：定义并执行多个并行操作微命令，包含控制字段、判别测试字段、下地址字段机器指令：包含操作码和操作数，操作码就是指令的动作它会在CPU 上产生相应的硬件动作操作数可以是被加工的数据也可以是数据的地址用于指定操作的对象.输入输出的信号的含义及要求：在R0和R1分别输入待运算是数，R2输入FF 由减法R2=R2-R1 用来控制累加次数.三、课程实习步骤计算机的功能和用途:本程序用来计算两个数的累加求和。
总体结构:数据通路: INSSW BUS控制器 KblJtSQ-諒匚画UiuSlLCHLtfiLRWCT3^LDAR l~CHj TT ARI M 逼jC Z 列 ___ J_1 A 』 LPiARn^UDIMil _LL KL ,LDER(T4*Q Jl-k ALU &US RAI 『：TT ~ , ’—I UMR2(T2)*M3AR2MUX3设计指令执行流程:IARPC ADl>(T21MUM 他I 貯….I IM_C' [NTQIW VRlI'KQ"UWSl”，num •…unn控制信号输出运行微程序01PC A ARPC+1RAM ―►BUSBUS ―►IRIR7~IR40000 0001 1011ADD SUB DEC P11001JC1000JMP1010INC10H 11H 13H 19H 18H 18H M1=0 M1=0 M1=0LDDR1M2=0 LDDR23BH ALU=A+BALU BUS LDER LDDR1M2=0LDDR23AHALU=A-BALU BUSLDER LDERWD微指令信号表:RS BULDDR1 SM2=0 M1=1LDDR2 LDR4P0LDPC38HALU=A-1 M4=0ALU BUS LDR1PC ADDLDPCWRD0FH34HM1=0LDDR1M2=0LDDR219HALU=A+1ALU BUSLDER微指令代码化：四、总结我们小组在这几天完成计算机组成原理课程设计实习的过程中，我们发现，计算机组成原理与我们的专业息息相关，如果我们没能够熟练地掌握计算机原理里面的知识，这对我们以后的软件设计以及创新就会产生很大的局限性。
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计算机组成原理实验报告
学院:计算机科学与信息专业：班级：
表（一）即为将下图的微程序流程图按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”。
指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试P（1），通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。
“指令译码器”根据指令中的操作码译码，强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。
本系统有两种外部I/O设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备（INPUTDEVICE）；另一种是LED块，它作为输出设备（OUTPUT DEVICE）。
本实验设计机器指令程序如下：
地址（二进制）内容（二进制）助记符号说明
0000 0000 0000 IN R0，SW "INPUT DEVICE"-->R0
0001 0001 0000 ADD R0，09H R0+「09H」-->R0
0010 0000 1001
0011 0010 0000 STA 0BH，R0 R0-->「0BH」
0100 0000 1011
0101 0011 0000 OUT BUS ，0AH 「0AH」-->BUS
0110 0000 1010
0111 0100 0000 JMP 00H 00H-->PC
1000 0000 0000
1001 0101 0101 自定。