计算机硬件课程设计--简单模型机设计计算机硬件综合课程设计报告简单模型机设计一、设计要求硬件：TDN-CM+计算机组成原理实验系统一台，PC机一台，排线若干，串口线一根。
软件：CMP软件二、设计目的1.通过对一个简单计算机的设计，对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解，加深对理论课程的理解。
2.通过这次课程设计，建立整机的概念，对程序进行编辑，校验，锻炼理论联系实际的能力。
3.通过本次课程设计熟悉和训练设计思路与实现方法。
4.通过本次课程设计锻炼团队合作的能力和团队问题的解决。
三、设计电路及连线设计电路及连线实验图如下图1-1所示。
图1-1 简单模型机连线图四、设计说明本次课程设计将能在微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。
本次课程设计采用五条机器指令：IN （输入）、ADD （二进制加法）、STA （存数）、OUT （输出）、JMP （无条件转移），其指令格式如下（前4位为操作码）：助记符 机器指令码 说 明 微程序入口地址IN 0000 0000 “INPUT DEVICE ”中 10的开关状态→R0 0001 0000 ×××× ×××× R0+[addr]→R0 110010 0000 ×××× ×××× R0→[addr] 120011 0000 ×××× ×××× [addr]→BUS 130100 0000 ×××× ×××× addr →PC 14ADDaddrSTA其中，IN 为单字长（8位），其余为双字长，×××× ××××为addr 对应的二进制地址码。
设计数据通路框图如图1-2所示。
微代码定义如表1-1所示。
DR1(74273)DR2(74273)ALU-BR0(74374)AR(74273)PC （74161）MEM （6116）OUTPUT 时序微控器IR （74273）INPUTALU(74181)CE LED-BW/RCESW-B CE CEW/RLDART3PC-BLOADLDPC T4W/RCS0CS1CS2LDIR T3T4LDR0R0-B LDDR 1T4T4LDDR 2CNMS3S2S1S0BUS地址总线数据总线CPUR1(74374)T4LDR1R1-B R2(74374)T4LDR2R2-B图 1-2 数据通路图表1-12423 22 21 20 19 18 17 1615 14 13 12 11 109 8 76 5 4 3 21 S 3 S2 S 1 S0 MC nWEA 9 A8ABC u A 5 u A 4 u A 3 u A 2 u A 1 uA0 A 字段 B 字段C 字段1 5 1413选择0 0 00 0 1 LD DRi0 1 0 LD DR 10 1 1 LD DR 21 0 0 LDI R1 0 1 LO AD1 1 0 LD AR五、设计步骤1.设计微程序流程图，如图1-3所示。
运行微程序010210IN ADD STA OUT JMP 10 11 12 13 14PC →AR PC+1RAM →BUS BUS →IRP(SW →R0PC →AR PC+1PC →AR PC+1PC →AR PC+1PC →AR PC+103 07 1626 0104 15 17 01052506 01060101 控制台RAM →BUS BUS →ARRAM →BUSBUS →DR2R0→D R1 (DR1)+(DR2)→R0 RAM →BUS BUS →ARRAM →BUS BUS →AR RAM→BUS BUS →PCR0→BUS BUS →RAMRAM →BUS BUS →DR1D R1→LED00 八进制微地址20（SWB ,SWA)21 202324 22 0130 27图 1-3 微程序流程图2. 微指令代码化，如下表1-2所示。
表1-2PKWE(KRD(RP(1PC →AR PC+1PC →AR PC+1CSWD →BUS BUS →DR1 RAM →BUS BUS →DR1D R1→RAM D R1→LED微地址S3 S2 S1S0M CnWEA9A8A B CuA5…uA00 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 000 000 100 01000 00 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 00001 00 2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 100 000 001 00100 00 3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 110 000 000 00010 00 4 0 0 0 0 0 0 0 0 1 011 000 000 00010 10 5 0 0 0 0 0 0 0 1 1 010 001 000 00011 00 6 1 0 0 1 0 1 0 1 1 001 101 000 00000 10 7 0 0 0 0 0 0 0 0 1 110 000 000 00110 11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001 000 000 00000 11 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 00001 11 2 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 00011 11 3 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 00111 01 4 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 01011 01 5 0 0 0 0 0 0 1 0 1 000 001 000 00000 11 6 0 0 0 0 0 0 0 0 1 110 000 000 0011111 7 0 0 0 0 0 0 0 0 1 010 000 000 01010 12 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 01001 02 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 01010 02 2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 010 000 000 01011 12 3 0 0 0 0 0 0 0 1 1 000 000 000 00000 12 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 010 000 000 01100 02 5 0 0 0 0 0 1 1 1 0 000 101 000 0000012 6 0 0 0 0 0 0 0 0 1 101 000 110 00000 12 7 0 0 0 0 0 1 1 1 0 000 101 000 01000 03 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 000 101 000 01000 13.设计验证程序的内存映像（装入起始地址00H）如下表1-3所示。
表1-3地址（二进制）内容（二进制）助记符说明0000 0000 0000 0000 IN将输入数据送R0寄存器0000 0001 0001 0000 ADD[0AH]R0+[0AH]→R00000 0010 0000 10100000 0011 0010 0000 STA [0BH] R0→[0BH] 0000 0100 0000 10110000 0101 0011 0000 OUT[0BH][0BH]→LED0000 0110 0000 10110000 0111 0100 0000 JMP [08H] 00H→PC 0000 1000 0000 00000000 10010000 1010 0000 0001 输入自定的数据0000 1011 求和结果的存储单元4.建立联机操作文件。
为了从PC机下载工作程序和微程序，需要建立联机操作文件，该文件是普通的文本文件，扩展名为TXT，可用记事本来建立。
源程序如下：$P0000$P0110$P020A$P0320$P040B$P0530$P060B$P0740$P0800$P0A01$M00018110 $M0101ED82 $M0200C048 $M0300E004 $M0400B005 $M0501A206 $M06959A01 $M0700E00D $M08001001 $M0901ED83 $M0A01ED87 $M0B01ED8E $M0C01ED96 $M0D028201 $M0E00E00F $M0F00A015 $M1001ED92 $M1101ED94 $M1200A017 $M13018001 $M14002018$M15070A01$M1600D181$M17070A10$M18068A115.调试、执行程序。
首先打开CMP软件，测试端口是否连接成功，然后装入联机操作文件，接着测试程序，测试值R0=FEH，置数据开关状态11111110，根据提示拨动总清开关CLR（0→1）适时清零。
在调试过程中，出现了一些问题，例如，出现提示窗口，提示源程序第几行错误，经检查原来是数字0写成了字母O；观察数据流通图，有支路不通，就检查该支路的连线，排查错误。
六、设计结果和体会1、设计结果当R0=FEH时，求和结果为FFH，即[0BH]单元中存储值为FFH，LED显示FF。
2、设计体会此次课程设计，让我对计算机的基本组成、简单运算器的数据传送通路组成、存储器RAM 工作特性及数据的读写方法、时序信号发生电路的组成原理、微程序控制器的设计思路和组成原理、微程序的编制、写入过程有了进一步的了解，也让我觉得自己的动手能力有很大的提高；自信心也增强了，在课程设计过程中通过仔细查阅资料解决了遇到的问题，做到了理论与实践相结合，巩固和深化了自己的知识结构，收获颇多。
七、建议课程设计可以体现出团队合作程度，紧密合作加上明确分工，，能够大大地提高设计速度，在动手设计之前，最好将设计所需要的数据，程序准备好，为了判断设计结果是否正确，有必要在准备阶段计算理论值。
仔细分析指令的每一位，以及微程序流程图，理清思路，在设计时做到胸有成竹。
复杂模型机设计一、设计要求硬件：TDN-CM+计算机组成原理实验系统一台，PC机一台，排线若干，串口线一根。