计组课程设计阶乘

### 计算机组成原理课程设计——微程序实现阶乘 #### 一、程序设计目的与基本原理 ##### 1. 程序设计目的 本课程设计的主要目的是让学生通过实践，更深入地理解计算机组成的原理及其应用。具体目标包括： - **构建基本模型计算机**：基于对单元电路实验的理解，进一步将这些单元组合起来，构造一台能够执行基本运算的模型计算机。 - **编写和调试微程序**：学习如何使用简单的模型机或复杂的模型机的部分机器指令，并编写相应的微程序来控制计算机执行特定任务。 - **掌握微程序控制器的设计**：理解微程序控制器的基本组成原理，以及如何编写和执行微程序。 - **观察微程序的运行过程**：学会观察微程序的执行情况，从而更好地理解计算机内部指令的执行机制。 - **应用计算机组成理论于实践**：通过课程设计项目，将所学的理论知识应用于实际操作中，加深对计算机各部件组成和工作原理的理解。 ##### 2. 程序设计基本原理 在设计微程序实现阶乘的过程中，我们需要理解实验模型机的基本结构，这包括以下几个关键组成部分： - **运算器单元(ALUUNIT)**：负责执行基本的算术逻辑运算。该单元由两个8位寄存器DR1和DR2以及一个8位ALU组成，ALU由两片74LS181构成。通过控制端S0~S3可以指定不同的运算类型。 - **寄存器堆单元(REGUNIT)**：包含三个8位寄存器(R0、R1、R2)，用于存储操作数和中间结果。 - **指令寄存器单元(INSUNIT)**：包含指令寄存器(IR)，用于接收并存储从内存中读取的指令。 - **时序电路单元(STATEUNIT)**：用于产生控制信号，以协调整个系统的运行。 - **微控器电路单元(MICRO-CONTROLLERUNIT)**：接收来自指令寄存器的指令代码，控制微程序的执行。 - **逻辑译码单元(LOGUNIT)**：根据机器指令和微代码进行译码，确保微程序的正确运行。 - **主存储器单元(MAINMEM)**：用于存储机器指令和数据。 - **输入输出单元(INPUT/OUTPUTDEVICE)**：提供用户与计算机交互的接口。 #### 二、设计原理 ##### 1. 机器指令 为了实现阶乘功能，需要定义适当的机器指令。模型机支持多种指令，包括算术逻辑指令、I/O指令、访问存储器指令以及转移指令。 - **算术逻辑指令**：设计了9条指令，使用单字节表示。这些指令采用寄存器直接寻址方式，格式为：|OP-CODE|Rs|Rd|。其中OP-CODE为操作码，Rs为源寄存器，Rd为目的寄存器。 - **访存指令及转移指令**：支持存数(STA)、取数(LDA)以及无条件转移(JMP)、结果为零或有进位转移指令(BZC)。指令格式为：|OP-CODE|M|OP-CODE|Rd|D|。这里，OP-CODE为操作码，Rd为目的寄存器，D为位移量。 ##### 2. 微程序流程图 微程序的流程图详细描述了每个微指令的执行流程，以及如何根据不同的条件选择合适的微指令路径。例如，在计算阶乘时，需要根据当前的计算结果和输入值来决定是否继续执行乘法操作。 ##### 3. 微指令代码 每条微指令都包含了具体的控制信号，用于控制模型机的不同组件。微指令的设计需考虑指令执行的顺序性和逻辑性，确保每个步骤都能按照预期的方式执行。 ##### 4. 实现步骤 - **初始化**：设置初始状态，如清空寄存器、设置计数器等。 - **读取输入**：从输入设备获取需要计算阶乘的数值。 - **循环计算**：使用循环结构，根据算术逻辑指令逐步计算阶乘。 - **存储结果**：将最终的计算结果存储在指定的寄存器或内存位置中。 - **输出结果**：将计算结果输出到显示设备。 #### 三、实验设计结果与分析 通过对微程序的调试和测试，验证了其正确性，并分析了微程序执行过程中可能出现的问题及其解决方案。 #### 四、实验设计小结 本课程设计项目不仅加深了对计算机组成原理的理解，还培养了解决实际问题的能力。通过实现阶乘的微程序，学生能够更直观地理解计算机内部指令的执行机制。 #### 五、参考文献 - [1] 有关计算机组成原理的教科书 - [2] 相关学术论文 - [3] 其他参考资料 通过以上内容的介绍，我们不难发现，利用微程序实现阶乘不仅可以锻炼学生的编程能力和逻辑思维能力，还能够帮助他们更好地理解计算机硬件的工作原理。