2015計算機(jī)組成原理課程設(shè)計匯編

1、大連海事大學(xué)課程設(shè)計報告課程名稱：計算機(jī)組成原理課程設(shè)計 成 員： 劉 袁設(shè)計時間：2015年8月31日至9月11日考核記錄及成績評定題目復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計實驗完成的主要工作 讀懂系統(tǒng)電路圖，了解電路的原理和數(shù)據(jù)通路以及相關(guān)部分的關(guān)系 掌握各被控部件的控制電位與微指令之間的關(guān)系 自行設(shè)計異或、同或等指令 改動部分微指令，實現(xiàn)寄存器間接尋址進(jìn)行異或運算 將寄存器間接尋址用于異或指令成員分工共同完成：研究了解微指令的設(shè)計過程搜集相關(guān)資料根據(jù)實驗指導(dǎo)電路圖連接電路， 聯(lián)機(jī)運行累加求和運算排除硬件和程序故障撰寫設(shè)計報告。劉：寄存器間接尋址袁：異或運算綜合評語（設(shè)計方案、實踐環(huán)節(jié)、問題解答、設(shè)計報告）成績2

2、22013劉222013袁目錄、設(shè)計任務(wù)與要求 11.1課程設(shè)計背景與目的 11.2 應(yīng)解決的主要問題及應(yīng)達(dá)到的技術(shù) 11.3基本理論依據(jù) 11.3.1數(shù)據(jù)格式 11.3.2 指令設(shè)計 11.3.3 指令格式 21.3.4 指令系統(tǒng) 4.、rt 、【 一二、設(shè)計方案三、詳細(xì)設(shè)計 103.1 異或 103.2 寄存器間接尋址實現(xiàn)異或 144.1 累加 164.2 異或 174.3 寄存器間接尋址實現(xiàn)異或運算 19五、成員分工及工作情況 22附錄 1 : 電路原理圖 23附錄 2: 源程序及程序注釋 241. 累加 242. 異或 273. 對于 IN 增加的寄存器間接尋址實現(xiàn)異或運算 29附錄

3、3: 使用元器件一覽表 33附錄 4 ：參考文獻(xiàn) 36、設(shè)計任務(wù)與要求1.1 課程設(shè)計背景與目的計算機(jī)組成原理課程設(shè)計是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生在修完計算機(jī)組成原理課程之 后，必須完成的實驗環(huán)節(jié)。本課程設(shè)計是在完成計算機(jī)組成原理分解實驗的基礎(chǔ)上，來進(jìn)行 模型計算機(jī)的整機(jī)設(shè)計。通過模型機(jī)的設(shè)計、組裝和調(diào)試，建立計算機(jī)整機(jī)的概念，加深對 計算機(jī)“時空” 概念的理解，掌握設(shè)計和調(diào)試計算機(jī)的基本步驟和方法，提高應(yīng)用集成電路 的基本技能，培養(yǎng)和提高學(xué)生獨立工作的能力及分析問題和解決問題的能力。根據(jù)此前所學(xué)習(xí)的有關(guān)計算機(jī)組成及工作原理的相關(guān)知識，利用實驗室現(xiàn)有元器件及設(shè) 備，設(shè)計并實現(xiàn)一臺模型計算機(jī)，并

4、利用實現(xiàn)的指令編程在模型機(jī)上運行，對設(shè)計工作進(jìn)行 驗證。1.2 應(yīng)解決的主要問題及應(yīng)達(dá)到的技術(shù) 閱讀計算機(jī)組成的相關(guān)資料，考察現(xiàn)有實驗器材，給出模型機(jī)設(shè)計方案。方案中要以 圖文結(jié)合的方式描述出模型機(jī)的整機(jī)構(gòu)成，即該模型機(jī)硬件上主要由哪幾個部分組成及其互 聯(lián)方式。 對模型機(jī)各個組成部分具體的硬件構(gòu)成，功能，操作方式進(jìn)行詳細(xì)說明，必要時需給 出電路圖。 說明模型機(jī)的數(shù)據(jù)類型，指令格式，尋址方式，指令系統(tǒng)構(gòu)成，微指令格式及各條指 令的微程序流程。 利用實現(xiàn)的指令編寫程序，對設(shè)計工作進(jìn)行驗證。 在組裝調(diào)試成功的基礎(chǔ)上，整理出設(shè)計說明書和其它文件。1.3 基本理論依據(jù)下面講述一下模型計算機(jī)的數(shù)據(jù)格式及指

5、令系統(tǒng)。1.3.1 數(shù)據(jù)格式模型機(jī)規(guī)定采用定點補(bǔ)碼表示法表示數(shù)據(jù)，字長為8位，8位全用來表示數(shù)據(jù)（最高位不 表示符號），數(shù)值表示范圍是：0 w XRDE RDRD EE PC 當(dāng)FC或FZ=1時，E PCP RDRS PD RD停機(jī)1、設(shè)計方案本模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路框圖如圖2-1所示圖2-1數(shù)據(jù)通路框圖和前面的實驗相比，復(fù)雜模型機(jī)實驗指令多，尋址方式多，只用一種測試已不能滿足設(shè)計要求，為此指令譯碼電路需要重新設(shè)計。如圖p2-2所示在IR單元的INS_DEC中實現(xiàn)圖2-2指令譯碼原理圖本實驗中要用到四個通用寄存器 R3R0,而對寄存器的選擇是通過指令的低四位，為此還得設(shè)計一個寄存器譯碼電路，在IR單

6、元的REG_DECGAL16V8中實現(xiàn)，如圖2-3所示。LDRiRD_Bl0I1Y10NA1Y11NB1Y12NA2Y13NB2Y20NG1NY21NG2NY22NY23N741392:4 DECODER%1-LDR13LDR2LDR3LDR0Li3-3l2l3DG1RS BC C VY10NA1Y11NB1Y12NA2Y13NB2Y20NG1NY21NG2NY22NY23N741392:4 DECODERa a.A AA ARl BoR0_BR1_BR2_BR3_B圖2-3寄存器譯碼原理圖根據(jù)機(jī)器指令系統(tǒng)要求，設(shè)計微程序流程圖及確定微地址，如圖2-3所示。按照系統(tǒng)建議的微指令格式，見表 2-

7、1，參照微指令流程圖，將每條微指令代碼化，譯成二進(jìn)制代碼表，見表2-2，并將二進(jìn)制代碼表轉(zhuǎn)換為聯(lián)機(jī)操作時的十六進(jìn)制格式文件。表2-1 微指令格式232221201918-1514-1211-98-65-0M23CNWRRDIOMS3-S0A字段B字段C字段UA5-UA0A字段B字段C字段141312選擇000NOP001LDA010LDB011LDRi100保留101LOAD110LDAR111LDIR11109選擇000NOP001ALU B010RS B011RD B100RI B101保留110PC B111保留876選擇000NOP001P010P011P100保留101LDPC110

8、保留111保留表2-2 二進(jìn)制代碼表地 址十六進(jìn)制 表示咼五位S3-S0A字段B字段C字段UA5-UA00000 00 010000000000000000000000010100 6D 430000000001101101010000110310 70 70000100000111000001r1100000400 24 050000000000100110000001010504 B2 010000010010110010000000010600 24 07000000000010011000P0001110701 32 010000000100110010000000010810 60

9、090001000001100000000010010918 30 01000110000011000000P0000010A10 60 10000100000110000000010000OB00 00 010000000000000000000000010C10 30 01000100000011000000P0000010D20 06 010010000000000011000000010E00 53 41000000000101001101000001OF00 00 CB0000000000000000110010111028 04 01001010000000010000000001

10、1110 30 010001000000110000000000011206 B2 010000011010110010000000011300 24 140000000000100110000101001405 B2 010000010110110010000000011500 24 160000000000100110000101101601 B2 01000000011011001000r0000011700 24 180000000000100110000110001802 B2 010000001010110010000000011B00 53 4100000000010100110

11、1r0000011C10 10 1D0001000000010000000111011D10 60 8C0001000001100000100011001E10 60 1F0001000001100000000111111F10 10 200001000000010000001000002010 60 8C0001000001100000100011002810 10 29000100000001000000,010012900 28 2A0000000000101000001010102A04 E2 2B0000010011100010001010112B04 92 8C0000010010

12、010010100011002C10 10 2D0001000000010000001011012D00 2C 2E0000000000101100001011102E04 E2 2F000001001110001000,011112F04 92 8C0000010010010010100011003000 16 040000000000010110000001003100 16 060000000000010110000001103200 6D 480000000001101101010010003300 6D 4A0000000001101101010010103400 34 010000

13、00000011010000r0000013500 00 35000000000000000000,101013600 6D 510000000001101101010100013700 16 120000000000010110000100103800 16 130000000000010110000100113900 16 150000000000010110000101013A00 16 170000000000010110000101113B00 00 01000000000000000000r0000013C00 6D 5C0000000001101101010111003D00 6

14、D 5E0000000001101101010111103E00 6D 68000000000110110101r1010003F00 6D 6C000000000110110101101100根據(jù)現(xiàn)有指令，在模型機(jī)上實現(xiàn)以下運算：從IN單元讀入一個數(shù)據(jù)，根據(jù)讀入數(shù)據(jù)的低4位值X 求1+2+X的累加和，01H到0FH共15個數(shù)據(jù)存于60H到6EH單元。根據(jù)要求可以得到如下程序，地址和內(nèi)容均為二進(jìn)制數(shù)。地址內(nèi)容助記符說明0000000000100000;START: IN R0,00H從IN單元讀入計數(shù)初值00000001000000000000001001100001;LDI R1,0FH立即

15、數(shù)0FH送 R100000011000011110000010000010100;AND R0,R1得到R0低四位0000010101100001;LDI R1,00H裝入和初值00H00000110000000000000011111110000;BZC RESULT計數(shù)值為0則跳轉(zhuǎn)00001000000101100000100101100010;LDI R2,60H讀入數(shù)據(jù)始地址00001010011000000000101111001011;LOOP: LAD R3,RI,00H從MEM讀入數(shù)據(jù)送R3,變址尋址，偏移里為00H0000110000000000000011010000110

16、1;ADD R1,R3累加求和0000111001110010;INC RI變址寄存加1，指向下一數(shù)據(jù)0000111101100011;LDI R3,01H裝入比較值00010000000000010001000110001100;SUB R0,R30001001011110000;BZC RESULT相減為0,表示求和元畢00010011000101100001010011100000;JMP LOOP未完則繼續(xù)00010101000010110001011011010001;RESULT: STA 70H,R1和存于MEM勺70H單元00010111 0111000000011000001

17、10100; OUT 40H,R1和在OUT單元顯示00011001010000000001101011100000; JMP START跳轉(zhuǎn)至 START00011011000000000001110001010000; HLT停機(jī)0110000000000001; 數(shù)據(jù)0110000100000010011000100000001101100011000001000110010000000101011001010000011001100110000001110110011100001000011010000000100101101001000010100110101000001011011

18、01011000011000110110000001101011011010000111001101110000011113.1異或助記符號MOV RD,RSADD RD,RSSUB RD,RSAND RD,RSOR RD,RSRR RD,RSINC RDLAD M D,RDSTA M D,RSJMP M DBZC M DIN RD,POUT P,RSLDI RD,DHALT異或三、詳細(xì)設(shè)計表3-1指令描述指令格式0100RSRD0000RSRD1000RSRD0001RSRD1001RSRD1010RSRD0111*RD1100MRDD1101MRDD1110M*D1111M*D1100 M

19、 RD D0010*RDP0011RS*P0110*RDD0101*指令功能RS RDRD + RS YD RD - RS RD RD RS IRDRD RS 収DRS&環(huán)移RD+1 -RDE RDRDE PC當(dāng)FC或FZ=1時，E PCP RDRS -fPD RD停機(jī)1011RSRDRS RDRD136出r d-Lc-Js=2二JYdCI7SHsfl-1唱23W賞MEWn7出oKI/嚴(yán)s更自.NgALL尸礦 咚曲3:騎M#-310帛2MlaC-JCM!rpQ耳aFrsCMtrg OjT卜F851IF|IX45on號1-3圖i -K!E s23表3-2二進(jìn)制代碼表地址十六進(jìn)制表 示咼五位S3-

20、S0A字 段B字 段C 字 段UA5-UA00000 00 010000000000000000000000010100 6D 430000000001101101010000110310 70 700001000001110000011100000400 24 050000000000100110000001010504 B2 01000001001011001000 :000001 0600 24 0700000：0000010011000 00011廠0701 32 010000000100110010000000010810 60 0900010：0000110000000 :0010

21、01 :0918 30 0100011：0000011 1000000 00000廠0A10 60 100001000001100000000100000B00 00 01000000000000000000000001 :0C10 30 0100010：0000011 1000000 :00000廠0D20 06 010010000000000011000000010E00 53 410000000001010011010000010F00 00 CB000000000000000011 丁0010111028 04 010010100000000100000000011110 30 010

22、001000000110000000000011206 B2 01000001101011：001000000001 1300 24 140000000000100110000101001405 B2 010000010110110010000000011500 24 16000000000010011000010110 :1601 B2 010000000110110010000000011700 24 180000000000100110000110001802 B2 01000000101011 :001000 1000001 :1900 24 1A0000000000100100000

23、110101A02 12 210000001000010010001000011B00 53 41000000000101001101 :000001 :1C10 10 1D000100000001 10000000111011D10 60 8C0001000001100000100011001E10 60 1F000100000110000000 :011111 :1F10 10 20000100000001 I000000 100000：2010 60 8C0001000001100000100011002101 12 22000000010001001000100010 :2200 26

24、 23000000000010011000 1000112300 32 240000000000110010001001002400 14 2500000I 00000010100001001012502 12 26000000100001；0010001001102601 12 270000000100010010001001112700 26 160000000000100110000101102810 10 2900010：0000001 :000000 :101001 :2900 28 2A0000000000101000001010102A04 E2 2B00000100111000

25、10001010112B04 92 8C00000P1001001 :001010 :001100 2C10 10 2D0001000000010000001011012D00 2C 2E0000000000101100001011102E04 E2 2F000001001110001000 1101111 :2F04 92 8C0000010010010010100011003000 16 040000000000010110000001003100 16 0600000：0000001011000000110 :3200 6D 480000000001101101010010003300

26、6D 4A0000000001101101010010103400 34 01000000000011010000000001 13500 00 35000000000000000000 丁11010廠3600 6D 510000000001101101010100013700 16 12000000000001011000010010 13800 16 13000000000001 1011000 丁0100113900 16 150000000000010110000101013A00 16 170000000000010110000101113B00 16 19000000000001

27、10110000110013C00 6D 5C0000000001101101010111003D00 6D 5E0000000001101101010111103E00 6D 68000000000110110101 1010003F00 6D 6C000000000110110101101100根據(jù)現(xiàn)有指令，在模型機(jī)上實現(xiàn)以下運算：從IN單元讀入兩個數(shù)據(jù)a,b進(jìn)行異或運算：a b = (?aA b) V (aA ?b），輸出顯示結(jié)果。地址內(nèi)容助記符說明0000000000100000 ；START: IN R0,00H從IN單元讀入計數(shù)初值a000000010000000000000010

28、00100001 ；START: IN R0,00H從IN單元讀入計數(shù)初值b00000011000000000000010010110100J異或運算0000010100110000 ；OUT 40H,R1和在OUT單元顯示00000110010000000000011101010000 ；HLT停機(jī)3.2寄存器間接尋址實現(xiàn)異或ni表3-3指令描述助記符號指令格式指令功能IN RD,P0010*RDP-RD異或1011RSRDRS RDRDHALT0101*停機(jī)圖3-2 微程序流程圖表3-4二進(jìn)制代碼表地址十六進(jìn)制咼五位S3-S0A字段B字段C字段UA5-UA00000 00 01000000

29、0000000000000000010100 6D 430000000001101101010000110310 70 7000010000011100000111000006：10 60 070001000001100000000001110718 30 080001100000110000000010000800 66 0900000000011001100000100109：10 30 01000100000011000 :0000000010A10 60 100001000001100000000100001028 04 010010100000000100000000011601 B

30、2 01000000011011001 :0000000011900 24 1A0000000000100100000110101A02 12 210000001000010010001000012101 12 22000000010001001 10001000102200 26 230000000000100110001000112300 32 240000000000110010001001002400 14 2500000000000101000010010125r02 12 26000000100001001 0001001102601 12 27000000010001001000

31、1001112700 26 160000000000100110000101103000 16 040000000000010110000001003200 6D 460000000001101101010001103300 6D 4A0000000001101101010010103500 00 350000000000000000001101013B00 16 19000000000001011000011001根據(jù)現(xiàn)有指令，在模型機(jī)上實現(xiàn)以下運算：從IN單元讀入兩個數(shù)據(jù)的地址，從主存尋找數(shù)據(jù)，進(jìn)行異或運算，輸出顯示結(jié)果。地址內(nèi)容助記符說明0000000000100000 ；START:

32、IN R0,00H從IN單元讀入計數(shù)初值a00000001000000000000001000100001 ；START: IN R0,00H從IN單元讀入計數(shù)初值b00000011000000000000010010110100J異或運算0000010100110000 ；OUT 40H,R1和在OUT單元顯示00000110010000000000011101010000 ；HLT停機(jī)1000000000000001 ；數(shù)據(jù)10000001 00010000數(shù)據(jù)四、設(shè)計結(jié)果及分析4.1累加測試數(shù)據(jù)：輸入數(shù)據(jù)為02H輸出數(shù)據(jù)為03H圖4-1-1運行截圖圖4-1-2 運行截圖4.2異或測試數(shù)據(jù)

33、：輸入數(shù)據(jù)為01H和02H,輸出數(shù)據(jù)為03H圖4-2-1運行截圖彳彳寸圖4-2-4 運行截圖354.3寄存器間接尋址實現(xiàn)異或運算測試數(shù)據(jù)：輸入地址為80H和81H,輸出數(shù)據(jù)為03H圖4-3-1運行截圖石用廿TkinlRM： HZ： HVIri. KF圖4-3-2運行截圖*!： Ht EH Tteil J4 RW . 0二 *2 HA ” IT： W iHbirE國町亡目陽盹址冒直-伸 ! *MSE圖4-3-3 運行截圖ALAftiJUr bl -l g&亡 IDY2TJ FU5#TJ丨丨廠丨丨曠#ifiaj*a =R1 =R2 =R3 = LfLDRHIDV：2LDR圖4-3-4運行截圖五、成

34、員分工及工作情況共同完成：1. 研究了解微指令的設(shè)計過程2. 搜集相關(guān)資料3. 據(jù)實驗指導(dǎo)電路圖連接電路，聯(lián)機(jī)運行累加求和運算4. 除硬件和程序故障5. 撰寫設(shè)計報告 劉：寄存器間接尋址 袁：異或運算附錄1:電路原理圖B 0o-11t rrO-TA-mm廠碼i rivnOoIR中! tSmYU?-0KH1N4_ fim f KJ n SU1JiAUitnGE ji 訂-IV*葉:：w0i*jtn_Lo_MdftAtxwwiT-YltmjSjrn廠亂嚴(yán)，卸1_F皿；r*mOH |【詢 oi-葉rcnrrrRi*4 EL 理1. 累加附錄 2: 源程序及程序注釋地址內(nèi)容助記符說明000000000

35、1010000; START ：IN R0 ，00H 從 IN 單元讀入計數(shù)初值00000001000000000000001010010001; LDIR1，0FH立即數(shù)OFH送R100000011000011110000010001000100; ANDR0，R1得到R0低4位0000010110010001; LDIR1，00H裝入和初值 OOH00000110000000000000011111110000; BZCRESULT計數(shù)值為 0 則跳轉(zhuǎn)00001000000101100000100110010010; LDIR2，60H讀入數(shù)據(jù)始地址00001010011000000000101111001011; LOOP ：LAD R3，Rl , 00H 從MEM讀入數(shù)據(jù)送偏移量為00H00001100000000000000110100111101; ADDR1，R3累加求和0000111010100010; INCRI變址寄存加 1，指向下一數(shù)據(jù)0000111110010011; LDIR3，O1H裝入比較值00010000000000010001000110001100; SUBR0，R30001001