基本模型及設(shè)計與實現(xiàn)資料

1、計算機(jī)組成原理課程設(shè)計報告書題目基本模型機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn)系別信息工程系專業(yè)軟件技術(shù)班級 2010025201姓名 盧德強(qiáng)學(xué)號201002520119指導(dǎo)老師劉登峰2011年7月1日一、課程設(shè)計目的2二、實驗內(nèi)容21 實驗原理22、微代碼定義如下：43、微程序流程圖如下所示： 54本實驗設(shè)計機(jī)器指令程序如下 7三、二進(jìn)制微代碼表設(shè)計 7四、實驗步驟91、線線路連接圖92、寫程序93、運(yùn)行程序104、內(nèi) 部寄存 器 選 擇 電 路 ：11五、心得體會：11六、參考文獻(xiàn)12、課程設(shè)計目的1.在掌握部件單元電路實驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將其組成系統(tǒng)構(gòu)造一臺基本模型 計算機(jī)。2.為其定義五條機(jī)器指令，并編寫相應(yīng)

2、的微程序，具體上機(jī)調(diào)試掌握整機(jī)二、實驗內(nèi)容1、實驗原理部件實驗過程中，各部件單元的控制信號是人為模擬產(chǎn)生的，而本次實驗將能在微 程序控制下自動產(chǎn)生各部件單元控制信號，實現(xiàn)特定指令的功能。這里，計算機(jī)數(shù)據(jù)通路 的控制將由微程序控制器來完成，cpu從內(nèi)存中取出一條機(jī)器指令到指令執(zhí)行結(jié)束的一個 指令周期全部由微指令組成的序列來完成，即一條機(jī)器指令對應(yīng)一個微程序。本實驗采用五條機(jī)器指令：in （輸入）、add （二進(jìn)制加法）、sta （存數(shù)）、out （輸出）、jmp （無條件轉(zhuǎn)移）。其指令格式如下（前四位為操作嗎）：內(nèi)容（二進(jìn)制）助記符0000 00000001 00000010 00000011

3、00000100 0000inadd addrsta addrout addrjmp addrxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx說明輸入設(shè)備上的數(shù)據(jù)送到r0ro+addr roro - addr addr - busxxxxxxxxx addr- pc其中in為單字長（8位），其余為雙字長指令。,xxxxxxxx為add為對 應(yīng)的二進(jìn)制地 址碼為了向ram中裝入程序和數(shù)據(jù)，檢查寫入是否正確，并能啟動程序執(zhí)行，還必須設(shè)計三個控制臺操作微程序。存儲器讀操作（krd :撥動總清開關(guān)clr后，控制臺開關(guān)swbswa為“ 00”時，按start微動開關(guān)，可對ram!續(xù)手動讀操作。存儲器寫操

4、作（kw :撥動總清開關(guān)clr后，控制臺開父swbswa為“ 01 ”時，按start微動開關(guān)，可對ram進(jìn)行連續(xù)手動寫入。啟動程序：撥動總清開關(guān)clr后，控制臺開父swb swas為“11”時，按start微動開關(guān)，即可轉(zhuǎn)入到第01號“取址”微指令，啟動程序運(yùn)行上述三條控制臺指 令用兩個開關(guān)swb swa勺狀態(tài)來設(shè)置，其定義如下：swbswa控制臺指令00讀內(nèi)存（krd01寫內(nèi)存（kwe11啟動程序（rp系統(tǒng)涉及到的微程序流程見下圖，當(dāng)擬定“取址”微指令時，該微指令的判別測試字段為p （ 1）測試。由于“取址”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此p（1）的測試結(jié)果出現(xiàn)多路分支。本機(jī)用指

5、令寄存器的前4位（ir74r4）作為測試條件，出現(xiàn)5路分支，占用5個固定微地址單元。151413選擇000001ldri010lddr1011lddr2100ldir101load110ldara字段b字段121110選擇000001rs-b010rd-b011rl-b100299-b101alu-b110pc-bc字段987選擇000001p(1)010p(2)011p(3)100p(4)101ar110ldpca9a8選擇00輸入設(shè) 備01存儲 器10輸出設(shè) 備112、微代碼定義如下24232221201918171615 14 1312 11 10987654321s3s2s1somcn

6、wea9a8abcua5ua4ua3ua2ua1uao系統(tǒng)涉及到的微程序流程見下圖，當(dāng)擬定“取址”微指令時，該微指令的判別測試字 段為p （ d測試。由于“取址”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此p（1）的測試結(jié)果出現(xiàn)多路分支。本機(jī)用指令寄存器的前4位（ir74r4）作為測試條 件，出現(xiàn)5路分支，占用5個固定微地址單元?？刂婆_操作為p （ 4）測試，它以控制臺開關(guān)swb swa乍為測試條件，出現(xiàn)了 3路分 支，占用3個固定微地址單元。當(dāng)分支微地址單元固定后，剩下的其它地方就可以一條微 指令占用一個微地址單元隨意填寫。3、微程序流程圖如下所示:01:微地址采用八進(jìn)制/01控制臺00當(dāng)全部

7、微指令設(shè)計完畢后，應(yīng)將每條偽指令代碼化，在微控制器試驗中我們已經(jīng)將所有微 指令寫入了控制存儲器下面介紹指令寄存器（ir）：指令寄存器用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行 的一條指令當(dāng)執(zhí)行一條指令時，先把它從內(nèi)存取到緩沖器中，然后再傳送至指令寄存器。 指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，為了執(zhí)行任何給定的指令，必須對操 作碼進(jìn)行測試p（1）,通過節(jié)拍脈沖t4的控制以便識別要求的操作“指令譯碼器”（實驗板上邊有“ins decode的芯片）根據(jù)指令中的操作碼譯碼強(qiáng)置微控制器單元的 微地址，使下一條微指令指向相應(yīng)的微程序首地址。我們的試驗有兩種外部i/o設(shè)備，一種是二進(jìn)制代碼開關(guān)，它作為輸入設(shè)備（工put

8、 device）;另一種是數(shù)碼塊，它作為輸出設(shè)備（。utput device）。例如：輸入 時，二進(jìn)制開關(guān)數(shù)據(jù)直接經(jīng)過三臺門送到總線上，只要開關(guān)狀態(tài)不變，輸入的信息也不 變。輸出時，將輸出數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上，當(dāng)寫信號（w/r）有效時，將數(shù)據(jù)打入輸出鎖 存器，驅(qū)動數(shù)碼顯示。4、本實驗設(shè)計機(jī)器指令程序如下：地址（二進(jìn)制）內(nèi)容（二進(jìn)制） 助記符0000 00000000 0000in說明input device0000 00010001 0000add oahr0+0ah-r00000 00100000 10100000 00110010 0000sta obhr0-obh0000 01000000

9、 10110000 01010011 0000out obhobh-led0000 01100000 01110000 10110100 0000jmp oohooh-pc0000 10000000 00000000 1001xxxx xxxx自定義0000 10100000 0001求和結(jié)果0000 1011三、二進(jìn)制微代碼表設(shè)計微地址s3 s2 s1 so m cn we a9 a8abcua5ua0000000000110000001 000100000 100 0 0000 1 11 1 01 1 01 1 0000010020000000011 0000000 10010000300

10、00000011 1 0000000000100040000000010 1 1000000000101050000000110 1 000 100000011006100 10 10 1100 11 0 1000000001070000000011 1 00000000111111 000000000000 10000000000011 10000000111 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 11 20000000111 1 01 1 01 1 00001111 30000000111 1 01 1 01 1 00011101 40000000111 1 01 1 01 1 0

11、0101101 50000000111 1 000 10000110011 60000000011 1 00000000011111 70000000010 1 0000000010101200000000111 1 01 1 01 1 00100102 10000000111 1 01 1 01 1 0010100220000000010 1 000000001011123000000011000000000000001240000000000 1 0000000011000250000011100001 0 1000000001260000000011 0 10001 1 00000012

12、70000011100001 0 1000010000300000011010001 0 1000010001四、實驗步驟1、線線路連接圖2、寫程序采用手動寫入的方式：a、現(xiàn)將機(jī)器指令對應(yīng)的微代碼正確的寫入到2 8 16中，由于在微程序控制實驗中已將 微代碼寫入ea2 proo m芯片中，對照表4-2再對照一遍，并將錯誤的指令修改過來。b、使控制臺kew和krd微程序進(jìn)行機(jī)器指令程序的裝如何檢查。a、使編程開關(guān)處于“ run ”狀態(tài)，step為“ step”狀態(tài)，stop為“ run ”狀 態(tài)。b、微地址寄存器清零。然后使控制臺swb swat關(guān)置為“ 01”，按動一次啟動 開父start微地

13、址顯示“ 010001(八進(jìn)制21)在按動一次start開關(guān)，微地 址顯示 “ 010100 (24),此時數(shù)據(jù)開關(guān)的內(nèi)容只為要寫入的機(jī)器指令，連續(xù)兩次按下sttar-開關(guān)后，即完成該條指令的寫入。仔細(xì)閱讀kwe勺流程，不難發(fā)現(xiàn)：機(jī)器指令的首地址 總清后為零，以后每個循環(huán)pc會自動加一。所以，每次按動start，只有在微地址燈顯示“ 010100”(24)時，才置內(nèi)容，直到所有的機(jī)器指令寫 完。c、校驗，這是學(xué)完程序后必須進(jìn)行的一個擦作。先對位地址進(jìn)行清零(撥動清零開關(guān) clr1 一 0 1 )o pc程序計數(shù)器清零，然后使控制臺開關(guān)swbswa位“ 00，按動啟動 start開關(guān)，微地址燈顯

14、示“ 010010 (22),第三次按 下start微地址燈顯示位 “ 010111” (27)，再按動start后，此時輸出單元的 數(shù)碼管顯示為該首地址中的內(nèi)容。不斷按動start開關(guān)，以后每個循環(huán)pc會自動加1，可檢查后續(xù)單元內(nèi)容。每次在 微地址燈顯示位“ 010000”時，是將當(dāng)前地址指令寫入到輸出設(shè)備中顯示。3、運(yùn)行程序a ,使“ state unit n中的step開關(guān)置于“ exec ”狀態(tài)，stop開關(guān) 置為 “ run ”狀態(tài)。b.撥動總清零開關(guān)clr ( 1 0 a 1)，對偽指令和程序計數(shù)器清零。程序首地 址00h。然后按動start，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行程序，稍后將stop撥至“

15、 stop”時，系 統(tǒng)停機(jī)。c .停機(jī)后，可檢查存數(shù)單元(0bh )結(jié)果是否正確。4、內(nèi)部寄存器選擇電路:1jxh)1jmiritdstbdrmiki 用 o五、心得體會：經(jīng)過兩個下午的努力終于把計算機(jī)組成原理的課程設(shè)計搞定了，通過這次課程設(shè)計， 我對計算機(jī)內(nèi)部元件的工作原理里有了更進(jìn)一步的認(rèn)識和了解。許多東西以前不太懂的， 在課程設(shè)計中徹底暴露出來才知道自己的知識的缺乏，不過通過這次課程設(shè)計我把這些明 顯的漏洞補(bǔ)上了，我以前對機(jī)器指令及微指令計算機(jī)各部件和工作原理都不是很了解，為 了搞懂這些我又把課本翻了一遍復(fù)習(xí)了相關(guān)的章節(jié)。但是雖然理論學(xué)會了實際操作還是有 問題比如說：微指令檢查了兩遍也沒

16、把所有的錯誤找出來到了第三次才把所有的指令錯誤 找出來接線還把一根接漏針像老師說的做事不認(rèn)真是不行的認(rèn)真了還要加上細(xì)心我就是不 夠細(xì)心所以才會差生錯誤不過在老師的指導(dǎo)下還有自己的不懈努力這些問題最后都迎刃而 解了。這次的課程設(shè)計題目是基本模型機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn)，在掌握部件單元電路實驗的基礎(chǔ) 上，進(jìn)一步將其組成系統(tǒng)構(gòu)造一臺基本模型計算機(jī)。并為其定義五條機(jī)器指令，并編寫相 應(yīng)的微程序，具體上機(jī)調(diào)試掌握整機(jī)概念。以前都只是在使用計算機(jī)，對它內(nèi)部的部件組 成和構(gòu)造不是特別的清楚，在課程設(shè)計的最初階段，老師叫我們不要急于進(jìn)行具體的設(shè) 計，而是先理清思路，先檢查微指令是否錯誤，數(shù)碼管是否能顯示。明確自己要做的工作 是什么后，就是如何來實現(xiàn)基本模型機(jī)的相關(guān)功能。這些前期的準(zhǔn)備工作雖然用去了我很 多的時間，但是最后的結(jié)果證明，我這樣的方法是正確的。課程設(shè)計就像是一個系統(tǒng)工 程，內(nèi)容多而復(fù)雜，必須先在整體上進(jìn)行宏觀的把握，然后再具體的進(jìn)行實施。如果開始 的方向就不對，那后面的改進(jìn)就會很麻煩。溫故了這個學(xué)期所學(xué)的相關(guān)知識，心里也更加有信心。后面的相關(guān)設(shè)計參照課程設(shè)計 任務(wù)書的內(nèi)容進(jìn)行了相應(yīng)的改變，并順利的在計算機(jī)上得到了實現(xiàn)將實驗設(shè)備通過串口連 接計算機(jī)，通過聯(lián)機(jī)軟件將機(jī)器指令程序和編寫的微指令程序存入主存中，并運(yùn)行此段程 序，通過聯(lián)機(jī)軟件顯示和觀察該段程序的運(yùn)行，驗證編寫的指令和微指