計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)1

1、目錄 一.目錄-2二.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3三.實(shí)驗(yàn)電路-4四.實(shí)驗(yàn)任務(wù)-9五.連線過程-9六.實(shí)驗(yàn)過程-10七.實(shí)驗(yàn)結(jié)果-11八.實(shí)驗(yàn)問題及解決方法-12九.實(shí)驗(yàn)心得-13- 14 -二實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握時(shí)序產(chǎn)生器的組成原理。2.掌握微程序控制器的組成原理。3.掌握微指令格式的化簡和歸并。4.將微程序控制器同執(zhí)行部件（整個(gè)數(shù)據(jù)通路）聯(lián)機(jī)，組成一臺(tái)模型計(jì)算機(jī)。5.用微程序控制器控制模型機(jī)數(shù)據(jù)通路。6.通過cpu運(yùn)行九條機(jī)器指令（排除中斷指令）組成的簡單程序，掌握機(jī)器指令與微指令的關(guān)系，牢固建立計(jì)算機(jī)的整機(jī)概念。三實(shí)驗(yàn)電路1.時(shí)序發(fā)生器tec4計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的時(shí)序電路如圖9所示。電路采用2片gal

2、22v10（u6、u7），可產(chǎn)生兩級(jí)等間隔時(shí)序信號(hào)t1t4和w1w4，其中一個(gè)w由一輪t1t4循環(huán)組成，它相當(dāng)于一個(gè)微指令周期或硬布線控制器的一拍，而一輪w1w4循環(huán)可供硬布線控制器執(zhí)行一條機(jī)器指令。本次實(shí)驗(yàn)不涉及硬布線控制器，因此時(shí)序發(fā)生器中的相關(guān)內(nèi)容也可根據(jù)需要放到硬布線控制器實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行。 微程序控制器只使用時(shí)序信號(hào)t1t4，產(chǎn)生t信號(hào)的功能集成在gal22v10芯片timer1（u6）中，另外它還產(chǎn)生節(jié)拍信號(hào)w1、w2、w3、w4的控制時(shí)鐘clk1。該芯片的邏輯功能用abel語言實(shí)現(xiàn)。 2.微指令格式與微程序控制器電路根據(jù)給定的12條機(jī)器指令功能和數(shù)據(jù)通路總體圖的控制信號(hào)，采用的微指令格

3、式見圖10。微指令字長共35位。其中順序控制部分10位：后繼微地址位，判別字段位，操作控制字段25位，各位進(jìn)行直接控制。微指令格式中，信號(hào)名帶有后綴“#”的信號(hào)為低有效信號(hào)，不帶有后綴“#”的信號(hào)為高有效信號(hào)。3.微程序控制組成圖 對(duì)應(yīng)微指令格式，微程序控制器的組成見圖11?？刂拼鎯?chǔ)器采用5片eeprom 28c64(u8、u9、u10、u11、u12)。28c64的輸出是d0d7，分別與引腳11、12、13、15、16、17、18、19相對(duì)應(yīng)，cm0是最低字節(jié)，cm4是最高字節(jié)。微地址寄存器位，用一片6d觸發(fā)器74hc174（u1）組成，帶有清零端。兩級(jí)與門、或門構(gòu)成微地址轉(zhuǎn)移邏輯，用于產(chǎn)生

4、下一微指令的地址。在每個(gè)t1上升沿時(shí)刻，新的微指令地址會(huì)打入微地址寄存器中，控制存儲(chǔ)器隨即輸出相應(yīng)的微命令代碼。微地址轉(zhuǎn)移邏輯生成下一地址，等下一個(gè)t1上升沿時(shí)打入微地址寄存器。跳轉(zhuǎn)開關(guān)jump（j1）是一組6個(gè)跳線開關(guān)。當(dāng)用短路子將它們連通時(shí)，微地址寄存器mar從本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供的微程序地址譯碼電路得到新的微程序地址md0md5。當(dāng)他們被斷開時(shí)，用戶提供自己的新微程序地址md0md5。這樣用戶能夠使用自己設(shè)計(jì)的微程序地址譯碼電路。5片eeprom的地址a6（引腳4）直接與控制臺(tái)開關(guān)swc連接，當(dāng)swc = 1時(shí)，微地址大于或者等于40h，當(dāng)swc = 0時(shí)，微地址的范圍為00h3fh。swc主

5、要用于實(shí)現(xiàn)讀寄存器堆的功能。 微地址轉(zhuǎn)移邏輯的多個(gè)輸入信號(hào)中，intq是中斷請(qǐng)求，本實(shí)驗(yàn)中可以不理會(huì)。swa、swb是控制臺(tái)的兩個(gè)二進(jìn)制開關(guān)信號(hào)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)上線已接好接。是進(jìn)位信號(hào)，ir7ir4是機(jī)器指令代碼，由于本次實(shí)驗(yàn)不連接數(shù)據(jù)通路，這些信號(hào)都接到二進(jìn)制開關(guān)k0k15上。4.指令功能與格式指令的高位提供給微程序控制器，低位提供給數(shù)據(jù)通路。表5 指令功能與格式名稱助記符功能指令格式r7 r6 r5 r4r3 r2r1 r0加法add rd,rsrd+rs-rd0 0 0 0rs1 rs0rd1 rd0減法sub rd,rsrd-rs-rd0 0 0 1rs1 rs0rd1 rd0乘法mul rd

6、,rsrd*rs-rd0 0 1 0rs1 rs0rd1 rd0邏輯與and rd,rsrd&rs-rd0 0 1 1rs1 rs0rd1 rd0存數(shù)sta rd,rsrd-rs0 1 0 0rs1 rs0rd1 rd0取數(shù)lda rd,rsrs-rd0 1 0 1rs1 rs0rd1 rd0無條件轉(zhuǎn)移jmp rsrs-pc1 0 0 0rs1 rs0x x條件轉(zhuǎn)移jc d若c=1則pc+d-pc1 0 0 1d3 d2d1 d0停機(jī)stp暫停運(yùn)行0 1 1 0x xx x中斷返回iret返回?cái)帱c(diǎn)1 0 1 0x xx x開中斷ints允許中斷1 0 1 1x xx x關(guān)中斷intc禁止中斷1

7、 1 0 0x xx x5.微程序流程圖存儲(chǔ)器寫操作（kwe）：按下復(fù)位按鈕clr#后，微地址寄存器狀態(tài)為全零。此時(shí)置swc = 0、swb ，swa ，按啟動(dòng)按鈕后微指令地址轉(zhuǎn)入27h，從而可對(duì)連續(xù)進(jìn)行手動(dòng)寫入。存儲(chǔ)器讀操作（krd）：按下復(fù)位按鈕clr#后，置swc = 0，swb ，swa ，按啟動(dòng)按鈕后微指令地址轉(zhuǎn)入17h，從而可對(duì)ram連續(xù)進(jìn)行讀操作。寫寄存器操作（kld）：按下復(fù)位按鈕clr#后，置swc = 0，swb 1，swa ，按啟動(dòng)按鈕后微指令地址轉(zhuǎn)入37h，從而可對(duì)寄存器堆中的寄存器連續(xù)進(jìn)行寫操作。讀寄存器操作（krr）：按下復(fù)位按鈕clr#后，置swc = 1，swb

8、 0，swa 0，按啟動(dòng)按鈕后微指令地址轉(zhuǎn)入47h，從而可對(duì)寄存器堆中的寄存器連續(xù)進(jìn)行讀操作。啟動(dòng)程序（pr）：按下復(fù)位按鈕clr#后，置swc = 0，swb 0，swb a，用數(shù)據(jù)開關(guān)sw7sw0設(shè)置內(nèi)存中程序的首地址，按啟動(dòng)按鈕后微指令地址轉(zhuǎn)入07h，然后轉(zhuǎn)到“取指”微指令。6.微指令按十六進(jìn)制編碼微指令地址微指令編碼微指令地址微指令編碼00h005c002073ch405c8003d07h00541200517h00544003f27h40544003d3fh409c0003e3dh00140003c3eh005c8003f7.對(duì)機(jī)器指令系統(tǒng)組成的簡單程序進(jìn)行譯碼。 將下表的程序按指令

9、格式手工匯編成十六進(jìn)制機(jī)器代碼，此項(xiàng)任務(wù)應(yīng)在預(yù)習(xí)時(shí)完成。地址指令機(jī)器代碼00hlda r0,r258h01hlda r1,r35dh02hadd r0,r104h03hjc +595h04hand r2,r33eh05hsub r3,r21bh06hsta r3,r24bh07hmul r0,r124h08hstp60h09hjmp r184h8.模擬計(jì)算機(jī)連線示意圖 開關(guān)控制 控制臺(tái) 時(shí)序發(fā)生器 時(shí)序信號(hào) 開關(guān)控制 指示燈信號(hào) 控制信號(hào) 時(shí)序信號(hào) 控制信號(hào) 微程序控制器 數(shù)據(jù)通路 指令代碼、條件信號(hào)圖13 模型計(jì)算機(jī)連線示意圖四實(shí)驗(yàn)任務(wù)1. 在tec-4計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，依次輸入以下十

10、條指令。2.其中r2的地址為36h，36h里邊的數(shù)是03h。r3的地址是37h，37h里邊的數(shù)是05h。3.輸入完畢后把r0，r1里的數(shù)讀出來。4.執(zhí)行完畢后把r0，r1，r2，r3里的數(shù)讀出來，把存儲(chǔ)器36h，37h的內(nèi)容讀出來。并記錄結(jié)果。所要輸入的十條指令地址指令機(jī)器代碼00hlda r0,r258h01hlda r1,r35dh02hadd r0,r104h03hjc +595h04hand r2,r33eh05hsub r3,r21bh06hsta r3,r24bh07hmul r0,r124h08hstp60h09hjmp r184h五連線過程1. 將跳線開關(guān)j1用短路子短接。時(shí)序

11、發(fā)生器的輸入tj1接控制存儲(chǔ)器的輸入tj?？刂拼鎯?chǔ)器的輸入c接運(yùn)算器alu的c?？刂破鞯妮斎雐r7,ir6，ir5，ir4依次接指令寄存器ir的輸出端ir7,ir6，ir5，ir4。共6根線。2. 控制器的輸出ldir(cer),ldpc(ldr4),pc_add,pc_nc,m4,ldiar,ldar1(ldar2),ar1_inc,m3,lder,iar_bus#,sw_bus#,rs_bus#,alu_bus,cer#,lrw,wrd,lddr1(lddr2),m1(m2),s2，s1，s0依次與數(shù)據(jù)通路的對(duì)應(yīng)信號(hào)連接。共27條線。 3.指令寄存器ir的輸出ir0接雙端口寄存器堆的rd0

12、,wr0，ir1接rd1，wr1，ir2接rs0，ir3接rs1.共6條線。六實(shí)驗(yàn)過程1. 利用控制臺(tái)微程序kld設(shè)置通用寄存器r2，r3的值（1） 。令dp=0,db=0,dz=0,使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于與連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。令swc=0，swb=1,swa=1，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于寄存器加載工作方式。按clr#按鈕，是系統(tǒng)處于初始狀態(tài)。（2） 在sw7-sw0上設(shè)置一個(gè)寄存器地址，該地址供設(shè)置通用寄存器使用?？蓪⒃摰刂吩O(shè)置為0ffh。（3） 在sw7-sw0上設(shè)置02h，作為r2的寄存器號(hào)。按一次qd，將02h寫入ir。（4）在sw7-sw0設(shè)置36h，作為r2的值。按一次qd，將36h寫入指定的寄存器中。(

13、5)在sw7-sw0上設(shè)置03，作為通用寄存器r3的寄存器號(hào)。按一次qd，將03h寫入ir。(6)在sw7-sw0設(shè)置37h，作為r3的值。按一次qd按鈕，將37h寫入r3。(7)設(shè)置r2，r3結(jié)束，按clr#按鈕，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于初始狀態(tài)。2. 利用控制臺(tái)微程序kwe存程序機(jī)器代碼從00h地址開始存儲(chǔ)10個(gè)機(jī)器代碼：58h,5dh,04h,95h,3eh,1bh,4bh,24h,60h,84h。在36h存入03h，用于給r0置初值；在37h存入05h，用于給r1置初值。(1) 令dp=0，db=0,dz=0，使系統(tǒng)處于連續(xù)狀態(tài)。令swc=0，sws=1，swa=0。(2) 置sw7-sw0為0

14、0h，按qd按鈕，將00h寫入ar1。(3) 置sw7-sw0為58h，按qd按鈕,將58h寫入存儲(chǔ)器00h單元。ar1自動(dòng)加1，變?yōu)?1h.(4) 如此重復(fù)下去，一直到將84h寫入存儲(chǔ)器09h單元。按cle#，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于初始狀態(tài)。(5) 置sw7-sw0為36h，按qd按鈕，將36h寫入ar1。(6) 置sw7=sw0為03h,按qd按鈕,將03h寫入存儲(chǔ)器36h單元，ar1自動(dòng)加1,變?yōu)?1h。(7) 置sw7-sw0為05h,按qd按鈕,將05h寫入存儲(chǔ)器37h,按cle#使系統(tǒng)處于初始狀態(tài)。3. 用單拍（dp)方式執(zhí)行一遍程序在單拍執(zhí)行過程中，首先要隨時(shí)監(jiān)測ar2的值和ir的值，一

15、判定程序執(zhí)行到何處。七實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. lda r0，r2執(zhí)行結(jié)果 r2=36h,r0=03h。2. lda r1，r3執(zhí)行結(jié)果 r3=37h,r1=05h.3.add r0，r1執(zhí)行結(jié)果 r0=08h,r1=05h,c=0。4. jc+5執(zhí)行結(jié)果轉(zhuǎn)移到03h，以為c=05. and r2，r3執(zhí)行結(jié)果 r2=36h,r3=37h6. sub r3，r2執(zhí)行結(jié)果 r2=36h,r3=01h.7. sta r3，r2執(zhí)行結(jié)果 r2=36h,r3=01h,寄存器36h單元的內(nèi)容為01h.8. mul r0，r1執(zhí)行結(jié)果 r0=28h,r1=05h9. stp執(zhí)行結(jié)果 無變化10.jmpr1執(zhí)行結(jié)果 轉(zhuǎn)

16、移到05h執(zhí)行結(jié)束后，執(zhí)行結(jié)果為r0=28h,r1=05h,r2=36h,r3=01h。寄存器36h單元的內(nèi)容為01h，37h單元的內(nèi)容為05h。8 實(shí)驗(yàn)問題及解決方案 在實(shí)驗(yàn)過程中，我遇到了許多問題。對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的不理解，對(duì)實(shí)驗(yàn)電路圖的不理解，好多知識(shí)都忘記了，動(dòng)手能力差，而且實(shí)驗(yàn)臺(tái)好多都是壞的。在開始試驗(yàn)后，我又看了課本上的相關(guān)內(nèi)容，認(rèn)真的對(duì)實(shí)驗(yàn)電路圖加以分析理解，并請(qǐng)教同學(xué)不會(huì)的地方，勢(shì)必把不懂的地方弄懂，在大檢查時(shí)由于好多試驗(yàn)臺(tái)是壞的，在等待其他同學(xué)檢查時(shí)，我在其他實(shí)驗(yàn)臺(tái)上操作了很多遍，直到很流利為止。9 實(shí)驗(yàn)心得 在接觸計(jì)算機(jī)語言之前，我們就已經(jīng)學(xué)過了數(shù)字邏輯，給計(jì)算機(jī)組成原理這門課打下了一些基礎(chǔ)。但是，學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)組成原理之后才了解到j(luò)mp,mov,lda,add,sub,sta,mul,stp等指令的執(zhí)行原理，執(zhí)行過程與執(zhí)行結(jié)果，讓我們更加的深入了解了計(jì)算機(jī)的內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，對(duì)我們計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來說，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)組成原理提高了我們