計(jì)算機(jī)硬件課程設(shè)計(jì)報(bào)告2249838325

1、計(jì)算機(jī)硬件綜合課程設(shè)計(jì)報(bào)告專 業(yè)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 一、課程設(shè)計(jì)的目的通過(guò)對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)，對(duì)計(jì)算機(jī)的基本組成、部件的設(shè)計(jì)、部件間的連接、微程序控制器的設(shè)計(jì)、微指令和微程序的編制與調(diào)試等過(guò)程有更深的了解，加深對(duì)理論課程的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理按照要求設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)，該指令系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，進(jìn)行加、減運(yùn)算和無(wú)條件轉(zhuǎn)移，具有累加器尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、存儲(chǔ)器直接尋址、立即數(shù)尋址等五種尋址方式。指令系統(tǒng)是設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的依據(jù) ，擬訂指令系統(tǒng)將涉及基本字長(zhǎng)、指令格式、指令種類、尋址方式等內(nèi)容。基本字長(zhǎng)：程序設(shè)計(jì)平臺(tái)中配置的存儲(chǔ)器容量為256*8

2、，可知道基本字長(zhǎng)定為8位。指令格式：指令格式可有單字長(zhǎng)和雙字長(zhǎng)指令兩種，在雙字長(zhǎng)格式中，第二字節(jié)一般定義為操作數(shù)或操作數(shù)地址。指令格式為：操作碼op源操作數(shù)目的操作數(shù)指令類型：模型機(jī)有單操作數(shù)指令、雙操作數(shù)指令和無(wú)操作數(shù)指令。操作碼op共四位，最多可定義16條指令。數(shù)據(jù)的傳送單位為8位數(shù)據(jù)的傳送范圍r>r r>ram ram>r尋址方式：由于指令較短，操作數(shù)字段僅兩位，為了簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，將操作數(shù)字段和目的操作數(shù)字段的尋址定義為不同的含義。源操作數(shù)字段尋址方式 目的操作數(shù)尋址方式00 r0 00 r101 （r0） 01 （r1）10 i 10 i11 d 11 d三、實(shí)驗(yàn)裝置

3、tdn-cm+計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)，個(gè)人微機(jī)一臺(tái)，排線若干。四、實(shí)驗(yàn)題目 圖1 數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)框圖題目一：設(shè)計(jì)一臺(tái)模型計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)下列指令系統(tǒng)，并通過(guò)給定的工作程序驗(yàn)證上述指令系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的模型機(jī)共包含五條機(jī)器指令：in(輸入)、add(加法)、sta(存數(shù))、out(輸出)、jmp(無(wú)條件轉(zhuǎn)移)，其指令格式如下(前4位為操作碼)：助記符機(jī)器指令碼（二進(jìn)制）說(shuō)明微程序的入口地址（八進(jìn)制）in00000000“input device”中的開(kāi)關(guān)狀態(tài)>r010（取指令后續(xù)微指令默認(rèn)地址為10）add addr00010000 xxxxxxxxro+addr>r011sta

4、addr00100000 xxxxxxxxro>addr12out addr00110000 xxxxxxxxaddr>led13jmp addr01000000 xxxxxxxxaddr>pc14其中in為單字長(zhǎng)(8位)，其余為雙字長(zhǎng)指令，xxxxxxxx為addr對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼?？刂婆_(tái)命令的微程序流程如下（01為取指微指令的地址）： 圖2-3 控制臺(tái)流程圖3.1連接線路按照?qǐng)D用排線連接好電路3.2寫程序方法一：手動(dòng)寫入先將機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的微代碼正確的寫入2816中。使用控制臺(tái)kwe和krd微程序進(jìn)行機(jī)器指令程序的裝入和檢查。a使編程開(kāi)關(guān)處于“run”,step為“ste

5、p”狀態(tài)，stop為“run”狀態(tài)。b撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)clr（01），微地址寄存器清零，程序計(jì)數(shù)器清零。然后使控制臺(tái)swb、swa開(kāi)關(guān)置為“01”，按動(dòng)一次啟動(dòng)開(kāi)關(guān)start，微地址顯示指示燈顯示“010001”，再按動(dòng)一次start，微地址燈顯示“010100”，此時(shí)數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)的內(nèi)容置為要寫入的機(jī)器指令，按動(dòng)兩次start鍵后，完成該條指令的寫入。c寫完程序后須進(jìn)行校驗(yàn)。撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)clr（01）后，微地址清零。pc程序計(jì)數(shù)器清零，然后使控制臺(tái)開(kāi)關(guān)swb、swa為“00”，按動(dòng)啟動(dòng)start，微地址燈將顯示“010000”，再按start，微地址燈顯示為“010010”，第三次按start，微地址

6、燈顯示為“010111”，再按start后，此時(shí)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(dòng)start，以后每個(gè)循環(huán)pc會(huì)自動(dòng)加1，可檢查后續(xù)單元內(nèi)容。每次在微地址燈顯示為“010000”時(shí)，是將當(dāng)前地址中的機(jī)器指令寫入到輸出設(shè)備中顯示。方法二：聯(lián)機(jī)讀/寫程序按照規(guī)定格式，將機(jī)器指令及微指令二進(jìn)制表編輯成十六進(jìn)制的如下格式文件。微指令中的微代碼為24位微代碼按從左到右分成3個(gè)8位，將此3個(gè)8位二進(jìn)制代碼化為相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)即可。并將該格式文件用聯(lián)機(jī)軟件的傳輸文件功能傳入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。機(jī)器指令格式說(shuō)明：$pxx yyxx 十六進(jìn)制地址yy 機(jī)器指令代碼程序：$p4000$p4110$p420a$

7、p4320$p440b$p4530$p460b$p4740$p4800$p4a01微指令格式說(shuō)明：$m xx yyyyyyxx 十六進(jìn)制地址yyyyyy 微指令代碼微程序：$m00018110$m0101ed82$m0200c048$m0300e004$m0400b005$m0501a206$m06959a01$m0700e00d$m08001001$m0901ed83$m0a01ed87$m0b01ed8e$m0c01ed96$m0d028201$m0e00e00f$m0f00a015$m1001ed92$m1101ed94$m1200a017$m13018001$m14002018$m15

8、070a01$m1600d181$m17070a10$m18068a113.3運(yùn)行程序單步運(yùn)行程序：a使編程開(kāi)關(guān)處于“run”狀態(tài)，step為“step”狀態(tài)，stop為“run”狀態(tài)。b撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)clr（0>1），微地址清零，程序計(jì)數(shù)器清零。程序首址為00h。c單步運(yùn)行一條微指令，每按動(dòng)一次start鍵，即單步運(yùn)行一條微指令。對(duì)照微指令流程圖，觀察微地址顯示燈是否和流程一致。d單步運(yùn)行結(jié)束后，檢查存數(shù)單元(0bh)中的結(jié)果是否和理論值一致。連續(xù)運(yùn)行程序：a 使“state unit”中的step開(kāi)關(guān)置為“ecex”狀態(tài)。stop開(kāi)關(guān)置為“run”狀態(tài)b 撥動(dòng)clr開(kāi)關(guān)，清微地址及程序

9、計(jì)數(shù)器，然后撥動(dòng)start,系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行程序，稍后將stop撥至“stop”時(shí)，系統(tǒng)停機(jī)。c 停機(jī)后，檢查存數(shù)單元（0bh）結(jié)果是否正確。3.4 測(cè)試驗(yàn)證此次測(cè)試驗(yàn)證的內(nèi)容為feh驗(yàn)證程序的內(nèi)存映象(裝入起始地址00h)如下：地址(二進(jìn)制)內(nèi)容(二進(jìn)制)助記符說(shuō) 明0000 00000000 0000in將輸入數(shù)據(jù)送r0寄存器0000 00010001 0000add oah0000 00100000 1010ro+0ah>r00000 00110010 0000sta 0bh0000 01000000 1011r0>0bh0000 01010011 0000out 0bh0000

10、 01100000 10110bh>led0000 01110100 0000jmp 010000 10000000 000101h>pc0000 10010000 10100000 0001輸入自定的數(shù)據(jù)0000 1011求和結(jié)果的存儲(chǔ)單元 表3-1 驗(yàn)證程序內(nèi)存映象 input device中輸入為00000001時(shí)，在地址00001011單元上顯示內(nèi)容00000002，并顯示02。單步運(yùn)行是滿足微程序流程圖的運(yùn)行順序。題目二：設(shè)計(jì)一臺(tái)模型計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)下列指令系統(tǒng)，并通過(guò)下列工作程序驗(yàn)證上述指令系統(tǒng)。本模型機(jī)共包含五條機(jī)器指令：in(輸入)、add(加法)、sta(存數(shù))、ou

11、t(輸出)、jmp(無(wú)條件轉(zhuǎn)移)，其指令格式如下(前4位為操作碼)：助記符機(jī)器指令碼說(shuō)明微程序的入口地址（八進(jìn)制）in00000000“input device”中的開(kāi)關(guān)狀態(tài)>r010（取指令后續(xù)微指令默認(rèn)地址為10）adc imm00010000 xxxxxxxxro+ imm+cy>r011sta addr00100000 xxxxxxxxro>addr12out addr00110000 xxxxxxxxaddr>led13jmp addr01000000 xxxxxxxxaddr>pc14其中in為單字長(zhǎng)(8位)，其余為雙字長(zhǎng)指令，xxxxxxxx為add

12、r對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼或imm所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)（補(bǔ)碼形式）。控制臺(tái)命令的微程序流程同1題。工作程序如下：地址 指令00 in01 adc 01h03 sta 0ah05 out 0ah07 jmp 01測(cè)試數(shù)據(jù)為：feh程序：$p0000$p0110$p0201$p0320$p040a$p0530$p060a$p0740$p0801$p0a01微程序：$m00018110$m0101ed82$m0200c048$m0300b005$m0501a206$m06919a01$m0700e00d$m08001001$m0901ed83$m0a01ed87$m0b01ed8e$m0c01ed96$m0

13、d028201$m0e00e00f$m0f00a015$m15070a01$m1600d181五、總結(jié)體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)我們要設(shè)計(jì)一臺(tái)微程序控制的模型機(jī),以對(duì)計(jì)算機(jī)能有一個(gè)整機(jī)的概念,完成對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理這門課程的綜合應(yīng)用,達(dá)到學(xué)習(xí)本書的作用.作為一個(gè)計(jì)算機(jī)系學(xué)生這是必需掌握的。使我們對(duì)數(shù)據(jù)選擇器、移位器、加法器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器和微程序控制器，有了非常透徹的認(rèn)識(shí)。通過(guò)緊張有序的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，不僅讓我對(duì)計(jì)算機(jī)的基本組成、部件的設(shè)計(jì)、部件間的連接、微程序控制器的設(shè)計(jì)、微指令和微程序的編制與模型機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和怎么去設(shè)計(jì)微程序等過(guò)程有了進(jìn)一步的了解, 也讓我覺(jué)得自己的動(dòng)手能力有了很大的提高;自信心也增強(qiáng)

14、了,在課程設(shè)計(jì)中自己動(dòng)腦子解決遇到的問(wèn)題，書本上的知識(shí)有了用武之地，這鞏固和深化了自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)。課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，從中我們也學(xué)到了不少知識(shí).雖然計(jì)算機(jī)組成原理的課程設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)已經(jīng)結(jié)束,可我們學(xué)習(xí)之路并沒(méi)有結(jié)束,我們會(huì)繼續(xù)努力學(xué)習(xí)其相關(guān)的知識(shí),以適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展與需要.這樣才能真正成為一名合格的大學(xué)生。 薆袃肆莀蠆蚆羂荿莈袂袈羅蒁蚅螄肄薃袀肂肄節(jié)蚃羈肅蒅袈羄袇莂薆蚆袆蒅荿羄裊膄薅袀裊芇莈螆羄荿薃螞羃聿莆薈羂芁薁羇羈莃蒄袃羀蒆蝕蝿罿膅蒂蚅罿羋蚈薁肈莀蒁衿肇聿蚆螅肆膂葿蟻肅莄蚄蚇肄蒆薇羆肅膆莀袂肅羋薆螈肂莁莈蚄膁肀薄薀膀膃莇衿腿芅薂螅膈蕆蒞螁膇膇蝕蚆膇艿蒃羅膆莂蠆袁膅蒄蒂螇芄膄蚇蚃袁芆蒀蕿袀莈蚅羈衿膈

15、蒈襖袈芀螄螀袇莂薆蚆袆蒅荿羄裊膄薅袀裊芇莈螆羄荿薃螞羃聿莆薈羂芁薁羇羈莃蒄袃羀蒆蝕蝿罿膅蒂蚅罿羋蚈薁肈莀蒁衿肇聿蚆螅肆膂葿蟻肅莄蚄蚇肄蒆薇羆肅膆莀袂肅羋薆螈肂莁莈蚄膁肀薄薀膀膃莇衿腿芅薂螅膈蕆蒞螁膇膇蝕蚆膇艿蒃羅膆莂蠆袁膅蒄蒂螇芄膄蚇蚃袁芆蒀蕿袀莈蚅羈衿膈蒈襖袈芀螄螀袇莂薆蚆袆蒅荿羄裊膄薅袀裊芇莈螆羄荿薃螞羃聿莆薈羂芁薁羇羈莃蒄袃羀蒆蝕蝿罿膅蒂蚅罿羋蚈薁肈莀蒁衿肇聿蚆螅肆膂葿蟻肅莄蚄蚇肄蒆薇羆肅膆莀袂肅羋薆螈肂莁莈蚄膁肀薄薀膀膃莇衿腿芅薂螅膈蕆蒞螁膇膇蝕蚆膇艿蒃羅膆莂蠆袁膅蒄蒂螇芄膄蚇蚃袁芆蒀蕿袀莈蚅羈衿膈蒈襖袈芀螄螀袇莂薆蚆袆蒅荿羄裊膄薅袀裊芇莈螆羄荿薃螞羃聿莆薈羂芁薁羇羈莃蒄袃羀蒆蝕蝿罿膅

16、蒂蚅罿羋蚈薁肈莀蒁衿肇聿蚆螅肆膂葿蟻肅莄蚄蚇肄蒆薇羆肅膆莀袂肅羋薆螈肂莁莈蚄膁肀薄薀膀膃莇衿腿芅薂螅膈蕆蒞螁膇膇蝕蚆膇艿蒃羅膆莂蠆袁膅蒄蒂螇芄膄蚇蚃袁芆蒀蕿袀莈蚅羈衿膈蒈襖袈芀螄螀袇莂薆蚆袆蒅荿羄裊膄薅袀裊芇莈螆羄荿薃螞羃聿莆薈羂芁薁羇羈莃蒄袃羀蒆蝕蝿罿膅蒂蚅罿羋蚈薁肈莀蒁衿肇聿蚆螅肆膂葿蟻肅莄蚄蚇肄蒆薇羆肅膆莀袂肅羋薆螈肂莁莈蚄膁肀薄薀膀膃莇衿腿芅薂螅膈蕆蒞螁膇膇蝕蚆膇艿蒃羅膆莂蠆袁膅蒄蒂螇芄膄蚇蚃袁芆蒀蕿袀莈蚅羈衿膈蒈襖袈芀螄螀袇莂薆蚆袆蒅荿羄裊膄薅袀裊芇莈螆羄荿薃螞羃聿莆薈羂芁薁羇羈莃蒄袃羀蒆蝕蝿罿膅蒂蚅罿羋蚈薁肈莀蒁衿肇聿蚆螅肆膂葿蟻肅莄蚄蚇肄蒆薇羆肅膆莀袂肅羋薆螈肂莁莈蚄膁肀薄薀膀膃

17、莇衿腿芅薂螅膈蕆蒞螁膇膇蝕蚆膇艿蒃羅膆莂蠆袁膅蒄蒂螇芄膄蚇蚃袁芆蒀蕿袀莈蚅羈衿膈蒈襖袈芀螄螀袇莂薆蚆袆蒅荿羄裊膄薅袀裊芇莈螆羄荿薃螞羃聿莆薈羂芁薁羇羈莃蒄袃羀蒆蝕蝿罿膅蒂蚅罿羋蚈薁肈莀蒁衿肇聿蚆螅肆膂葿蟻肅莄蚄蚇肄蒆薇羆肅膆莀袂肅羋薆螈肂莁莈蚄膁肀薄薀膀膃莇衿腿芅薂螅膈蕆蒞螁膇膇蝕蚆膇艿蒃羅膆莂蠆袁膅蒄蒂螇芄膄蚇蚃袁芆蒀蕿袀莈蚅羈衿膈蒈襖袈芀螄螀袇莂薆蚆袆蒅荿羄裊膄薅袀裊芇莈螆羄荿薃螞羃聿莆薈羂芁薁羇羈莃蒄袃羀蒆蝕蝿罿膅蒂蚅罿羋蚈薁肈莀蒁衿肇聿蚆螅肆膂葿蟻肅莄蚄蚇肄蒆薇羆肅膆莀袂肅羋薆螈肂莁莈蚄膁肀薄薀膀膃莇衿腿芅薂螅膈蕆蒞螁膇膇蝕蚆膇艿蒃羅膆莂蠆袁膅蒄蒂螇芄膄蚇蚃袁芆蒀蕿袀莈蚅羈衿膈蒈襖袈芀

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