組成原理課程設(shè)計-具有運算及間接尋址功能的復雜模型機的設(shè)計

1、東 莞 理 工 學 院本 科 課 程 設(shè) 計課程設(shè)計題目： 具有運算及間接尋址功能的 復雜模型機的設(shè)計 學 生 姓 名： 學 號： 系 別： 計算機學院 專 業(yè) 班 級： 11計算機科學與技術(shù)1班 指導教師姓名： 目錄一.課程設(shè)計性質(zhì)和目的 .3二. 課程設(shè)計任務(wù).3三所用的設(shè)備及軟件 .3四、課程設(shè)計原理 .3五課程設(shè)計的詳細設(shè)計 . 7六課程設(shè)計內(nèi)容（方法步驟）和調(diào)試步驟. 11七. 實驗結(jié)果(數(shù)據(jù)記錄).11八心得體會.12九回答問題.13一、課程設(shè)計性質(zhì)和目的計算機組織與體系結(jié)構(gòu)課程設(shè)計是計算機科學與技術(shù)專業(yè)本科學生在學習完計算機組織與體系結(jié)構(gòu)課程之后的一個重要的實踐環(huán)節(jié)。要求學生在教

2、師的指導下，綜合運用已學過的計算機組織與體系結(jié)構(gòu)中的各種知識和技能，獨立完成一項較為完整、并具有一定難度的課程設(shè)計任務(wù)。使學生在掌握“TDN-CM+計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)”部件單元的基礎(chǔ)上通過對復雜模型機的設(shè)計，以達到對計算機的基本組成、部件的設(shè)計、部件間的連接、微程序控制器的設(shè)計、微指令和微程序的編制與調(diào)試等過程有更深的了解，加深對理論課程的理解。通過模型機的設(shè)計和調(diào)試，連貫運用計算機組成原理課程學習到的知識，建立計算機整機概念，培養(yǎng)獨立工作和創(chuàng)新思維。二、課程設(shè)計任務(wù)具有運算及間接尋址功能的復雜模型機的設(shè)計n 機器指令程序如下：n IN 01,R1； (R1)=4AH設(shè)計時同學們可以給

3、R1送入其它數(shù)值n LDA 01,30H,R0；將30H存儲單元的數(shù)據(jù)20H作為存儲器的地址，再把該地址中的數(shù)據(jù)16H送R0存儲器間接尋址n SBC R0,R1 n OUT 10,R1 n RRC R1,R2 n OUT 10,R2 n HALT三、所用的設(shè)備及軟件設(shè)備：TDN-CM+或 TDN-CM+教學實驗系統(tǒng)一臺、PC機一臺、排線若干軟件：軟件四、課程設(shè)計原理1數(shù)據(jù)格式模型機規(guī)定采用定點補碼表示法表示數(shù)據(jù)，且字長為8位，其格式如下：76 5 4 3 2 1 0符號尾 數(shù)其中第7位為符號位，數(shù)值表示范圍是： X1。2指令格式模型機設(shè)計四大類指令共十六條，其中包括算術(shù)邏輯指令、I/O 指令、

4、訪問及轉(zhuǎn)移指令和停機指令。(1) 算術(shù)邏輯指令設(shè)計9條算術(shù)邏輯指令并用單字節(jié)表示，尋址方式采用寄存器直接尋址，其格式如下：7 6 5 43 21 0OP-CODERSRD其中，OP-CODE 為操作碼，rs為源寄存器，rd為目的寄存器，并規(guī)定：RS或RD選定的寄存器00R001R110R29條算術(shù)邏輯指令的名稱、功能和具體格式見表8-1。 表1 算術(shù)邏輯指令的助記符、功能和具體格式助記符指令格式功能CLR RD011100RD0àRDMOV RS,RD 1000 RSRDRSàRDADC RS,RD 1001RSRDRS+RD+CYàRDSBC RS,RD 101

5、0RSRDRS-RD-CYàRDINC RD 1011RDRDRD+1àRDAND RS,RD 1100 RSRDRSRDàRDCOM RD 1101 RDRDRDàRDRRC RS RD 1110RSRDRLC RS,RD 1111RSRDLDA M,D,RD 00M00RD(E)àRD RDà(E) EàPCDSTA M,D,RD 00M01RDDJMP M,D 00M1000DBZC M,D00M1100當CY=1或Z=1時 EàPCDIN addr,RD 010001RD(addr)àRDOUT

6、addr,RD 010110RDRDà(addr)HALT 01100000停機(2) 訪問指令及轉(zhuǎn)移指令模型機設(shè)計2條訪內(nèi)指令，即存數(shù)（STA）、取數(shù)（LDA），2條轉(zhuǎn)移指令，即無條件轉(zhuǎn)移（JMP）、結(jié)果為零或有進位轉(zhuǎn)移指令（BZC），指令格式為：7 65 43 21 000MOP-CODERDD其中，OP-CODE為操作碼，RD為目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）。D為位移量（正負均可），M為尋址模式，其定義如下：尋址模式有效地址E說明00E=D直接尋址01E=(D)間接尋址10E=(RI)+DRI變址尋址11E=(PC)+D相對尋址本模型機規(guī)定變址寄存器 RI指定為寄存器

7、R2。(3) I/O 指令輸入（IN）和輸出（OUT）指令采用單字節(jié)指令，其格式如下：7 6 5 4 3 21 0OP-CODEaddrRD其中，addr=01時，選中“INPUT DEVICE”中的開關(guān)組作為輸入設(shè)備，addr=10 時，選中“OUTPUT DEVICE”中的數(shù)碼塊作為輸出設(shè)備。(4) 停機指令指令格式如下：7 6 5 4 3 21 0OP-CODE0000HALT 指令，用于實現(xiàn)停機操作。3指令系統(tǒng)本模型機共有16條基本指令，其中算術(shù)邏輯指令7條，訪問內(nèi)存指令和程序控制指令4條，輸入輸出指令2條，其它指令 1 條。表8-1 列出了各條指令的格式、匯編符號、指令功能。4微指令

8、格式S3、S2、S1、S0、M、Cn控制運算的工作方式：WE控制主存、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備的讀寫功能；A9、A8通過74LS139二四譯碼器譯碼輸出、，分別接輸入設(shè)備的SW-B、主存的CE、輸出設(shè)備的LED-B及其它情況。微指令字長共24位，其控制位順序如表2所示：表2 控制位順序表24232221201918171615 14 1312 11 109 8 7654321S3S2S1S0M CNWE A9A8ABCuA5uA4uA3uA2uA1uA0 A字段 B字段 C字段1211 10選擇000001RS-B010RD-B011RI-B100299-B101ALU-B110PC-B1514 1

9、3選擇000001LDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAR110LDAR98 7選擇000001P(1)010P(2)011P(3)100P(4)101AR110LDPC 其中 UA5UA0 為6位的后續(xù)微地址，A、B、C為三個譯碼字段，分別由三個控制位譯碼出多位。C字段中的P（1）P（4）是四個測試字位。其功能是根據(jù)機器指令及相應(yīng)微 代碼進行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實現(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)運行。AR為算術(shù)運算是否影響進位及判零標志控制位，其為零有效。B字段中的RS-B、R0-B、RI-B 分別為源寄存器選通信號、目的寄存器選通信號及變址寄存器選

10、通信號，其功能是根據(jù)機器指令來進行三個工作寄存器 R0、R1及R2的選通。指令寄存器（IR）用來保存當前正在執(zhí)行的一條指令。當執(zhí)行一條指令時，先把它從內(nèi)存取到指令寄存器中，然后再對其進行譯碼、運行。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進制數(shù)構(gòu)成，為了執(zhí)行任何給定的指令，必須對操作碼進行測試，通過節(jié)拍脈沖T4的控制以便識別所要求的操作?！爸噶钭g碼器”根據(jù)指令中的操作碼譯碼強置微控制器的微地址，使下一條微指令指向相應(yīng)的微程序首地址。上述系統(tǒng)有兩種外部I/O設(shè)備，一種是二進制代碼開關(guān)，它作為輸入設(shè)備；另一塊是數(shù)碼塊，它作為輸出設(shè)備。例如，輸入時，二進制開關(guān)數(shù)據(jù)直接經(jīng)過三態(tài)門送到總線上，只要開關(guān)順序不變

11、，輸入的信息就不變。輸出時，將輸出數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上，當寫信號（W/R）有效時，將數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器，驅(qū)動數(shù)碼塊顯示。五課程設(shè)計的詳細設(shè)計1.復雜模型的數(shù)據(jù)通路圖圖1 復雜模型的數(shù)據(jù)通路圖 2.微程序流程圖及微地址的確定圖2 微程序流程圖3. 機器指令設(shè)計首先根據(jù)指令要求編寫機器指令代碼，根據(jù)表1及數(shù)據(jù)通路圖1，編寫程序。根據(jù)表1編寫機器指令代碼如下所示：程 序 助記符 $P3020 $P2016 $P0045 IN 01，R1 $P0110 LDA 01,30H,R0 $P0230 $P03A1 SBC R0,R1 $P0459 OUT 10,R1 $P05E6 RRC R1,R2 $P06

12、5A OUT 10,R2 $P0760 HALT 00 00 4.微代碼設(shè)計文檔根據(jù)微指令格式表2，并參照微指令流程圖2，將每條指令代碼化（將該微程序存于一個*.txt文本中）。微程序如下： $M00018108$M0B018001 $M0101ED82$M0200C050$M14001001 $M1101ED85$M0500E006$M0600A007$M0700E0A0$M20009001$M21028401$M2205DB81$M230180E4$M24018001$M3405DB81$M1A01B20D$M0D01A40E$M0E65AB4F$M4F0D9A01$M15030401$M

13、1E318203$M03298804$M04019801$M160180165.接線圖六課程設(shè)計內(nèi)容（方法步驟）和調(diào)試步驟1實驗步驟 （1）按圖4連接實驗線路，檢查無誤后接通電源。 （2）聯(lián)機讀寫程序用聯(lián)機軟件的“【轉(zhuǎn)儲】【裝載】”功能將該實驗對應(yīng)的文件*.txt載入實驗系統(tǒng)。（3）聯(lián)機運行l(wèi) 使編程開關(guān)處于“RUN”狀態(tài)，STEP 為“STEP”狀態(tài)，STOP 為“RUN”狀態(tài)。撥動總清開關(guān)CLR（101），微地址清零，程序計數(shù)器清零，程序首址為00H。聯(lián)機運行程序時，進入軟件界面，裝載機器指令及微指令后，選擇“【運行】【通路圖】【復雜模型機】”功能菜單打開相應(yīng)動態(tài)數(shù)據(jù)通路圖，按相應(yīng)功能鍵即

14、可聯(lián)機測試、運行、監(jiān)控、調(diào)試程序。 單步運行程序。l 單步運行一條微指令，對照微程序流程圖，觀察微地址顯示燈是否和流程一致。 連續(xù)運行程序l 使“STATE UNIT”中的STEP 開關(guān)置為“ECEX”狀態(tài)。STOP 開關(guān)置為“RUN”狀態(tài)。l 撥動CLR 開關(guān)，清微地址及程序計數(shù)器，然后按動START，系統(tǒng)連續(xù)運行程序，稍后將STOP 撥至“STOP”時，系統(tǒng)停機。七、實驗結(jié)果(數(shù)據(jù)記錄)$P0045 IN 01，R1T1LDAR、T3、PC-BUS、LDPC、T4T2W/R、CE、LDIR、T3T3LDR1、T4、SW-BUS$P0110 LDA 01,30H,R0T1LDAR、T3、PC

15、-BUS、LDPC、T4T2W/R、CE、LDIR、T3T3LDAR、T3、PC-BUS、LDPC、T4T4W/R、CE、LDAR、T3T5W/R、CE、LDDP1、T4 T6W/R、CE、LDAP、T3T7W/R、CE、LDR0、T4$P03A1 SBC R0,R1 T1PC-BUS、LDPC、T4、LDAR、T3T2W/R、CE、LDIR、T3T3R0-BUS、LDDR2、T4T4R1-BUS、T4、LDDR1T5LDDR1、T4、S1、S0、M、ALU-BUS、CnT6S1、S0、M、Cn、ALU-BUS、S2、S3、LDRI、T4$P0459 OUT 10,R1 T1LDAR、T3、P

16、C-BUS、LDPC、T4T2W/R、CE、LDIR、T3T3R1-BUS、LED-BUS$P05E6 RRC R1,R2 T1LDAR、T3、PC-BUS、LDPC、T4T2W/R、CE、LDIR、T3T3R1-BUS、M、S0、S1T4T5299-BUS、LDR2、T4$P065A OUT 10,R2 T1LDAR、T3、PC-BUS、LDPC、T4T2W/R、CE、LDIR、T3T3R1-BUS、LED-BUS$P0760 HALT 00 00 T1LDAR、T3、PC-BUS、LDPC、T4T2W/R、CE、LDIR、T3T3八、心得體會一周的計算機組成與體系課程設(shè)計，我認識到將書本知識理解好和把課程設(shè)計做好并不是等價的，僅僅看書理解是不夠的，不會將學到的知識運用到實際操作中去，將理論知識學習的再好也沒用。這次復雜模型機的設(shè)計，讓我真正做到了學以致用，在實踐中對所學知識有了更進一步的理解。而且進一步提升了本人的團隊協(xié)作能力，我們的團隊，不是一開始就將工作分工，而是對任務(wù)進行分析理解，將一些比較大的問題進行探討后在進行分工，我們要的并不僅僅是完成老師交給我們的任務(wù)，更加重要的是在完成的過程中不斷進步。在這次與組員的合作過程，讓我深刻體會到了團結(jié)精神對工作所產(chǎn)生的高效性