計(jì)算機(jī)硬件課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單模型機(jī)設(shè)計(jì)

1、計(jì)算機(jī)硬件綜合課程設(shè)計(jì)報(bào)告簡(jiǎn)單模型機(jī)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)要求硬件：tdn-cm計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)，pc機(jī)一臺(tái)，排線若干，串口線一根。軟件：cm瞰件二、設(shè)計(jì)目的1 .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。2 .通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，建立整機(jī)的概念，對(duì)程序進(jìn)行編輯，校驗(yàn)，鍛煉理論聯(lián)系實(shí)際的能力。3 .通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)熟悉和訓(xùn)練設(shè)計(jì)思路與實(shí)現(xiàn)方法。4 .通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)鍛煉團(tuán)隊(duì)合作的能力和團(tuán)隊(duì)問(wèn)題的解決。三、設(shè)計(jì)電路及連線設(shè)計(jì)電路及連線實(shí)驗(yàn)圖如下圖1-1所示。開(kāi)：；串fm門(mén) 之-

2、jjeo口1 ulcckiryldikj arq<t zhl? vmit bb7;ad.be»vv ? "：t|7 一；tjiftiwe 0，口* 口=嗷m19fl ur ts)i bistate vftt鼻io分lc-g irarro&10-ojjj衣biwej t>e： = 0" 田冷比 ei-b t所刃l(wèi)dki a-0 ldce2 o- <ja加電訃二叫叫t次第?心工年用多需hj|-0- uhij 業(yè)w (j：fl b|i i:f; e 1otdfwanr iikit<li 1ra-q-fl器¥u0ylo-ldaft

3、n- i*a t llfarlcxdl 1_oo- u3m置工uwrr«日口一 一on pc.bldpcq- -c-c- -0 u>kadi hf.：s hh':中 led b u-扁 wir%output device圖1-1簡(jiǎn)單模型機(jī)連線圖四、設(shè)計(jì)說(shuō)明本次課程設(shè)計(jì)將能在微程序控制下自動(dòng)產(chǎn)生各部件單元控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)特定指令的功能。這里，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通路的控制將由微程序控制器來(lái)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(gè)指令周期全部由微指令組成的序列來(lái)完成，即一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng) 一個(gè)微程序。本次課程設(shè)計(jì)采用五條機(jī)器指令：in （輸入）、add （二進(jìn)制加法）、s

4、ta （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)器指令碼說(shuō)明微程序入口地址in0000 0000“input device ” 中10的開(kāi)關(guān)狀態(tài)一 r0addaddr0001 0000xxxx*xxr0+addr 一 r011staaddr0010 0000xxxx*xxr0 一 addr12outaddr0011 0000xxxxxxxxaddr f bus13jm paddr0100 0000xxxx*xxaddr 一 pc14表1-124232221201918171615 14 1312 11 109 8 7654321s3s2s1s

5、0mcnwea9a8abcua5ua4ua3ua2ua1ua0五、設(shè)計(jì)步驟其中，in為單字長(zhǎng)（8位），其余為雙字長(zhǎng)， xxxx xkxx為addr對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通路框圖如圖 1-2所示。微代碼定義如表 1-1所示。a字段b字段c字段151413選擇000001lddri010lddr1011lddr2100ldir101load110ldar121110選擇000001rs-b010011100101alu-b110pc-b987選擇000001p (1)010011100p (4)101110ldpc1.設(shè)計(jì)微程序流程圖，如圖 1-3所示。運(yùn)行微程序01pcfarpc+102r

6、am fbusinadd10 11busfir10p(1)sta12pcfarout13swfrpcfarpc+1pc+1pcfarjmp14 07pc+116ram fbusram f busbus farbusfarram fbuso 0415bus farpc+1ram f buspcfarram f bus17bus -dr2ram fbus0105r0 fdr1r0-busbus frambus -dr1250601(dr1)+(dr2) 06r0dr1-led01圖1-3微程序流程圖2.微指令代碼化，如下表1-2所示。表1-2微地址s3s2s1s0mcnwea9a8abcua5 u

7、a00000000001100000010001000001000000011110110110000010020000000011000000010010000300000000111000000000010004000000001011000000000101050000000110100010000001100610010101100110100000000107000000001110000000001101100000000000010000000000011100000001111011011000001112000000011110110110000111130000000111

8、101101100011101400000001111011011001011015000000101000001000000001160000000011100000000011111700000000101000000001010120000000011110110110010010210000000111101101100101002200000000101000000001011123000000011000000000000001240000000000100000000110002500000111000010100000000126000000001101000110000001

9、27000001110000101000010000300000011010001010000100013.設(shè)計(jì)驗(yàn)證程序的內(nèi)存映像（裝入起始地址00h）如下表1-3所示。表1-3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 0ahr0+0ah - r00000 00100000 10100000 00110010 0000sta 0bhr0 一 0bh0000 01000000 10110000 01010011 0000out 0bh0bh 一 led0000 01100000 1011000

10、0 01110100 0000jmp 08h00h fpc0000 10000000 00000000 10010000 10100000 0001輸入自定的數(shù)據(jù)0000 1011求和結(jié)果的存儲(chǔ)單兀4 .建立聯(lián)機(jī)操作文件。需要建立聯(lián)機(jī)操作文件，該文件是普通的文本文為了從pc機(jī)下載工作程序和微程序, 件，擴(kuò)展名為txt ,可用記事本來(lái)建立。源程序如下：$p0000$p0110$p020a$p0320$p040b$p0530$p060b$p0740$p0800$p0a01$m00018110$m0101ed82$m0200c048$m0300e004$m0400b005$m0501a206$m06

11、959a01$m0700e00d$m08001001$m0901ed83$m0a01ed87$m0b01ed8e$m0c01ed96$m0d028201$m0e00e00f$m0f00a015$m1001ed92$m1101ed94$m1200a017$m13018001$m14002018$m15070a01$m1600d181$m17070a10$m18068a115 .調(diào)試、執(zhí)行程序。首先打開(kāi)cmp軟件，測(cè)試端口是否連接成功， 然后裝入聯(lián)機(jī)操作文件， 接著測(cè)試程序， 測(cè)試值r0=feh,置數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)狀態(tài) 11111110,根據(jù)提示撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)clr (0-1)適時(shí)清零。在調(diào)試過(guò)程中，出現(xiàn)了

12、一些問(wèn)題，例如，出現(xiàn)提示窗口，提示源程序第幾行錯(cuò)誤，經(jīng)檢 查原來(lái)是數(shù)字0寫(xiě)成了字母o;觀察數(shù)據(jù)流通圖，有支路不通，就檢查該支路的連線，排查 錯(cuò)誤。六、設(shè)計(jì)結(jié)果和體會(huì)1、設(shè)計(jì)結(jié)果當(dāng)r0=feh時(shí)，求和結(jié)果為 ffh,即0bh單元中存儲(chǔ)值為 ffh , led顯示ff。2、設(shè)計(jì)體會(huì)此次課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)計(jì)算機(jī)的基本組成、簡(jiǎn)單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳送通路組成、存儲(chǔ)器 ram工作特性及數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)方法、時(shí)序信號(hào)發(fā)生電路的組成原理、微程序控制器的設(shè)計(jì)思 路和組成原理、微程序的編制、寫(xiě)入過(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 很大的提高；自信心也增強(qiáng)了，在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)仔細(xì)查閱資料解決了遇到的問(wèn)題，做到

13、了理論與實(shí)踐相結(jié)合，鞏固和深化了自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，收獲頗多。七、建議課程設(shè)計(jì)可以體現(xiàn)出團(tuán)隊(duì)合作程度，緊密合作加上明確分工， ，能夠大大地提高設(shè)計(jì)速 度，在動(dòng)手設(shè)計(jì)之前，最好將設(shè)計(jì)所需要的數(shù)據(jù)， 程序準(zhǔn)備好，為了判斷設(shè)計(jì)結(jié)果是否正確， 有必要在準(zhǔn)備階段計(jì)算理論值。 仔細(xì)分析指令的每一位， 以及微程序流程圖，理清思路，在 設(shè)計(jì)時(shí)做到胸有成竹。復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)要求硬件：tdn-cm計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)，pc機(jī)一臺(tái)，排線若干，串口線一根。軟件：cm瞰件二、設(shè)計(jì)目的1 .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

14、過(guò)程有更深的了解，加深對(duì)理論課程的理解。2 .通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，建立整機(jī)的概念，對(duì)程序進(jìn)行編輯，校驗(yàn)，鍛煉理論聯(lián)系實(shí)際的能力。3 .通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)熟悉和訓(xùn)練設(shè)計(jì)思路與實(shí)現(xiàn)方法。4 .通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)鍛煉團(tuán)隊(duì)合作的能力和團(tuán)隊(duì)問(wèn)題的解決。三、設(shè)計(jì)電路及連線設(shè)計(jì)電路及連線實(shí)驗(yàn)圖如下圖 2-1所示。i.ctun- ldi kl 1ld?< d9 8 7654321abc圖2-1復(fù)雜模型機(jī)連線圖四、設(shè)計(jì)說(shuō)明24232221201918171615 14 1312 11 10s3 s2 s1s0 mcn we a9 a8ua5ua4ua3 ua2ua1ua0在簡(jiǎn)單模型機(jī)的基礎(chǔ)上搭接移位控制電路，實(shí)

15、現(xiàn)移位控制運(yùn)算。新增4條移位運(yùn)算指令：rl （左環(huán)移）、rlc （帶進(jìn)位左環(huán)移）、rr （右環(huán)移）、rrc （帶進(jìn)位右環(huán)移），其指令格式如下：指令格式如表2-1所示。表2-1lcg u1iit助記符操作碼rr0101 0000rrc0110 0000rl0111 0000rlc1000 00007 h8林3=*胃僦cf zimu vxit m1x6 unitt® sw-d d-ch 1rmritkttlmbbldarlqajj0 leck2=b鮑管-n躺入 u»o- e: = |> 田野比 rt-b 0-ua.m uem ci二¥1ex uwrrext bs

16、doled e u-l 日| wftcoutput device工二1bvs uhit br?rbopjimg unitldaftb7 gi） ：從口的西國(guó)a字段b字段c字段151413選擇121110選擇987選擇000000000001lddri001rs-b001p (1)010lddr1010010011lddr2011011100ldir100299-b100p (4)101load101alu-b101110ldar110pc-b110ldpc數(shù)據(jù)通路圖如圖2-2所示。五、設(shè)計(jì)步驟1.設(shè)計(jì)微程序流程圖，如圖 2-3所示。運(yùn)行微程序01pcfarpc+102ram fbusbus f

17、 ir20inaddstaout20212223p(1)jmp24pcfarrr25rrc2 26rl2 27rlc30pcfarpcfarr0f299r0f299swf r0pc+1ram fbuspc+1pcfarpc+10307ram fbuspc+13 313401busfarbusfar041705r0>busbusframram fbusbus -dr2ram fbusram fbusram f busbusfar299fr00135帶進(jìn)位右環(huán)移右環(huán)移36r0f29937299fr00101bus-dr101r0fdr1330601dr1-led(dr1)+(dr2) - r

18、0011141r0f29943左環(huán)移299 f r04299 f r0帶進(jìn)位左環(huán)移0100八進(jìn)制微地址01kwe(01)20p 4krd(00)10pcfar(swb ,swa)rp(11)pcfari pc+114 12pc+101cswdfbusram fbusbus-dr1busydr115dr1-ramdrw led圖2-3微程序流程圖2.微指令代碼化（十六進(jìn)制表示），寫(xiě)入操作文件后面。3.設(shè)計(jì)驗(yàn)證程序的內(nèi)存映像（裝入起始地址00h）如下表2-2所示。表2-2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

19、0000add 0dhr0+0dh r00000 00100000 11010000 00111000 0000rlc將r0寄存器中的數(shù)據(jù)帶 進(jìn)位循環(huán)左移一位0000 01000000 0000in“input device ”-r00000 01010110 0000rrc將r0寄存器中的數(shù)據(jù)帶 進(jìn)位循環(huán)右移一位0000 01100111 0000rl將r0寄存器中的數(shù)據(jù) 循環(huán)左移一位0000 01110010 0000sta 0ehr0 一 0eh0000 10000000 11100000 10010011 0000out 0eh0ehlled0000 10100000 11100000

20、 10110100 0000jmp 00h00h fpc0000 11000000 00000000 11010000 0001輸入自定的數(shù)據(jù)0000 1110求和結(jié)果的存儲(chǔ)單兀4.建立聯(lián)機(jī)操作文件。為了從pc機(jī)下載工作程序和微程序，需要建立聯(lián)機(jī)操作文件，該文件是普通的文本文 件，擴(kuò)展名為txt ,可用記事本來(lái)建立。源程序如下：$p0000$p0110$p020d$p0380$p0400$p0560$p0670$p0720$p080e$p0930$p0a0e$p0b40$poc00$p0d01$m00018108$m0101ed82 $m0200c050 $m0300e004 $m0400b0

21、05 $m0501a206 $m06959a01 $m0700e00f $m0801ed8a $m0901ed8c $m0a00a00e $m0b018001 $m0c00200d $m0d068a09 $m0e070a08 $m0f028201 $m10001001 $m1101ed83 $m1201ed87 $m1301ed99 $m1401ed9c $m1531821d $m1631821f $m17318221 $m18313223 $m1900e01a $m1a00a01b $m1b070a01 $m1c00d181 $m1d21881e $m1e019801 $m1f298820 $m20019801 $m21118822 $m22019801 $m23198