組成原理課程設(shè)計(jì)-具有運(yùn)算及間接尋址功能的復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)-具有運(yùn)算及間接尋址功能的復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì) 東 莞 理 工 學(xué) 院 本 科 課 程 設(shè) 計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：具有運(yùn)算及間接尋址功能的復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 系 別：計(jì)算機(jī)學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí)：14級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)4班指導(dǎo)教師姓名：黃仁泰 目錄一.課程設(shè)計(jì)性質(zhì)和目的 .3二. 課程設(shè)計(jì)任務(wù).3三所用的設(shè)備及軟件 .3四、課程設(shè)計(jì)原理 .3五課程設(shè)計(jì)的詳細(xì)設(shè)計(jì) . 7六課程設(shè)計(jì)內(nèi)容（方法步驟）和調(diào)試步驟. 11七. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果(數(shù)據(jù)記錄).11八心得體會(huì).12九回答問(wèn)題.13 一、課程設(shè)計(jì)性質(zhì)和目的計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)本科學(xué)生在學(xué)

2、習(xí)完計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)課程之后的一個(gè)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)。要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，綜合運(yùn)用已學(xué)過(guò)的計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)中的各種知識(shí)和技能，獨(dú)立完成一項(xiàng)較為完整、并具有一定難度的課程設(shè)計(jì)任務(wù)。使學(xué)生在掌握“TDN-CM 計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”部件單元的基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)，以達(dá)到對(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。通過(guò)模型機(jī)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，連貫運(yùn)用計(jì)算機(jī)組成原理課程學(xué)習(xí)到的知識(shí)，建立計(jì)算機(jī)整機(jī)概念，培養(yǎng)獨(dú)立工作和創(chuàng)新思維二、課程設(shè)計(jì)任務(wù)具有運(yùn)算及間接尋址功能的復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì), 機(jī)器指令程序

3、如下： IN 01,R0 ；(R0)=80H 設(shè)計(jì)時(shí)同學(xué)們可以給R0送入其它數(shù)值 LDA 01,20H,R1 ；將20H存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)26H作為存儲(chǔ)器的地址，再把該地址中的數(shù)據(jù)0BH送R1；即存儲(chǔ)器間接尋址 ADC R1,R0 ； RRC R0,R2 ； OUT 10,R2 STA 00,0AH,R0 OUT 10,R0 HALT 三、所用的設(shè)備及軟件設(shè)備：TDN-CM 或 TDN-CM 教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)、PC機(jī)一臺(tái)、排線(xiàn)若干軟件：軟件四、課程設(shè)計(jì)的基本工作原理1數(shù)據(jù)格式模型機(jī)規(guī)定采用定點(diǎn)補(bǔ)碼表示法表示數(shù)據(jù)，且字長(zhǎng)為8位，其格式如下：76 5 4 3 2 1 0符號(hào)尾 數(shù)其中第7位為符號(hào)位，數(shù)

4、值表示范圍是： X1。2指令格式模型機(jī)設(shè)計(jì)四大類(lèi)指令共十六條，其中包括算術(shù)邏輯指令、I/O 指令、訪問(wèn)及轉(zhuǎn)移指令和停機(jī)指令。(1) 算術(shù)邏輯指令設(shè)計(jì)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(chēng)、功能和具體格式見(jiàn)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

5、 RS,RD 1001RSRDRS+RD+CYàRDSUC RS,RD 1010RSRDRS-RD-CYàRDINC RD 1011RDRDRD+1àRDAND RS,RD 1100 RSRDRSRDàRDCOM RD 1101 RDRDRDàRDRRC RS RD 1110RSRDRLC RS,RD 1111RSRDLAD M,D,RD 00M00RD(E)àRD RDà(E) EàPCDSTA M,D,RD 00M01RDDJMP M,D 00M1000DBZC M,D00M1100當(dāng)CY=1或Z=1時(shí) E&#

6、224;PCDIN addr,RD 010001RD(addr)àRDOUT addr,RD 010110RDRDà(addr)HALT 01100000停機(jī) 表1(2) 訪問(wèn)指令及轉(zhuǎn)移指令 模型機(jī)設(shè)計(jì)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(wú)條件轉(zhuǎn)移（JMP）、結(jié)果為零或有進(jìn)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(fù)均可），M為尋址模式，其定義如下：尋址模式有效地址E說(shuō)明00E=D直接尋址01E=(D)間接尋址10

7、E=(RI)+DRI變址尋址11E=(PC)+D相對(duì)尋址本模型機(jī)規(guī)定變址寄存器 RI指定為寄存器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(shí)，選中“INPUT DEVICE”中的開(kāi)關(guān)組作為輸入設(shè)備，addr=10 時(shí)，選中“OUTPUT DEVICE”中的數(shù)碼塊作為輸出設(shè)備。(4) 停機(jī)指令指令格式如下：7 6 5 4 3 21 0OP-CODE0000HALT 指令，用于實(shí)現(xiàn)停機(jī)操作。3指令系統(tǒng)本模型機(jī)共有16條基本指令，其中算術(shù)邏輯指令7條，訪問(wèn)內(nèi)存指令和程序控制指令4條，

8、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(hào)、指令功能。4微指令格式S3、S2、S1、S0、M、Cn控制運(yùn)算的工作方式：WE控制主存、輸入設(shè)備Y1、Y2、和輸出設(shè)備的讀寫(xiě)功能；A9、A8通過(guò)74LS139二四譯碼器譯碼輸出Y0、Y3，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(zhǎng)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

9、10選擇000001RS-B010RD-B011RI-B100299-B101ALU-B110PC-B1514 13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(gè)譯碼字段，分別由三個(gè)控制位譯碼出多位。C字段中的P（1）P（4）是四個(gè)測(cè)試字位。其功能是根據(jù)機(jī)器指令及相應(yīng)微 代碼進(jìn)行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實(shí)現(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)運(yùn)行。AR為算術(shù)運(yùn)算是否影響進(jìn)位及判零標(biāo)志控制

10、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(hào)、目的寄存器選通信號(hào)及變址寄存器選通信號(hào)，其功能是根據(jù)機(jī)器指令來(lái)進(jìn)行三個(gè)工作寄存器 R0、R1及R2的選通。指令寄存器（IR）用來(lái)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(shí)，先把它從內(nèi)存取到指令寄存器中，然后再對(duì)其進(jìn)行譯碼、運(yùn)行。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(duì)操作碼進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)節(jié)拍脈沖T4的控制以便識(shí)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(qiáng)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(jìn)制代碼開(kāi)關(guān)，它作為

11、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(shí)，二進(jìn)制開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)直接經(jīng)過(guò)三態(tài)門(mén)送到總線(xiàn)上，只要開(kāi)關(guān)順序不變，輸入的信息就不變。輸出時(shí)，將輸出數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線(xiàn)上，當(dāng)寫(xiě)信號(hào)（W/R）有效時(shí)，將數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼塊顯示五課程設(shè)計(jì)的詳細(xì)設(shè)計(jì)1.復(fù)雜模型機(jī)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(jī)器指令設(shè)計(jì)首先根據(jù)指令要求編寫(xiě)機(jī)器指令代碼，根據(jù)表1及數(shù)據(jù)通路圖1，編寫(xiě)程序。 根據(jù)表1編寫(xiě)機(jī)器指令代碼如下所示：程 序 助記符$P0044 IN 01 R0$P0111 LDA 01 20H R1$P0220 $P0394 ADC R1 R0 $P04E2 RRC

12、R0 R2 $P055A OUT 10 R2$P0604 STA 00 0AH R0$P070A$P0858 OUT 10 R0$P0960 HALT$P2026 將20H存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)26H作為存儲(chǔ)器的地址.$P260B 把該地址中的數(shù)據(jù)0BH送R1；即存儲(chǔ)器間接尋址4.微代碼設(shè)計(jì)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(gè)*.txt文本中）。 微程序如下： $M00018108 $M0D00A00E $M0101ED82 $M0E01B60F $M0200C050 $M0F95EA25$M0300A004 $M1001ED83 $M0400E0A0 $

13、M1101ED85 $M0500E006 $M1201ED8D $M0600A007 $M1301EDA6 $M0700E0A0 $M14001001 $M0801ED8A $M15030401 $M0901ED8C $M16018016$M0A00A03B $M173D9A01$M0B018001 $M18019201$M0C00203C $M1901A22A $M2205DB81 $M1A01B22C$M230180E4 $M1B01A232 $M24018001 $M1C01A233 $M2595AAA0 $M1D01A236 $M2600A027 $M1E318237 $M2701BC

14、28 $M1F318239 $M2895EA29 $M20009001 $M2995AAA0 $M21028401 $M2A01B42B $M300D8171 $M2B959B41 $M31959B41 $M2C01A42D $M32019A01 $M2D65AB6E $M3301B435 $M2E0D9A01 $M3405DB81 $M2F01AA30 $M35B99A01$M360D9A01 $M37298838 $M38019801 $M3919883A $M3A019801 $M3B070A08 $M3C068A095.接線(xiàn)圖 圖4、實(shí)驗(yàn)電路圖六課程設(shè)計(jì)內(nèi)容（方法步驟）和調(diào)試步驟1實(shí)驗(yàn)

15、步驟（1）按圖4連接實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路，檢查無(wú)誤后接通電源。 （2）聯(lián)機(jī)讀寫(xiě)程序用聯(lián)機(jī)軟件的“【轉(zhuǎn)儲(chǔ)】【裝載】”功能將該實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的文件*.txt載入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 （3）聯(lián)機(jī)運(yùn)行 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)。撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)CLR（101），微地址清零，程序計(jì)數(shù)器清零，程序首址為00H。聯(lián)機(jī)運(yùn)行程序時(shí)，進(jìn)入軟件界面，裝載機(jī)器指令及微指令后，選擇“【運(yùn)行】【通路圖】【復(fù)雜模型機(jī)】”功能菜單打開(kāi)相應(yīng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)通路圖，按相應(yīng)功能鍵即可聯(lián)機(jī)測(cè)試、運(yùn)行、監(jiān)控、調(diào)試程序。 單步運(yùn)行程序。 單步運(yùn)行一條微指令，對(duì)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(yùn)

16、行程序 ? 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)。撥動(dòng)CLR 開(kāi)關(guān)，清微地址及程序計(jì)數(shù)器，然后按動(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)。七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果(數(shù)據(jù)記錄)八、心得體會(huì)三天的計(jì)算機(jī)組成與體系課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)到將書(shū)本知識(shí)理解好和把課程設(shè)計(jì)做好并不是等價(jià)的，僅僅看書(shū)理解是不夠的，不會(huì)將學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際操作中去，將理論知識(shí)學(xué)習(xí)的再好也沒(méi)用。這次復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)，讓我真正做到了學(xué)以致用，在實(shí)踐中對(duì)所學(xué)知識(shí)有了更進(jìn)一步的理解。而且進(jìn)一步提升了本人的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，我們的團(tuán)隊(duì)，不是一開(kāi)始就將工作分工

17、，而是對(duì)任務(wù)進(jìn)行分析理解，將一些比較大的問(wèn)題進(jìn)行探討后在進(jìn)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(guò)程中不斷進(jìn)步。在這次與組員的合作過(guò)程，讓我深刻體會(huì)到了團(tuán)結(jié)精神對(duì)工作所產(chǎn)生的高效性、準(zhǔn)確性。本次的課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，是我真正意義上第一次設(shè)計(jì)復(fù)雜模型機(jī)，在之前只是在其他人建立好的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，并沒(méi)有很好的運(yùn)用到已學(xué)到的知識(shí)，在這次課程設(shè)計(jì)，我編寫(xiě)了機(jī)器指令和微指令，設(shè)計(jì)了微程序流程圖，當(dāng)最后運(yùn)行程序運(yùn)行成功的時(shí)候，感覺(jué)還是有點(diǎn)開(kāi)心的。當(dāng)然，在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中也遇到了些許的困難。首先是的接線(xiàn)問(wèn)題，在一開(kāi)始接線(xiàn)時(shí)只是追求速度，想要快一點(diǎn)做完，最終不得不在測(cè)試失敗的情況下檢查錯(cuò)誤并將錯(cuò)誤改正。其次是微地址的確定的問(wèn)題上，通過(guò)和同學(xué)探討和詢(xún)問(wèn)老師，將設(shè)計(jì)的不是很合理的內(nèi)容進(jìn)行了改正，最終運(yùn)行通過(guò)。九、回答問(wèn)題班級(jí)： 14級(jí)計(jì)科4班 學(xué)號(hào)： 201441402426 姓名：