硬件課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱： 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 成績(jī)： 2013 年 6 月 24日 至 2013年 7 月 5日計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)目 錄計(jì)算機(jī)組成原理部分1復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1一、設(shè)計(jì)目的1二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1三、設(shè)計(jì)要求1四、設(shè)計(jì)內(nèi)容6五、程序代碼12計(jì)算機(jī)接口部分13汽車(chē)信號(hào)燈控制系統(tǒng)13一、設(shè)計(jì)目的13二、實(shí)驗(yàn)環(huán)境13三、設(shè)計(jì)要求13四、設(shè)計(jì)內(nèi)容14五、程序代碼18總結(jié)與心得24計(jì)算機(jī)組成原理部分復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 一、設(shè)計(jì)目的綜合應(yīng)用所學(xué)計(jì)算機(jī)組成原理和匯編語(yǔ)言知識(shí)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)較為完整的模型計(jì)算機(jī)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分

2、析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的能力。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. 硬件環(huán)境：Dais-CMB+計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)，排線若干，PC機(jī)。2. 軟件環(huán)境：操作系統(tǒng)，Dais-CMB+應(yīng)用軟件。三、設(shè)計(jì)要求3.1、設(shè)計(jì)任務(wù)1. 熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)境，即實(shí)驗(yàn)中涉及的硬件和軟件，掌握這些環(huán)境工具的功能和使用方法。本實(shí)驗(yàn)中主要是Dais-CMB+軟件及其工作環(huán)境。Dais-CMB+計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)，排線若干。連接方法是：用二芯排線把位于實(shí)驗(yàn)裝置左上方運(yùn)算器的左下側(cè)CYCZ接口與位于實(shí)驗(yàn)裝置紅色撥碼開(kāi)關(guān)右下方的FCFZ接口相連接。在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下，首先應(yīng)打開(kāi)mXj.abs，然后點(diǎn)擊“!”圖標(biāo)進(jìn)入鏈接裝載，一旦屏幕

3、自動(dòng)彈出動(dòng)態(tài)調(diào)試窗口表示代碼及微代碼下載已成功，已進(jìn)入windows在線集成調(diào)試環(huán)境。2. 綜合應(yīng)用所學(xué)計(jì)算機(jī)原理知識(shí)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)較為完整的模型計(jì)算機(jī)。3. 使用模型計(jì)算機(jī)指令編制程序完成下列功能之一：（1）乘法運(yùn)算。（2）除法運(yùn)算。（3）連加和連減運(yùn)算。4. 將程序譯成二進(jìn)制代碼，并將二進(jìn)制代碼寫(xiě)入主存。3.2、擬定數(shù)據(jù)格式及指令系統(tǒng)1.數(shù)據(jù)格式模型機(jī)規(guī)定采用定點(diǎn)補(bǔ)碼表示數(shù)據(jù)，且字長(zhǎng)為8位，其格式如下：其中第7位為符號(hào)位，數(shù)值表示范圍是：-128X127（定點(diǎn)整數(shù)），-1X<1（定點(diǎn)小數(shù)）。2.指令格式模型機(jī)設(shè)計(jì)五大類(lèi)指令共十六條，其中包括算術(shù)邏輯指令、I/O指令、訪存指令、轉(zhuǎn)移指令和

4、停機(jī)指令。 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：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： 訪存指令和轉(zhuǎn)移指令模型機(jī)設(shè)計(jì)2條訪存指令、即存數(shù)指令（STA）、取數(shù)指令（LDA）；2條轉(zhuǎn)移指令，即無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令（JMP）、結(jié)果為零或有進(jìn)位轉(zhuǎn)移指令（BZC），指令格式為：其中，OP-CODE為操作碼，rd為目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）。D為形式地址，如為位移量，正負(fù)均可，M為尋址模式，其定義如下：模型機(jī)規(guī)定變址寄存器RI指定為寄存器R2。 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

5、：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LED作為輸出設(shè)備。 停機(jī)指令HALT指令，用于實(shí)現(xiàn)停機(jī)操作，指令格式如下 ：3.指令系統(tǒng)模型機(jī)有16條基本指令，其中算術(shù)邏輯運(yùn)算指令9條，訪問(wèn)內(nèi)存指令2條，程序控制指令2條，輸入輸出指令2條，其它指令2條。表1列出了各條指令的格式、匯編符號(hào)、指令功能。表1 指令格式4微指令格式微指令字長(zhǎng)32位，格式如下所示：A字段B字段說(shuō)明：DDR1表示LDDR1 DDR2表示LDDR25模型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通路框圖模型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通路框圖如圖1所示：圖1 模型機(jī)數(shù)據(jù)通路框圖6微

6、程序設(shè)計(jì)按照系統(tǒng)建議的微指令格式和模型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通路框圖，分析指令流程，為每條機(jī)器指令編制微程序，并和系統(tǒng)自帶的微程序比較（在復(fù)位后，輸入“3”，按“裝載”，可將系統(tǒng)微程序裝入）。編制微程序?qū)崿F(xiàn)新指令的功能。四、設(shè)計(jì)內(nèi)容4.1、基本內(nèi)容1. 試驗(yàn)箱系統(tǒng)圖2. 程序流程圖3. 分析微指令執(zhí)行序列首先通過(guò)代碼在指令流程圖中找到對(duì)應(yīng)項(xiàng)，然后再在系統(tǒng)控存內(nèi)容找出對(duì)應(yīng)的32位指令程序，然后再根據(jù)擬定好的數(shù)據(jù)格式和指令系統(tǒng)對(duì)微指令進(jìn)行分析。表1 系統(tǒng)控存內(nèi)容地址代碼功能0000000080空操作0120006040PCAR, PC+10200801006RAMIR 按B轉(zhuǎn)0300800420RAMDR10

7、40080C038RAMAR按B轉(zhuǎn)05008040C0RAMAR06008004E0RAMDR107C0000810RIDR20840294090DR1+DR2AR0940298438DR1+DR2DR1按B轉(zhuǎn)0A008004D0RAMDR10B20000810PCDR20CA00008B0RDDR20D40290280DR1+DR2RD？0E00000080空操作0FA0000408RDDR11050200488/400F0488DR1DR11150300448/40100548DR1變反DR112500004C8/DR1+1DR113502004B0/400F04B0DR1DR114000

8、00000空操作1540000280/50DR1+1RD16A00008E8RDDR217403D0280/50DR1DR2RD1840300280DR1變反RD19601400D8299帶進(jìn)位右移1A601800D8299帶進(jìn)位左移1B60000280299RD1C40200280/00800280DR1RD/RAMRD1DA0800180RDRAM1E40602080/405F2080DR1PC1F00008072BZC 按條件轉(zhuǎn)20200060C0PCAR, PC+12180000280 RSRD22200060A0 PCAR, PC+12380000430RSDR12420006060

9、PCAR, PC+125800008F0RSDR22620006050PCAR, PC+127A00004A8RD+1RD2801000281SWRD2980000468RSDR12AA2000080RDLED2BA0000418RDDR12C00000034HALT 微地址不變2D800C0098RS299移位器2E401C02800RD2F800C0058RS299移位器4. 設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）運(yùn)行幾條指令，按照系統(tǒng)的微指令格式和模型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通路框圖分析其流程，寫(xiě)出所分析機(jī)器指令的微程序。 （2）增加一條新指令，為其編制微程序。（3）編制程序，完成連加運(yùn)算。5. 設(shè)計(jì)思路（1）修改微指令：修

10、改微指令，首先要弄懂其每一位代表什么意思有什么功能，參照74LS181的功能表，我們所修改的是把AND指令修改為異或指令XOR，只需控制74LS181上的M,S0，SI,S2，S3，將算數(shù)運(yùn)算改為相應(yīng)的邏輯運(yùn)算 ，即M17 40 3D 02 80 修改為 M17 40 3E 02 80，然后對(duì)照及其軟件驗(yàn)證其正確性。（2）連加運(yùn)算設(shè)計(jì)：先輸入一個(gè)數(shù)作為控制連加的次數(shù)，然后每次輸入一個(gè)數(shù)作為要加的數(shù)，把結(jié)果放到內(nèi)存的某個(gè)空間里，實(shí)現(xiàn)連加，直到次數(shù)達(dá)到控制值。4.2、運(yùn)行程序1. 單步運(yùn)行微程序鍵入數(shù)字鍵00（PC地址從00H開(kāi)始），然后每按動(dòng)一次“單步”命令鍵，運(yùn)行一條微指令。對(duì)照微程序流程圖，

11、觀察微地址顯示燈是否和流程一致。2. 單步運(yùn)行機(jī)器程序 鍵入數(shù)字鍵03H（PC地址），然后每按動(dòng)一次“宏步”命令鍵，運(yùn)行一條機(jī)器指令。對(duì)照機(jī)器指令程序，觀察微地址顯示燈是否和流程一致。3. 程序連續(xù)運(yùn)行與暫停程序鍵入數(shù)字鍵00H（PC地址）按動(dòng)“運(yùn)行”命令鍵使模型機(jī)進(jìn)入實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。在實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)按“宏單”鍵執(zhí)行的暫停命令，使模型機(jī)進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。4.3、運(yùn)行結(jié)果上圖所示，實(shí)現(xiàn)功能為輸入循環(huán)次數(shù)R0的數(shù)值03H。上圖所示，實(shí)現(xiàn)功能為P01 B0 ; COM R0上圖所示，實(shí)現(xiàn)功能為P02 70 ; INC R0上圖所示，實(shí)現(xiàn)功能P06 36 ; ADC R1,R2上圖所示，實(shí)現(xiàn)功能為輸出運(yùn)算結(jié)果

12、R2的值，具體如下圖所示：83H第二次連加運(yùn)算之后的結(jié)果顯示：86H第三次連加運(yùn)算之后的結(jié)果顯示：89H程序終止運(yùn)行。五、程序代碼1. 修改微指令P00 84 ;IN R0P01 85 ;in R1P02 94 ;COM R0,R1P0A C0 ; HALT2. 連加運(yùn)算計(jì)算機(jī)接口部分汽車(chē)信號(hào)燈控制系統(tǒng)一、設(shè)計(jì)目的綜合應(yīng)用所學(xué)計(jì)算機(jī)接口和匯編語(yǔ)言原理和知識(shí)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)較為完整的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的能力二、實(shí)驗(yàn)環(huán)境1硬件環(huán)境：實(shí)驗(yàn)采用北京精儀達(dá)盛科技有限公司的CPU掛箱，8086CPU模塊，接口掛箱及相應(yīng)的擴(kuò)展模塊。2軟件環(huán)境：8086集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。三、設(shè)計(jì)要求

13、1、設(shè)計(jì)并制作出汽車(chē)信號(hào)燈微機(jī)控制系統(tǒng)；2、所需執(zhí)行的操作由相應(yīng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)反映，所需控制的信號(hào)燈有儀表板左/右轉(zhuǎn)彎燈、左右頭燈和左右尾燈共六類(lèi)燈，其駕駛操作與燈光信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：(1)左/右轉(zhuǎn)彎(合上左/右開(kāi)關(guān))：儀表板左/右轉(zhuǎn)彎燈、左/右頭燈、左/右尾燈閃爍。(2) 緊急開(kāi)關(guān)合上：所有燈閃爍。(3) 剎車(chē)(合上剎車(chē)開(kāi)關(guān))：左右尾燈亮。(4) 左/右轉(zhuǎn)彎剎車(chē)：儀表板左/右轉(zhuǎn)彎燈、左/右頭燈、左/右尾燈閃爍，右/左尾燈亮。(5) 剎車(chē)、合上緊急開(kāi)關(guān)：尾燈亮、儀表板燈、頭燈閃爍。(6) 左/右轉(zhuǎn)彎剎車(chē)，并合上緊急開(kāi)關(guān)：右/左尾燈亮，其余燈閃爍。(7) ?？?合上?？块_(kāi)關(guān))：頭燈、尾燈以30Hz的

14、頻率閃爍。有10種輸入選擇，影響6個(gè)燈輸出，對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表：四、設(shè)計(jì)內(nèi)容4.1、設(shè)計(jì)思想本系統(tǒng)中要求設(shè)計(jì)汽車(chē)信號(hào)燈控制系統(tǒng)，通過(guò)6盞燈的亮滅或者閃來(lái)控制10中操作，即：左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車(chē)， 緊急開(kāi)關(guān)合上，左轉(zhuǎn)彎剎車(chē)，右轉(zhuǎn)彎剎車(chē)，緊急剎車(chē)，緊急左轉(zhuǎn)剎車(chē)，緊急右轉(zhuǎn)剎車(chē)，?？俊Ｃ恳环N操作都對(duì)應(yīng)不同燈的顯示。通過(guò)8253提供的時(shí)鐘信號(hào)，8255通過(guò)C口接收，然后A口通過(guò)開(kāi)關(guān)輸入，B口通過(guò)顯示燈輸出。在該實(shí)驗(yàn)中，我們通過(guò)8090A/D實(shí)現(xiàn)對(duì)燈亮度的控制。本實(shí)驗(yàn)中我們所用到的芯片是8255和8253，是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的核心部分，下面對(duì)這些芯片做簡(jiǎn)要介紹。1)芯片82558255是一個(gè)CPU與外設(shè)之間提供了TT

15、L電平兼容的接口。8255可以工作在方式0，方式1，方式2三種方式，其中端口A可以工作在這3種不同的方式下，二端口B只能工作在方式0和方式1，端口C配合端口A和端口B工作。本實(shí)驗(yàn)中不8255A端口做輸入，B端口做輸出，C端口取出一位來(lái)通過(guò)與具有定時(shí)功能的8253芯片連接，實(shí)現(xiàn)燈閃爍這一效果。2)芯片82538253有6種工作方式，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要用到方式3，方式3又可稱為方波發(fā)生器。任一通道工作在方式3， 只在計(jì)數(shù)值n為偶數(shù)，則可輸出重復(fù)周期為n、占空比為1：1的方波。進(jìn)入工作方式3，OUTi輸出低電平， 裝入計(jì)數(shù)值后，OUTi立即跳變?yōu)楦唠娖?。如果?dāng)GATE為高電平， 則立即開(kāi)始減“1”計(jì)數(shù)

16、，OUTi保持為高電平，若n為偶數(shù)，則當(dāng)計(jì)數(shù)值減到n/2時(shí)，OUTi跳變?yōu)榈碗娖?，一直保持到?jì)數(shù)值為“0”，系統(tǒng)才自動(dòng)重新置入計(jì)數(shù)值n，實(shí)現(xiàn)循環(huán)計(jì)數(shù)。這時(shí)OUTi端輸出的周期為n×CLKi周期，占空比為1:1的方波序列； 若n為奇數(shù)， 則OUTi端輸出周期為n×CLKi周期，占空比為(n+1)/2)/(n-1)/2)的近似方波序列。如果在操作過(guò)程中， GATE變?yōu)闊o(wú)效，則暫停減“1”計(jì)數(shù)過(guò)程，直到GATE再次有效，重新從初值n開(kāi)始減“l(fā)”計(jì)數(shù)。如果要求改變輸出方波的速率， 則CPU可在任何時(shí)候重新裝入新的計(jì)數(shù)初值n，并從下一個(gè)計(jì)數(shù)操作周期開(kāi)始改變輸出方波的速率。4.2、系統(tǒng)

17、結(jié)構(gòu)圖具體設(shè)計(jì)電路圖實(shí)際接線圖4.3、系統(tǒng)接線8255CSCS0，8253CSCS1；A口接輸入（K1K8）（PA0PA7），B口接輸出（LED1LED6）（PB0PB5）；C口接CLK的輸出：CLK3CLK0，OUT0CLK1，OUT0CLK2，OUT1PC0，OUT2PC1。4.4、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表根據(jù)系統(tǒng)圖和題目要求，列出狀態(tài)表：注：輸入狀態(tài)中，0代表低電平無(wú)效，1代表高電平有效； 輸出狀態(tài)中，1/0代表燈閃，1代表燈亮，0代表燈滅。4.5、程序流程圖五、程序代碼;常量定義pa8255 equ 04a0hpb8255 equ pa8255+2pc8255 equ pa8255+4con8255

18、 equ pa8255+6clk0 equ 04b0hclk1 equ clk0+2clk2 equ clk0+4conclk equ clk0+6 ;偽指令assume cs:code code segment public org 100hstart: ;時(shí)鐘初始化;mov dx,conclk;控制寄存器mov ax,36h;計(jì)數(shù)器0，方式3 out dx,axmov dx,clk0mov ax,7Chout dx,axmov ax,92hout dx,ax;計(jì)數(shù)值927Chmov dx,conclkmov ax,76h;計(jì)數(shù)器1，方式3out dx,axmov dx,clk1mov ax

19、,04hout dx,axmov ax,0;計(jì)數(shù)值32hout dx,ax mov dx,clk2mov ax,0chout dx,axmov ax,0;計(jì)數(shù)值04hout dx,ax;8255初始化;mov dx,con8255 ;控制寄存器地址mov ax,99h;設(shè)置為A口輸入，B口輸出，C口輸入out dx,axstart1: mov dx,pa8255;A口地址in ax,dx;輸入cmp al,01h;判斷左轉(zhuǎn)彎jz ZZcmp al,02h;判斷右轉(zhuǎn)彎jz YZcmp al,04h;判斷緊急開(kāi)關(guān)合上jz L3cmp al,08h;判斷剎車(chē)jz L4 cmp al,10h;判斷左轉(zhuǎn)

20、彎剎車(chē)jz L5cmp al,20h;判斷右轉(zhuǎn)彎剎車(chē)jz L6cmp al,40h;判斷緊急剎車(chē)jz L7cmp al,80h;判斷緊急左轉(zhuǎn)彎剎車(chē)jz L8cmp al,03h;判斷緊急右轉(zhuǎn)彎剎車(chē)jz L9cmp al,05h;判斷?？縅Z L10;燈常亮mov ax,0ffhmov dx,pb8255;B口地址out dx,axjmp start1L1:jmp near ptr ZZ ;L2:jmp near ptr YZL3:jmp near ptr JJL4:jmp near ptr STOPL5:jmp near ptr LSTOPL6:jmp near ptr RSTOPL7:jmp

21、 near ptr JSTOPL8:jmp near ptr JLSTOPL9:jmp near ptr JRSTOPL10:jmp near ptr TING;左轉(zhuǎn)彎ZZ:mov dx,pc8255in ax,dxand al,01hcmp al,01hjz a1mov ax,11101010bmov dx,pb8255out dx,axjmp start1a1:mov dx,pb8255mov ax,0ffhout dx,axjmp start1;右轉(zhuǎn)彎YZ:mov dx,pc8255in ax,dxand al,01hcmp al,01hjz a2mov ax,11010101bmov

22、dx,pb8255out dx,axjmp start1a2:mov dx,pb8255mov ax,0ffhout dx,axjmp start1;緊急開(kāi)關(guān)閉合JJ: mov dx,pc8255in ax,dxand al,01hcmp al,01hjz a3mov ax,11000000bmov dx,pb8255out dx,axjmp start1a3:mov dx,pb8255mov ax,0ffhout dx,axjmp start1;剎車(chē)STOP: mov dx,pc8255in ax,dxand al,01hcmp al,01hjz a4mov ax,11111100bmov

23、dx,pb8255out dx,axjmp start1a4:mov dx,pb8255mov ax,11111100bout dx,axjmp start1;左剎車(chē)LSTOP: mov dx,pc8255in ax,dxand al,01hcmp al,01hjz a5mov ax,11101000bmov dx,pb8255out dx,axjmp start1a5:mov dx,pb8255mov ax,11111110bout dx,axjmp start1;右剎車(chē)RSTOP:mov dx,pc8255in ax,dxand al,01hcmp al,01hjz a6mov ax,11

24、010100bmov dx,pb8255out dx,axjmp start1a6:mov dx,pb8255mov ax,11111101bout dx,axjmp start1;緊急剎車(chē)JSTOP:mov dx,pc8255in ax,dxand al,01hcmp al,01hjz a7mov ax,11000000bmov dx,pb8255out dx,axjmp start1a7:mov dx,pb8255mov ax,11111100bout dx,axjmp start1;緊急左剎車(chē)JLSTOP:mov dx,pc8255in ax,dxand al,01hcmp al,01h

25、jz a8mov ax,11000000bmov dx,pb8255out dx,axjmp start1a8:mov dx,pb8255mov ax,11111110bout dx,axjmp start1;緊急右剎車(chē)JRSTOP:mov dx,pc8255in ax,dxand al,01hcmp al,01hjz a9mov ax,11000000bmov dx,pb8255out dx,axjmp start1a9:mov dx,pb8255mov ax,11111101bout dx,axjmp start1;?？縏ING:mov dx,pc8255in ax,dxand al,01hcmp al,01hjz a10mov ax,11001100bmov dx,pb8255out dx,ax call delayjmp start1a10:mov dx,pb8255mov ax,0ffhout dx,