組成原理課程設(shè)計(jì)(復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn))

1、實(shí)用文案復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康木C合運(yùn)用所學(xué)計(jì)算機(jī)原理知識(shí)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)較為完整的計(jì)算機(jī)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備TDNCM計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。三、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)碼表示法表示數(shù)據(jù)，且字長(zhǎng)為8 位，其格式如下：D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0符號(hào)尾數(shù)2. 指令格式模型機(jī)設(shè)計(jì)四大類指令共十六條，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) 7 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：D7 D6 D5 D4D3 D2D1 D0OP CODErsrd其中， OP CODE為操作碼， r

2、s 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00R001R110R27 條算術(shù)邏輯指令的名稱、功能和具體格式見(jiàn)表2) 訪存指令及轉(zhuǎn)移指令標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案模型機(jī)設(shè)計(jì) 2 條訪存指令存數(shù)（ STA）和取數(shù)（ LDA）， 2 條轉(zhuǎn)移指令無(wú)條件轉(zhuǎn)移（ JMP）和結(jié)果為零或有進(jìn)位轉(zhuǎn)移指令（ BZC），這 4 條指令長(zhǎng)度為 2 個(gè)字節(jié)，其指令格式為：D7 D6D5 D4D3 D2D1 D00 0MOP 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 為偏移量（正負(fù)均可） ， M為尋址模式，其定義如下：尋址模式 M有效地址 E說(shuō)

3、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(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：D7 D6 D5 D4D3 D2D1 D0OP 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：D7 D6 D5 D4D3 D2D1 D0OP CODE0000HALT指令用于實(shí)現(xiàn)停機(jī)操作。3. 指令

4、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，表列出了各條指令的標(biāo)準(zhǔn)格式、匯編符號(hào)、指令功能。表 1助記符號(hào)CLR rdMOV rs，rdADC rs ，rdSBC rs ，rdINC rdAND rs ，rdCOM rdRRC rs ，rdRLC rs ，rdLDA M, D, rdSTA M, D, rdJMP M, DBZC M, D實(shí)用文案指令格式011100rd1000rsrd1001rsrd1010rsrd1011rd1100rsrd1101rd1110rsrd1111rsrdr00M00dDr00M01

5、dr00M10dDr00M11dD功能0 rdrs rdrs+rd+cy rdrs-rd-cy rdrd+1 rdrs rd rdrd rdcyrsrs rdcyrsrs rdE rsrd EE PC當(dāng) CY 1或 Z 1， E PC標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案010001raddr rdIN addr, rddrd addrOUT addr, rdr010101dHALT01000000停機(jī)四、總體設(shè)計(jì)本模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路框圖如圖所示。BUS地址總線ALU-BS2S3AR(74273)ALU(74181)MLDARMEM （ 6116 ）S1CNT3S0CEPC-BW/RCEOUTPUTPC （74161 ）

6、 LOADDR1(74273)DR2(74273)CELDDRLDDRLDPCLED-BW/R1T42 T4T4數(shù)據(jù)總線R0-BR2-BR2(74374)W/RCS0CS1 SW-BR0(74374) R1-B R1(74374)時(shí)序微控器LDR0LDR1LDR2CS2T4CET4T4INPUTIR （ 74273 ）LDIRT3CPU圖 1： 數(shù)據(jù)通路圖根據(jù)機(jī)器指令系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)微程序流程圖及確定微地址如下：標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案12000S2序R程U R)A 1BI微+1C-(行C PM SPPAU運(yùn)R B7912037左1C97R2位 移0L-R-進(jìn) 環(huán)9096R7帶2900361C9位 移7R

7、20R進(jìn) 環(huán)-R-90帶 右9R2516S13SdR6U0MUDBrBO-C-S1SdURU4rBDB5331261S6SdRR-0DUDUD2rBBR N-D-A-S-S+SsUdU1UrBrBRB3DS12d136CUR-r0BD1N+-I-1SSdURU2rB4DB562S113S555RUR-R位CUDBD2DBR進(jìn)U-D-S-SMS-S帶sUAU1UrBR BRB13DS12S2d1355-CURUR2r0BDBDR DD-A-+SSSsUdU1UrBrBRB0Dd130VrO-MsrR7S1LC2Ud0B00r-020-臺(tái)=SUU制6LB1A控20PL OHTST1d0r-1RD3

8、)2A1W1S(,PBRWS()000(D2)WRKA 1 +(- CPC P P4102S12URBD-MSAURB7D2EL-1RD5S1)12U0TB12U0RO-(1dEArW+1K-C4SdCP0P2UrN B I - S W U S B367010)2S142551R4SR4對(duì)URR-RA 1BDUD2A2D相+BRR- C-D-D-(C PM S-S+S+S1PAUCU1U1U1RBPBRBRBDD256750)2S112141R1R4址1URR-RABDD2A2D+RR變-D-D-C-)+S+-(C PMS11U1S0PAURRBRU1RB(DDB15670)2SR0S10SR

9、R04接1UAURUAABBDB間+-C-(C PMSMSMS1PAUAUAU0RBRBRB0340)2S10SR04接1U RU RABDBA直+-C-S(C PM SM U0PAUAB0R BR4 S2U 1 B R D - ) -W SS UB()2(P03 MAR-1RD34DAL24SCPUPBM-J-S1URBD14SMAUABRTS-dSrUB04SdUrDBA-LSMUABR4140N416SC 0)UPB3(-P1SY RUDB101010標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案圖 2：微程序流程圖根據(jù)流程圖，確定如下微程序：微程序：$M00018108$M2205DB81$M0101ED82$M230

10、180E4$M0200C050$M24018001$M0300A004$M2595AAA0$M0400E0A0$M2600A027$M0500E006$M2701BC28$M0600A007$M2895EA29$M0700E0A0$M2995AAA0$M0801ED8A$M2A01B42B$M0901ED8C$M2B959B41$M0A00A03B$M2C01A42D$M0B018001$M2D65AB6E$M0C00203C$M2E0D9A01$M0D00A00E$M2F01AA30$M0E01B60F$M300D8171$M0F95EA25$M31959B41$M1001ED83$M320

11、19A01$M1101ED85$M3301B435$M1201ED8D$M3405DB81$M1301EDA6$M35B99B41$M14001001$M360D9A01$M15030401$M37298838$M16018016$M38019801$M173D9A01$M3919883A$M18019201$M3A019801標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案$M1901A22A$M3B070A08$M1A01B22C$M3C068A09$M1B01A232$M1C01A233$M1D01A236$M1E318237$M1F318239$M20009001$M21028401驗(yàn)證程序：助記符機(jī)器碼IN 01, R

12、0$P0044IN 01, R2$P0146SBC R2,R0$P02A8MOV R0, R1$P0381RLC R1, R1$P04F5OUT R1,R1$P0559HALT$P0660指令功能 ：在實(shí)驗(yàn)板的數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)手動(dòng)輸入一個(gè)數(shù)存到R0 寄存器里，在輸入另一個(gè)數(shù)到 R2 寄存器里，然后用R2-R0 存到 R0 寄存器里，接著把R0 里的數(shù)轉(zhuǎn)存到 R1 寄存器，然后再把 R1 的數(shù)左移一位存到 R1，接著在數(shù)碼管顯示輸出當(dāng)前 R1 寄存器里的數(shù)，最后停止。五、實(shí)驗(yàn)步驟1. 按圖連接實(shí)驗(yàn)線路標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案2. 寫(xiě)入程序1) 手動(dòng)寫(xiě)入A.按如下步驟講微代碼寫(xiě)入微控器中的存儲(chǔ)器2816 中：將編程開(kāi)

13、關(guān)置為 PROM（編程）狀態(tài)。將實(shí)驗(yàn)板上“ STATEUNIT”中的“ STEP”置為“ STEP”，“ STOP”置為“ RUN”狀態(tài)。用二進(jìn)制模擬開(kāi)關(guān)置微地址MA5MA0。在 MK24MK1開(kāi)關(guān)上置微代碼，24 位開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng) 24 位顯示燈，開(kāi)關(guān)量置為“ 0”時(shí)燈亮，開(kāi)關(guān)量為“1”時(shí)燈滅。啟動(dòng)時(shí)序電路（按動(dòng)啟動(dòng)按鈕“START”），即將微代碼寫(xiě)入到 2816的相應(yīng)地址對(duì)應(yīng)的單元中。重復(fù)步驟，將所有的微代碼寫(xiě)入2816 中。B. 按如下步驟校驗(yàn)微代碼將編程開(kāi)關(guān)置為 READ（校驗(yàn)）狀態(tài)。將實(shí)驗(yàn)板上“ STATE UNIT”中的“ STEP”置為“ STEP”，“ STOP”置為“ RUN”狀態(tài)

14、。用二進(jìn)制模擬開(kāi)關(guān)置微地址MA5MA0。啟動(dòng)時(shí)序電路（按動(dòng)啟動(dòng)按鈕“START”），讀出微代碼。觀察顯示燈 MD24 MD1的狀態(tài)（燈亮為“0”，滅為“ 1”），檢查讀出的微代碼是否與寫(xiě)入的相同。如果不同，則將開(kāi)關(guān)置于PROM編程狀態(tài)，重新執(zhí)行）即可。C.按如下步驟使用KWE微程序進(jìn)行機(jī)器指令程序的裝入。使編程開(kāi)關(guān)處于“RUN”， STEP為“ STEP”狀態(tài)， STOP為“ RUN”狀態(tài)。撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān) CLR（0 1 0），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“ 0 1 ”，并按動(dòng)一次 START，微地址顯示燈顯示“ 010001”。再按動(dòng)一次 START，微

15、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(xiě)入的機(jī)器指令。再按動(dòng)兩次START鍵后，即完成該條指令的寫(xiě)入，并且微地址顯示燈顯示“010001”。（注：由 KWE的流程圖可知，該流程每執(zhí)行一次，將向PC 寄存器所指向的存儲(chǔ)器單元中寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，并且將PC加 1。）如果還需要向存儲(chǔ)器中輸入數(shù)據(jù)，則需重復(fù)重新執(zhí)行。D.按如下步驟使用KRD微程序進(jìn)行機(jī)器指令程序的檢查。使編程開(kāi)關(guān)處于“RUN”， STEP為“ STEP”狀態(tài)， STOP為“ RUN”狀態(tài)。撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān) CLR（0 1 0），微地址寄存器清零，程序計(jì)數(shù)器清標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案零，然后使控制臺(tái)SWB、SWA開(kāi)關(guān)置為“ 0 0”

16、， 并按動(dòng)一次啟動(dòng)開(kāi)關(guān) START，微地址顯示燈顯示“ 010000”。 再按動(dòng)一次 START，微地址燈顯示“ 010010”，第三次按動(dòng) STRAT，微地址燈顯示為“ 010111”，再按動(dòng) STRAT后此時(shí)輸出單元的數(shù)碼管顯示為 PC寄存器所指單元的內(nèi)容。 （注：由 KRD的流程圖可知，該流程每執(zhí)行一次，將顯示 PC 寄存器所指向的存儲(chǔ)器單元中一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，并且將 PC加 1。）如果還需要檢查存儲(chǔ)器中其他單元的數(shù)據(jù)，則需重復(fù)重新執(zhí)行。2) 聯(lián)機(jī)讀 / 寫(xiě)程序?qū)⑽⒋a寫(xiě)入文本文件中，通過(guò)聯(lián)機(jī)軟件載入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。3. 運(yùn)行程序1) 本機(jī)運(yùn)行A. 單步運(yùn)行程序使編程開(kāi)關(guān)處于 “ RUN”狀態(tài)，

17、 STEP為“STEP”狀態(tài)， STOP為“ RUN”狀態(tài)。撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān) CLR（0 1 0），微地址寄存器清零，程序計(jì)數(shù)器清零。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)照微程序流程圖，觀察微地址顯示燈是否與流程一致。當(dāng)運(yùn)行結(jié)束后，可檢查存數(shù)單元（0BH）中的結(jié)果是否和理論計(jì)算結(jié)果一致。B. 連續(xù)運(yùn)行程序使編程開(kāi)關(guān)處于 “ RUN”狀態(tài)， STEP為“EXEC”狀態(tài)， STOP為“ RUN”狀態(tài)。撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)CLR（0 1 0），微地址寄存器清零，程序計(jì)數(shù)器清零。按動(dòng) START鍵，系統(tǒng)將連續(xù)運(yùn)行程序，直至將STOP撥至“ STOP”狀態(tài)。當(dāng)運(yùn)行結(jié)束后，可檢查存數(shù)單元（0BH）中的結(jié)果是否和理論計(jì)算結(jié)果一致。2) 聯(lián)機(jī)運(yùn)行聯(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，運(yùn)行即可。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案圖 3：實(shí)驗(yàn)連接圖六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)：這次課程設(shè)計(jì)中，基于前幾次實(shí)驗(yàn)中，對(duì)計(jì)算機(jī)的大致組成以及運(yùn)行原理有了初步的了解，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)板也比較熟悉了，所以按照實(shí)驗(yàn)連接圖連線也比較上手了，經(jīng)過(guò)那么多次實(shí)驗(yàn)，覺(jué)得標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案連線最重要的就是認(rèn)真，如果一開(kāi)小差就會(huì)出錯(cuò)，每連完一條線之后，都要檢查一遍，看是否連錯(cuò)，這告訴我們，做每一件事都要認(rèn)認(rèn)真真的完成，容不得一絲馬虎，否則只會(huì)