機(jī)組課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 計(jì)算機(jī)組成原理 課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué) 院： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 2013年1月5日目錄一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備3三、實(shí)驗(yàn)原理31. 微程序控制電路32、微指令格式43、三條機(jī)器指令54、微程序流程圖6四、實(shí)驗(yàn)步驟71、連接實(shí)驗(yàn)線路72、根據(jù)指令系統(tǒng)編寫程序83、運(yùn)行程序9五、心得體會(huì)10一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握微程序控制器的組成原理。2. 掌握微程序的編制、寫入，觀察微程序的運(yùn)行。3. 在“微程序控制器的組成與微程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”的基礎(chǔ)上，將第一部分中的各單元組成系統(tǒng)，構(gòu)造一臺(tái)基本模型計(jì)算機(jī)。4. 根據(jù)定義的五條機(jī)器指令，編寫相應(yīng)的微程序，并運(yùn)行，形成整機(jī)概念。2、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 E

2、L-JY-II型計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，排線若干。3、 實(shí)驗(yàn)原理 1.微程序控制電路 圖中運(yùn)算器ALU由U7U10四片74LS181構(gòu)成，暫存器1由U3、U4兩片74LS273構(gòu)成，暫存器2由U5、U6兩片74LS273構(gòu)成。微控器部分控存由U13U15三片2816構(gòu)成。除此之外，CPU的其它部分都由EP1K10集成（其原理見系統(tǒng)介紹部分）。存儲(chǔ)器部分由兩片6116構(gòu)成16位存儲(chǔ)器，地址總線只有低八位有效，因而其存儲(chǔ)空間為00HFFH。輸出設(shè)備由底板上的四個(gè)LED數(shù)碼管及其譯碼、驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，當(dāng)D-G和W/R均為低電平時(shí)將數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)送入數(shù)碼管顯示。在開關(guān)方式下，輸入設(shè)備由16位電平開關(guān)

3、及兩個(gè)三態(tài)緩沖芯片74LS244構(gòu)成，當(dāng)DIJ-G為低電平時(shí)將16位開關(guān)狀態(tài)送上數(shù)據(jù)總線。在鍵盤方式或聯(lián)機(jī)方式下，數(shù)據(jù)可由鍵盤或上位機(jī)輸入，然后由監(jiān)控程序直接送上數(shù)據(jù)總線，因而外加的數(shù)據(jù)輸入電路可以不用注：本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線為16位，指令、地址和程序計(jì)數(shù)器均為8位。當(dāng)數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)打入指令寄存器、地址寄存器和程序計(jì)數(shù)器時(shí)，只有低8位有效。 圖1.微程序控制電路2、 微指令格式 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的微程序字長共24位，其控制位順序如下：24232221201918171615 14 1312 11 109 8 7654321S3S2S1S0MCnWE1A1BF1F2F3uA5uA4uA3uA2uA1uA

4、0 、三個(gè)字段的編碼方案如表1： F1字段F2字段F3字段15 14 13選擇12 11 10選擇9 8 7選擇0 0 0LDRi0 0 0RAG0 0 0P10 0 1LOAD0 0 1ALU-G0 0 1AR0 1 0LDR20 1 0RCG0 1 0P30 1 1自定義0 1 1自定義0 1 1自定義1 0 0LDR11 0 0RBG1 0 0P21 0 1LAR1 0 1PC-G1 0 1LPC1 1 0LDIR1 1 0299-G1 1 0P 41 1 1無操作1 1 1無操作1 1 1無操作 表1系統(tǒng)涉及到的微程序流程見圖8-2（圖中各方框內(nèi)為微指令所執(zhí)行的操作，方框外的標(biāo)號(hào)為該條

5、微指令所處的八進(jìn)制微地址）?？刂撇僮鳛镻4測(cè)試，它以CA1、CA2作為測(cè)試條件，出現(xiàn)了寫機(jī)器指令、讀機(jī)器指令和運(yùn)行機(jī)器指令3路分支，占用3個(gè)固定微地址單元。當(dāng)分支微地址單元固定后，剩下的其它地方就可以一條微指令占用控存一個(gè)微地址單元隨意填寫。機(jī)器指令的執(zhí)行過程如下：首先將指令在外存儲(chǔ)器的地址送上地址總線，然后將該地址上的指令傳送至指令寄存器，這就是“取指”過程。之后必須對(duì)操作碼進(jìn)行P1測(cè)試，根據(jù)指令的譯碼將后續(xù)微地址中的某幾位強(qiáng)制置位，使下一條微指令指向相應(yīng)的微程序首地址，這就是“譯碼”過程。然后才順序執(zhí)行該段微程序，這是真正的指令執(zhí)行過程。在所有機(jī)器指令的執(zhí)行過程中，“取指”和“譯碼”是必不

6、可少的，而且微指令執(zhí)行的操作也是相同的，這些微指令稱為公用微指令，對(duì)應(yīng)于圖1中01、02、75地址的微指令。75地址為“譯碼”微指令，該微指令的操作為P（1）測(cè)試，測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)多路分支。本實(shí)驗(yàn)用指令寄存器的前4位（I7-I4）作為測(cè)試條件，出現(xiàn)12路分支，占用12個(gè)固定微地址單元。如I7I4相同，則還需進(jìn)行P2測(cè)試，以指令寄存器的I3、I2位作為測(cè)試條件，以區(qū)分不同的指令，如MOV指令和IN、OUT指令。三條機(jī)器指令 其指令格式如下：助記符機(jī)器指令碼說明THADD0000 0000 1001 0100二進(jìn)制三個(gè)數(shù)的加法，Ax+Bx+CxAxNOTEO0000 0000 1010 0100二進(jìn)制

7、兩個(gè)數(shù)異或非，Ax BxAxEXCOR0000 0000 1100 0100二進(jìn)制兩個(gè)數(shù)異或， Ax BxAx 表2 在機(jī)器指令的執(zhí)行過程中，從CPU從內(nèi)存取出一條機(jī)器指令到執(zhí)行結(jié)束為一個(gè)指令周期，指令由微指令組成的序列來完成，一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一段微程序。另外，讀、寫機(jī)器指令也分別由相應(yīng)的微程序段來完成。 為了向RAM中裝入程序和數(shù)據(jù)，檢查寫入是否正確，并能啟動(dòng)程序執(zhí)行，必須設(shè)計(jì)三個(gè)控制操作微程序。存儲(chǔ)器讀操作（MRD）：撥動(dòng)清零開關(guān)CLR對(duì)地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸入CA1、CA2為“00”時(shí)，按“單步”鍵，可對(duì)RAM連續(xù)讀操作。 存儲(chǔ)器寫操作（MWE）：撥動(dòng)清零開關(guān)CLR對(duì)地址、指

8、令寄存器清零后，指令譯碼輸入CA1、CA2為“10”時(shí)，按“單步”鍵，可對(duì)RAM連續(xù)寫操作。啟動(dòng)程序（RUN）：撥動(dòng)開關(guān)CLR對(duì)地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸入CA1、CA2為“11”時(shí)，按“單步”鍵，即可轉(zhuǎn)入到第01號(hào)“取指”微指令，啟動(dòng)程序運(yùn)行。注：CA1、CA2由控制總線的E4、E5給出。鍵盤操作方式時(shí)由監(jiān)控程序直接對(duì)E4、E5賦值，無需接線。開關(guān)方式時(shí)可將E4、E5接至控制開關(guān)CA1、CA2，由開關(guān)來控制4. 微程序流程圖 控制開關(guān) 00 P(4)測(cè)試 MWE（01） MRD(00) RUN(11) PC AR,PC+1 11 PC AR,PC+1 10 13 (D_INPUT)

9、D_BUS LT1 14 RAM D_BUS LT1 12 01 LT1 RAM 74 LT1 LED 73 開始 圖2微程序流程圖根據(jù)本實(shí)驗(yàn)程序流程圖設(shè)計(jì)的二進(jìn)制微代碼表：微地址S3S2S1 S0 M CN WE 1A 1B F1F2F3UA5-UA0000000000000000111111110001000000001000000000101101101000010000010000000010 110111111111101001000000000000 101 101 101001010001001000000000 101101 101001100001010000000010 1

10、00111111111011001011000000000111111111000001001100000000011 100111111111100010000000000000101101 101100101010100000000000111111100010101010101000000101111 000111000001010111000000011 000111111000001011001000000000100 000111101010011010000000000 100 000111101100011100000000000 100 0001111100111000010

11、00000010 000111111000001100010000000010 001 111 101000001100101000000000111 111 100100000101010000000000010100111101011101011100101000100001111101000101000000000000010010111101001101001100101000000001111000001101100000000000010100111101101101101100110000000 001111000001110011000000000010100111110101

12、110101011010000000001111000001111011000001101111001111001000111100111111110111001111001001111101000000010110111000010000 表3 二進(jìn)制微代碼表四、實(shí)驗(yàn)步驟1、連接實(shí)驗(yàn)線路實(shí)驗(yàn)連線圖如圖8-3所示。連線時(shí)應(yīng)按如下方法：對(duì)于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對(duì)于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。在圖83接線圖上更改如下接線：斷開控制總線C1C6和F4F1上的接線數(shù)據(jù)輸入電路DIJ1 接 數(shù)據(jù)總線BD7-BD0數(shù)據(jù)輸入電路DIJ2 接 數(shù)據(jù)總線BD1

13、5-BD8數(shù)據(jù)輸入電路DIJ-G 接 I/O控制電路Y3微控器接口UAJ1 接 控制開關(guān)電路UA5-UA0脈沖源及時(shí)序電路fin 接 脈沖源及時(shí)序電路f/8脈沖源及時(shí)序電路T4T1 接 控制總線T4-T1控制開關(guān)電路CA1 接 控制總線E4控制開關(guān)電路CA2 接 控制總線E52、 根據(jù)指令系統(tǒng)編寫程序地址 機(jī)器指令 助記符00H 0000 0100 37HAx01H 0011 0111 02H 0000 0101 45HBx03H 0100 010104H 1010 0100 Ax BxAx05H 0100 0100 AxDISP06H 0100 1000 aAx07H 0100 1001 b

14、Bx08H 0100 1010 cCx09H 1001 0100 a+b+cDISP0AH 0100 0100 AxDISP0BH 0100 1000 dAx0CH 0100 1001 eBx0DH 1100 0100 Ax BxAx0EH 0100 0100 AxDISP0FH 0000 1000 JMP00H10H 0000 0000 表4 3運(yùn)行程序：1).寫微代碼 ：首先將微程序控制電路上的開關(guān)K1K2K3撥到寫入狀態(tài)，即K1 off、K2 on、K3 off，然后將24位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān)K4撥到on狀態(tài)。置控制開關(guān)UA5 UA0=“000000”，輸入微地址“000000

15、”， 置24位微代碼開關(guān)MS24-MS1為：“00000000 01111111 10001000”，輸入24位二進(jìn)制微代碼,即“007F88”，按【單步】，微地址燈顯示“000 000”，寫入微代碼。保持K1K2K3K4狀態(tài)不變，寫入表3的所有微代碼。2).讀微代碼并驗(yàn)證結(jié)果：將微程序控制電路上的開關(guān)K1K2K3撥到讀出狀態(tài)，即K1 off、K2 off、K3 on，然后將24位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān)K4撥到off狀態(tài)。置控制開關(guān)UA5 UA0=“000000”，輸入微地址“000000”， 按【單步】，微地址燈顯示“000 000”，24位微代碼顯示“00000000 0111111

16、1 10001000”，即第一條微代碼。保持K1K2K3K4狀態(tài)不變，改變UA5 UA0微地址的值，讀出相應(yīng)的微代碼，并和表3的微代碼比較，驗(yàn)證是否正確。如發(fā)現(xiàn)有誤，則需重新輸入該微地址相應(yīng)的微代碼。3).寫機(jī)器指令將微程序控制電路上的開關(guān)K1K2K3撥到運(yùn)行狀態(tài)，即K1 on、K2 off、K3 on，然后將24位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān)K4撥到off狀態(tài)。撥動(dòng)控制開關(guān)電路上的清零開關(guān)CLR，對(duì)地址寄存器、指令寄存器清零。確定清零后，把控制開關(guān)、置為“10”，按動(dòng)一次【單步】按鈕，微地址顯示燈顯示“001001”，再按動(dòng)一次【單步】，微地址燈顯示 “001100”，此時(shí)通過數(shù)據(jù)輸入電路的

17、開關(guān)輸入要寫入的機(jī)器指令，置D15-D0=“000000000100 1000”，按【單步】，即完成本實(shí)驗(yàn)的第一條機(jī)器。再按【單步】，微地址顯示燈（黃色）顯示“111100”，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“0000000001001000”，即輸入的機(jī)器指令。再連續(xù)按【單步】，微地址顯示燈（黃色）顯示“001100”時(shí)，按上面的方法通過數(shù)據(jù)輸入電路的開關(guān)輸入第二條機(jī)器指令指令“000000000000 0101”，直至寫完表4的所有二進(jìn)制機(jī)器指令。注意，每當(dāng)微地址顯示燈顯示“001100”時(shí)，地址指示燈自動(dòng)加1顯示。4).讀機(jī)器指令及校驗(yàn)機(jī)器指令：撥動(dòng)控制開關(guān)電路上的清零開關(guān)CLR，對(duì)地址寄存器、指令寄

18、存器清零，清零結(jié)果是微地址指示燈（6個(gè)黃色指示燈）和地址指示燈（8個(gè)黃色指示燈，在地址寄存器電路上）全滅，置、開關(guān)置為“00”， 連續(xù)按【單步】鍵，微地址顯示燈（黃色）顯示從“000000”開始，然后按“001000”、 “001010” 、“111011”方式循環(huán)顯示。當(dāng)微地址燈再次顯示為“001000”時(shí)，輸出顯示數(shù)碼管上顯示寫入的機(jī)器指令。讀的過程注意微地址顯示燈，地址顯示燈和數(shù)據(jù)總線指示燈的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如果發(fā)現(xiàn)機(jī)器指令有誤，則需重新輸入機(jī)器指令。機(jī)器指令存放在RAM里，掉電丟失，故斷電后需重新輸入。5).運(yùn)行程序?qū)⑽⒊绦蚩刂齐娐飞系拈_關(guān)K1K2K3撥到運(yùn)行狀態(tài)，即K1 on、K2 off、K3 on，然后將24位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān)K4撥到off狀態(tài)。撥動(dòng)控制開關(guān)電路上的清零開關(guān)CLR，對(duì)地址寄存器、指令寄存器清零，清零結(jié)果是微地址指示燈和地址指示燈全滅，使程序的入口地址位00H，置、開關(guān)置為“11”連續(xù)按【單步】，當(dāng)微地址顯示燈顯示“010 100”時(shí)，通過數(shù)據(jù)輸入電路輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)， 再連續(xù)按【單步】來運(yùn)行程序。實(shí)驗(yàn)結(jié)果參照鍵盤實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。00H05H是邏輯異或非運(yùn)算，對(duì)0037H0045H進(jìn)行邏輯非運(yùn)算結(jié)果為FF8DH與計(jì)算結(jié)果相符。060AH是三個(gè)數(shù)相加運(yùn)算。0B0EH是邏輯異或運(yùn)算。5 心得體會(huì)通過這次的計(jì)組課程設(shè)計(jì)，自己對(duì)計(jì)算