復(fù)雜模型機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告課 題: 復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計(jì) 同組姓名： 陳珊（1108030416） 徐麗娜（1108030417）宋利英（1108030421）專業(yè)班級(jí)： 計(jì)科1104班 指導(dǎo)教師： 牟琦 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2013-12-31 目錄一、 課程設(shè)計(jì)目的和意義3二、復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)內(nèi)容31.數(shù)據(jù)格式32.指令格式33.指令系統(tǒng)4三、總體設(shè)計(jì)41.設(shè)計(jì)復(fù)雜模型機(jī)的監(jiān)控軟件42.設(shè)計(jì)微程序流程圖53.轉(zhuǎn)換格式54.實(shí)驗(yàn)接線65.寫(xiě)微程序和程序66.運(yùn)行程序77.驗(yàn)證8四、系統(tǒng)測(cè)試及實(shí)驗(yàn)截圖8五、總結(jié)141、 課程設(shè)計(jì)目的和意義經(jīng)過(guò)一系列硬件課程如計(jì)算機(jī)原理的學(xué)習(xí)及相關(guān)實(shí)驗(yàn)后，綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際

2、設(shè)計(jì)和應(yīng)用問(wèn)題，進(jìn)行一個(gè)綜合的系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)。培養(yǎng)實(shí)際動(dòng)手能力，進(jìn)一步提高硬件設(shè)計(jì)能力。培養(yǎng)實(shí)事求是和嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度。通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程，熟悉和掌握微機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)步驟，真正做到理論聯(lián)系實(shí)際，提高動(dòng)手能力和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。綜合運(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、復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)內(nèi)容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：其中第7位為符號(hào)位，數(shù)值表示范圍是：1X1。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、存數(shù)指令、取數(shù)指令、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

3、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 4 3 2 1 0 OP-CODERsRd其中，OP-CODE為操作碼，RS為源寄存器，RD為目的寄存器。 2 訪問(wèn)指令及轉(zhuǎn)移指令模型機(jī)設(shè)計(jì)2條訪問(wèn)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、有進(jìn)位轉(zhuǎn)移指令BZC。指令格式為：7 6 5 4 3 2 1 0 0 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為位移量（正負(fù)均可），M為尋址模式，其定義如下：尋址方式有效地址說(shuō)明00011011E=DE=（D）E=(R2)+DE=（PC）+D直接尋址間接

4、尋址R2變址尋址相對(duì)尋址本模型機(jī)規(guī)定變址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 2 1 0 OP-CODEaddrRd其中，addr=01時(shí)，選中輸入數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)組KD0KD7作為輸入設(shè)備，addr=10時(shí)，選中2位數(shù)碼管作為輸出設(shè)備。4 停機(jī)指令指令格式如下：7 6 5 4 3 2 1 0OP-CODE0 00 0HALT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，輸入輸出指令2條，其它指令1條。表3-8列出了各條指令的格式、匯編符號(hào)、指令功能。 三、

5、總體設(shè)計(jì)復(fù)雜模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路框圖如圖3-16，圖3-17所示。根據(jù)復(fù)雜模型機(jī)的硬件電路設(shè)計(jì)機(jī)器指令，再根據(jù)機(jī)器指令要求，設(shè)計(jì)微程序流程圖及微程序，最后形成16進(jìn)制文件。圖3-16圖3-17四、實(shí)驗(yàn)步驟1.設(shè)計(jì)復(fù)雜模型機(jī)的機(jī)器指令P00 44IN 01, R0 P01 46IN 01, R2 P02 98ADC R2, R0P03 81MOV R0, R1 P04 F5RLC R1, R1 P05 0CBZC 00, 00P06 00 2.設(shè)計(jì)微程序流程圖按照實(shí)驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)的微指令格式,參照微指令流程圖，設(shè)計(jì)微指令，并形成二進(jìn)制代碼表。3.轉(zhuǎn)換格式程序： P00 44 P01 46 P02 98P0

6、3 81P04 F5 P05 0C P06 00微程序：M00 088105M01 82ED0M02 50C004M03 04A004M04 A0E004M05 06E004M06 07A004M07 A0E004M08 8AED05M09 8CED05M0A 3BA004 M0B 018005 M0C 3C2004 M0D 0EA004 M0E 0FB605 M0F25EA95M10 83ED05 M11 85ED05M12 8DED05M13 A6ED05M14 011004M15 010407M16 168005M17 019A3DM18 019205M19 2AA205M1A 2CB2

7、05M1B 32A205M1C 33A205M1D 36A205M1E 378235M1F 398235M20 019004M21 018406M22 81DB05M23 E48005M24 018005M25 A0AA95M26 27A004M27 28BC05M28 29EA95 M29 A0AA95 M2A 2BB405 M2B 419B95M2C 2DA405 M2D 6EAB05 M2E 2FAA0DM2F 30AA05 M30 71810D M31 419B95M32 019A05M33 35B405M34 81DB05M35 419BBDM36 019A0DM37 38882DM

8、38 019805M39 3A881DM3A 019805M3B 080A07M3C 098A064.實(shí)驗(yàn)接線在實(shí)驗(yàn)八的基礎(chǔ)上將跳線器J13和J14由右邊相連改為左邊相連，再將IJ1連IJ2。詳細(xì)如下：a、跳線器J1J12全部撥在右邊（自動(dòng)工作方式）；b、跳線器J16、J18、J23、J24全部撥在左邊；c、跳線器J15、J19、J25全部撥在右邊，跳線器J13、J14撥在左邊；d、跳線器J20J22、J26、J27連上短路片；e、UJ1連UJ2，JSE1連JSE2，SJ1連SJ2；f、MBUS連BUS2；g、REGBUS連BUS5；h、PCBUS連EXJ2；i、ALUBUS連EXJ3；j、A

9、LUO1連BUS1；k、EXJ1連BUS3；l、ALUO2連BUS4；n、IJ1連IJ2。連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)查線無(wú)誤后接通電源。5.寫(xiě)微程序和程序 手動(dòng)方法寫(xiě)微程序參看實(shí)驗(yàn)六。手動(dòng)方法寫(xiě)代碼程序（機(jī)器指令）步驟如下：通過(guò)上一步將機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的微代碼正確地寫(xiě)入E2ROM 2816芯片后，再進(jìn)行機(jī)器指令程序的裝入和檢查。A. 將"編程開(kāi)關(guān)"置"運(yùn)行"位置，"運(yùn)行方式"開(kāi)關(guān)置"單步"位置。B. 撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)（01），微地址寄存器清零，程序計(jì)數(shù)器清零。然后使控制開(kāi)關(guān)SWC、SWA開(kāi)關(guān)置為"0 1"，按動(dòng)

10、一次"啟動(dòng)運(yùn)行"開(kāi)關(guān)，微地址顯示燈LUA0LUA5顯示"001001"，再按動(dòng)一次"啟動(dòng)運(yùn)行"開(kāi)關(guān)，微地址顯示燈LUA0LUA5顯示"001100"，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)一次"啟動(dòng)運(yùn)行"開(kāi)關(guān)，即完成該條指令的寫(xiě)入。若仔細(xì)閱讀微程序流程，就不難發(fā)現(xiàn)，機(jī)器指令的首地址只要第一次給入即可，PC會(huì)自動(dòng)加1，所以，每次按動(dòng)"啟動(dòng)運(yùn)行"開(kāi)關(guān)，只有在微地址燈顯示"001100"時(shí)，才設(shè)置內(nèi)容，直到所有機(jī)器指令寫(xiě)完。C. 寫(xiě)完程序后須進(jìn)行檢驗(yàn)。撥

11、動(dòng)總清開(kāi)關(guān)(01)后，微地址清零，PC程序計(jì)數(shù)器清零，然后使控制開(kāi)關(guān)SWC、SWA為"0 0",按動(dòng)"啟動(dòng)運(yùn)行"開(kāi)關(guān)，微地址燈將顯示"001000"，再按"啟動(dòng)運(yùn)行"開(kāi)關(guān)，微地址燈顯示為"001010"，第三次按"啟動(dòng)運(yùn)行"開(kāi)關(guān)，微地址燈顯示為"111011"，此時(shí)總線數(shù)據(jù)顯示燈LZD0LZD7顯示為該首地址的內(nèi)容，再次按動(dòng)"啟動(dòng)運(yùn)行"開(kāi)關(guān)，微地址燈顯示為"001000"，此時(shí)，2位數(shù)碼管顯示的內(nèi)容即為RAM中的數(shù)據(jù)

12、，不斷按動(dòng)"啟動(dòng)運(yùn)行"開(kāi)關(guān)，可檢查后續(xù)單元內(nèi)容。注意：每次僅在微地址燈顯示為"001000"時(shí)，2位數(shù)碼管顯示的內(nèi)容才是相應(yīng)地址中的機(jī)器指令內(nèi)容。 聯(lián)機(jī)讀/寫(xiě)微程序和程序用聯(lián)機(jī)軟件的裝載功能將16進(jìn)制格式文件（文件名為C8JHE3）裝入實(shí)驗(yàn)機(jī)即可（詳細(xì)操作見(jiàn)聯(lián)機(jī)軟件的README）。6.運(yùn)行程序 單步運(yùn)行程序A. "編程開(kāi)關(guān)"置"運(yùn)行"狀態(tài)，"運(yùn)行方式"開(kāi)關(guān)置為"單步"狀態(tài),"運(yùn)行控制"開(kāi)關(guān)置為"運(yùn)行"狀態(tài)。B. 撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)(01)，

13、微地址清零，PC計(jì)數(shù)器清零，程序首地址為OOH。C. 按動(dòng)"啟動(dòng)運(yùn)行"開(kāi)關(guān)，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和流程一致。連續(xù)運(yùn)行程序A. "編程開(kāi)關(guān)"置"運(yùn)行"狀態(tài)，"運(yùn)行方式"開(kāi)關(guān)置為"連續(xù)"狀態(tài),"運(yùn)行控制開(kāi)關(guān)置為"運(yùn)行"狀態(tài)。B. 撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)，清微地址及PC計(jì)數(shù)器，按動(dòng)"啟動(dòng)運(yùn)行"開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行程序。如果要停止程序的運(yùn)行，只需將"運(yùn)行控制"開(kāi)關(guān)置為"停止"狀態(tài)，系統(tǒng)就

14、停機(jī)。7.驗(yàn)證采用單步或連續(xù)運(yùn)行方式執(zhí)行機(jī)器指令，參照機(jī)器指令及微程序流程圖，將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與理論分析比較，驗(yàn)證系統(tǒng)執(zhí)行指令的正確性。四、系統(tǒng)測(cè)試及實(shí)驗(yàn)截圖圖1 PC清零，自動(dòng)+1在RAM中取地址為00H的指令44H圖2 從輸入設(shè)備中讀取數(shù)據(jù)1并送至R0圖3 PC自動(dòng)+1在RAM中取地址為01H的指令46H圖4 指令46H送至IR進(jìn)行譯碼并發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)圖5 從輸入設(shè)備中讀取數(shù)據(jù)2并送R2圖6 PC自動(dòng)+1取地址為02H的指令98H圖7 指令98H送至IR進(jìn)行譯碼并發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)圖8 寄存器R2中數(shù)據(jù)送至DR1圖9 寄存器R2中數(shù)據(jù)送至DR1圖10 ALU進(jìn)行加法運(yùn)算并將結(jié)果圖11 R0中數(shù)據(jù)送至R1(轉(zhuǎn)存）圖12 PC+1,取地址為（04H）的指令（F5)圖13 將指令F5H送至IR并譯碼發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)圖14 將R0中數(shù)據(jù)（3）送至移位寄存器圖15 移位寄存器進(jìn)行移位操作（數(shù)據(jù)3變?yōu)閿?shù)據(jù)6）圖16 將移位寄存器中數(shù)據(jù)存入R1圖17 PC+1，取內(nèi)存地址為05H的指令0CH圖18 將指令0CH送至IR并譯碼發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)圖19 PC+1,取地