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文檔簡介

1、計算機組成原理課 程 設 計 報 告 班級: 13級計算機科學與技術專業(yè)(朝)學號: 姓名: 題目: 成績: 課程設計任務書一、設計的目的和意義綜合運用所學計算機組成原理知識,人為模擬各部件單元中的控制信號實現常用部件電路及之間的信息通路的設計,進一步加強理論知識與應用相結合的實踐和鍛煉。通過這次設計能夠鞏固所學的知識,使自己的設計水平和對所學知識的應用能力,以及分析問題、解決問題的能力得到全面提高。二、設計班級13級計算機科學與技術專業(yè)(朝)三、設計安排1. 設計時間為一周(第十七周)。2. 周一上午動員,分配設計任務。3. 周五提交設計報告,并以答辯的方式考核。4. 按照統一安排積極與指導

2、教師保持聯系,取得老師的指導和幫助。5. 課程設計實驗室:實驗樓313室四、成績評定1. 平時成績10%,電路原理圖占30%,設計報告占30%,設計答辯占30%。2. 設計過程要保證具有獨立知識產權,不能抄襲他人的設計成果,一經發(fā)現雷同情況按不及格處理;如不參加設計、參加無設計報告按不及格處理。五、設計要求1. 設計報告應包含題目、系統概述(設計的目的和意義)、系統設計的具體說明(含操作過程)、結論、認識體會等幾部分,要對設計重點進行論述與說明。 2. 文中符號、圖、表要符合國家統一標準。3. 要畫出必要的電路原理圖。4. 編寫程序及課程設計報告(不少于1500字)。六、設計題目及要求6.1

3、8位算術邏輯運算器設計參考:實驗教程中算術邏輯運算實驗(1)系統使用的芯片:74LS181、74LS273、74LS245、LED及各種開關;(2)能實現8位二進制數的算術運算和邏輯運算;(3)能顯示參加運算的數據、顯示運算結果;6.2 位帶進位控制的運算器設計參考:實驗教程中進位控制實驗(1)系統使用的芯片:74LS181、74LS273、74LS245、74LS74、LED及各種開關;(2)能實現8位二進制數的加法運算,并產生進位;(3)能顯示參加運算的數據、顯示運算結果及進位情況;6.3 微程序控制器設計 參考:實驗教程中微程序控制器實驗(1)實現5條機器指令功能:IN、 ADD、 ST

4、A、OUT、JMP; (2)設計出上述指令的微程序流程圖及二進制代碼表; (3)編制微程序、寫入CM中并運行微程序,觀查結果; 6.4 硬布線控制器設計參考:實驗教程中硬布線控制器實驗(1)實現X+Y功能,即由輸入部分輸入兩個數據,輸出顯示結果。 (2)寫出硬布線控制器的設計步驟; (3)輸入3組數據,觀查結果,掌握硬布線控制器的組成原理; 6.5 基本模型機設計與實現參考:實驗教程中基本模型機設計實驗(1)給出模型機的設計方案(包括指令系統和硬件結構);(2)畫出所設計計算機的硬件連接圖,針對所設計的指令系統編寫出相應的微程序;(3)對所設計的計算機進行測試。6.6 復雜模型機設計與實現參考

5、:實驗教程中復雜模型機設計實驗(1)給出模型機的設計方案(包括指令系統和硬件結構);(2)畫出所設計計算機的硬件連接圖,針對所設計的指令系統編寫出相應的微程序;(3)對所設計的計算機進行測試。計算機組成原理課程設計報告1設計題目基本模型機設計與實現2實驗設備 1TDN-CM+或 TDN-CM+教學實驗系統一臺。 2 PC 微機一臺。 3實驗目的 1在掌握部件單元電路實驗的基礎上,進一步將其組成系統構造一臺基本模型計算機。 2 為其定義五條機器指令,并編寫相應的微程序,具體上機調試掌握整機概念 4實驗原理 部件實驗過程中,各部件單元的控制信號是人為模擬產生的,而本次實驗將在微程序 控制下自動產生

6、各部件單元控制信號,實現特定指令的功能。這里,計算機數據通路的控制 將由微程序控制器來完成,CPU 從內存中取出一條機器指令到指令執(zhí)行結束的一個指令周期全部由微指令組成的序列來完成,即一條機器指令對應一段微程序。 本實驗采用五條機器指令IN (輸入)、ADD(二進制加法)、STA(存數)、OUT(輸 出)、JMP(無條件轉移),其指令格式如下(前位為操作碼): 其中 IN 為單字長(位),其余為雙字長指令,××××××××為addr 對應的二進制地址碼。 為了向 RAM中裝入程序和數據,檢查寫入是否正確,并能啟動程

7、序執(zhí)行,還必須設計 三個控制臺操作微程序。 存儲器讀操作(KRD):撥動總清開關CLR 后,控制臺開關 SWB、SWA 為“”時,按 START 微動開關,可對 RAM連續(xù)手動讀操作。 存儲器寫操作(KWE):撥動總清開關CLR 后,控制臺開關 SWB、SWA 置為“” 時,按 START 微動開關可對 RAM 進行連續(xù)手動寫入。 啟動程序:撥動總清開關 CLR 后,控制臺開關 SWB、SWA 置為“”時,按 START 微動開關,即可轉入到第 01 號“取址”微指令,啟動程序運行。 上述三條控制臺指令用兩個開關 SWB、SWA 的狀態(tài)來設置,其定義如下: 根據以上要求設計數據通路框圖,如圖

8、6.5-1。微代碼定義如表 6.5-1 所示。 系統涉及到的微程序流程見圖 6.5-2,這里“取指”是公用微指令,為了能確定不同機器指令有各自不同的微程序轉向,我們在這里以指令寄存器的前位(IR7IR4)作為測試條 件,引入了 P(1)指令測試字段,如此,對于 5 條機器指令,就可以有路 P(1)測試分支,對于每一指令分別予以微程序解釋。 控制臺操作為 P(4)測試,它以控制臺開關 SWB、SWA 作為測試條件,出現了路分支,占用個固定微地址單元。當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微地址單元隨意填寫。注意:微程序流程圖上的單元地址為進制。 當全部微程序設計完畢后

9、,應將每條微指令代碼化,表 6.5-2 即為將圖 6.5-2 的微程序流程圖按微指令格式轉化而成的“二進制微代碼表”。 下面介紹指令寄存器(IR):指令寄存器用來保存當前正在執(zhí)行的一條指令。當執(zhí)行一 條指令時,先把它從內存取到指令寄存器中,然后再對其進行譯碼、執(zhí)行。指令劃分為操作 碼和地址碼字段,由二進制數構成,為了執(zhí)行任何給定的指令,必須對操作碼進行測試P(1),通過節(jié)拍脈沖 T4的控制以便識別所要求的操作?!爸噶钭g碼器”(實驗板上標有“INS DECODE”的芯片)根據指令中的操作碼譯碼強置微控器單元的微地址,使下一條微指令指向相應的微程序首地址。 本系統有兩種外部 I/O設備,一種是二進

10、制代碼開關,它作為輸入設備(INPUT DEVICE);另一種是數碼塊,它作為輸出設備(OUTPUT DEVICE)。例如:輸入時,二進制開關數據直接經過三態(tài)門送到總線上,只要開關狀態(tài)不變,輸入的信息也不變。輸出時, 將輸出數據送到數據總線上,當寫信號(W/R)有效時,將數據打入輸出鎖存器,驅動數碼 塊顯示。 本實驗設計機器指令程序如下: 5實驗步驟 (1) 按圖 6.5-3 連接實驗線路。 (2) 寫程序 方法一:手動寫入 先將機器指令對應的微代碼正確地寫入 2816 中,由于在實驗三微程序控制實驗中已將微代碼寫入 E2PROM 芯片中,對照表 6校驗正確后就可使用。 使用控制臺 KWE 和

11、 KRD 微程序進行機器指令程序的裝入和檢查。 . 使編程開關處于“RUN”,STEP 為“STEP”狀態(tài),STOP 為“RUN”狀態(tài)。 . 撥動總清開關 CLR (101),微地址寄存器清零,程序計數器清零。然后使控制臺 SWB、SWA 開關置為“0 1”,按動一次啟動開關 START,微地址顯示燈顯示 “010001”,再按動一次 START,微地址燈顯示“010100”,此時數據開關的內容置為要寫入的機器指令,按動兩次 START 鍵后,即完成該條指令的寫入。若仔細閱讀 KWE 的流程,就不難發(fā)現,機器指令的首地址總清后為零,以后每個循環(huán) PC會自動加 1,所以,每次按動 START,只

12、有在微地址燈顯示“010100”時,才設置內容,直到所有機器指令寫完。 . 寫完程序后須進行校驗。撥動總清開關 CLR (101)后,微地址清零。PC 程序計數器清零,然后使控制臺開關 SWB、SWA 為“”,按動啟動 START,微地址燈將顯示“010000”,再按START,微地址燈顯示為“010010”,第三次按 START,微地址燈顯示為“010111”,再按 START 后,此時輸出單元的數碼管顯示為該首地址中的內容。不斷按動 START,以后每個循環(huán)PC 會自動加 1,可檢查后續(xù)單元內容。每次在微地址燈顯示為“010000”時,是將當前地址中的機器指令寫入到輸出設備中顯示。 方法二

13、:聯機讀寫程序 按照規(guī)定格式,將機器指令及表 6.5-2 微指令二進制表編輯成十六進制的如下格式文件。 微指令格式中的微指令代碼為將表 6.5-2 中的24 位微代碼按從左到右分成 3 個 8 位,將此三個 8 位二進制代碼化為相應的十六進制數即可。 用聯機軟件的“【轉儲】【裝載】”功能將該格式文件裝載入實驗系統即可。 (3) 運行程序 方法一:本機運行 單步運行程序 . 使編程開關處于“RUN”狀態(tài),STEP 為“STEP”狀態(tài),STOP 為“RUN”狀態(tài)。 . 撥動總清開關 CLR(10 1),微地址清零,程序計數器清零。程序首址為00H。 . 單步運行一條微指令,每按動一次 START

14、鍵,即單步運行一條微指令。對照微程序流程圖,觀察微地址顯示燈是否和流程一致。 . 當運行結束后,可檢查存數單元(0BH)中的結果是否和理論值一致。 連續(xù)運行程序 . “STATE UNIT”中的 STEP 開關置為“EXEC”狀態(tài)。STOP 開關置為“RUN”狀態(tài)。 . 撥動 CLR 開關,清微地址及程序計數器,然后按動 START,系統連續(xù)運行程序,稍后將 STOP 撥至“STOP”時,系統停機。 . 停機后,可檢查存數單元(0BH)結果是否正確。 方法二:聯機運行 聯機運行程序時,進入軟件界面,裝載機器指令及微指令后,選擇“【運行】【通路 圖】【復雜模型機】”功能菜單打開相應動態(tài)數據通路圖

15、,按相應功能鍵即可聯機運行、 監(jiān)控、調試程序。) 總清開關 CLR 清零(101)后,將使程序首址及微程序地址為 00H,程序可從頭開始運行。 6實驗數據輸入數據結果理論值結果是否與理論值相等020303是050607是070808是040505是060707是080909是7結論(包括完成功能、不足、進一步的工作等)這次我們一組做的題目是基本模型機,這個模型機需要包括輸入INT、輸出OUT、 存數STA、加ADD、跳轉JMP、與AND這六個運算,我們實訓在實驗課階段已經安排了關于簡單模型機的學習,所以我們對設計充滿了好奇。老師給我們講授了基本的實訓課時分配,我覺得原理很清晰,我們需要將相應的

16、機器指令碼設計出來,通過計算機程序將其輸入到連接好的實驗箱上去,關于從SNUA0的24位二進制代碼,我學習過基本模型機指令結構圖,了解到微地址是以八進制來設計的,S3CN是邏輯算術運算,WE=1時代表寫,WE=0時代表讀, UA5UA0代表下址這些知識雖然很簡單,但確實是我規(guī)劃主程序流程圖的最重要依據,關于A字段,B字段,P字段,從指導書上的對應意義可以輕松的得出。關于機器指令程序階段的部分,對我來說是最難的部分,按照我先設計的流程圖將相應的地址的內容準確的告訴給實驗箱,一切銜接起來讓我覺得這個實訓很有趣味,中間走了很多彎路,當我們請教銀老師問題時,老師很細心的給我們講解,很清晰,很明了,我們很慶幸有她做我們的指導老師。其實,這個課程設計并不難,老師是想給我們找點計算機組成原理的自己的感覺,所有的都是由那些瑣碎的知識結合在一起構成的。期間,最耽誤時間、考驗耐心和細心的就是指令的存儲和機器指令的輸入。8認識體會通過一周的課程實習,對

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