基本模型機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、目 錄緒 論- 1 -1、 課設(shè)目的- 1 -2、課設(shè)意義- 1 -一、實(shí) 驗(yàn) 原 理- 2 -線(xiàn) 路 連 接 圖- 6 -三、 實(shí) 驗(yàn) 步 驟- 6 -四、運(yùn)行調(diào)試及結(jié)果分析- 9 -五、設(shè)計(jì)體會(huì)與小結(jié)- 13 -六、參 考 文 獻(xiàn)- 14 -七、 附 錄- 15 -緒 論1、 課設(shè)目的(1). 在掌握部件單元電路實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將其組成系統(tǒng)構(gòu)造一臺(tái)基本模型計(jì)算機(jī)。(2).為其定義五條機(jī)器指令，并編寫(xiě)相應(yīng)的微程序，具體上機(jī)調(diào)試掌握整機(jī)概念。2、課設(shè)意義 掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成及內(nèi)部工作機(jī)制,理解計(jì)算機(jī)各功能部件工作原理的基礎(chǔ)上,深入掌握數(shù)據(jù)信息流和控制信息流的流動(dòng)過(guò)程,進(jìn)一步加深計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

2、各模塊間相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)和整機(jī)的概念,培養(yǎng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試計(jì)算機(jī)的技能,在設(shè)計(jì)實(shí)踐中提高應(yīng)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。一、實(shí) 驗(yàn) 原 理1在部件實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，各部件單元的控制信號(hào)是人為模擬產(chǎn)生的，而本實(shí)驗(yàn)將能在微過(guò)程控制下自動(dòng)產(chǎn)生各部件單元控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)特定的功能。實(shí)驗(yàn)中，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通路的控制將由微過(guò)程控制器來(lái)完成，CPU從內(nèi)存中取出一條機(jī)器指令到指令執(zhí)行結(jié)束的一個(gè)指令周期，全部由微指令組成的序列來(lái)完成，即一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序。2指令格式（1）指令格式采用寄存器直接尋址方式，其格式如下：位 7654 3210功能OP-CODErsrd其中，OP-CODE為操作碼，rs為源寄存器，rd為

3、目的寄存器，并規(guī)定：Rs或rd選定的寄存器000110R0R1R2助記符機(jī)器指令碼Addr地址碼功能說(shuō)明I INAD ADD addrST STA addrOU OUT addrJM JMP addr0 0H1 0H XX H2 0H XX H3 0H XX H4 0H XX H“INPUT”中的數(shù)據(jù)R0R0+addr ->R0R0 -> addraddr -> BUSaddr PC其中IN為單字長(zhǎng)（8位二進(jìn)制），其余為雙字長(zhǎng)指令，XX H 為addr對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制地址碼。為了向RAM中裝入程序和數(shù)據(jù)，檢查寫(xiě)入是否正確，并能啟動(dòng)程序執(zhí)行，還必須設(shè)計(jì)三個(gè)控制臺(tái)操作微程序。1、存

4、儲(chǔ)器讀操作（KRD）：下載實(shí)驗(yàn)程序后按總清除按鍵（CLR）后，控制臺(tái)SWA、SWB為“0 0”時(shí)，可對(duì)RAM連續(xù)手動(dòng)讀入操作。2、存儲(chǔ)器寫(xiě)操作（KWE）：下載實(shí)驗(yàn)程序后按總清除按鍵（CLR）后，控制臺(tái)SWA、SWB為“0 1”時(shí)，可對(duì)RAM連續(xù)手動(dòng)寫(xiě)操作。3、啟動(dòng)程序（RP）：下載實(shí)驗(yàn)程序后按總清除按鍵（CLR）后，控制臺(tái)SWA、SWB為“1 1”時(shí)，即可轉(zhuǎn)入到微地址“01”號(hào)“取指令”微指令，啟動(dòng)程序運(yùn)行。SWBSWA控制臺(tái)指令001011讀內(nèi)存（KRD）寫(xiě)內(nèi)存（KWE）啟動(dòng)程序（RP）24232221201918171615 14 1312 11 10987654321S3S2S1S0MC

5、nWEA9A8ABCuA5uA4uA3uA2uA1uA0 表1 24位微代碼定義A字段B字段C字段151413選擇121110選擇987選擇000000000001LDRi001RS-B001P（1）010LDDR1010010011LDDR2011011100LDIR100100P（4）101LOAD101ALU-B101LDAR110LDAR110PC-B110LDPC表2 A、B、C各字段功能說(shuō)明系統(tǒng)涉及到的微程序流程見(jiàn)圖1。當(dāng)執(zhí)行“取指令”微指令時(shí)，該微指令的判斷測(cè)試字段為P(1)測(cè)試。由于“取指令”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P(1)的測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)多路分支（見(jiàn)圖1左圖）

6、。用指令寄存器的高4位（IR7-IR4）作為測(cè)試條件，出現(xiàn)5路分支，占用5個(gè)固定地址單元?？刂婆_(tái)操作為P(4)測(cè)試（見(jiàn)圖1右圖），它以控制臺(tái)信號(hào)SWB、SWA作為測(cè)試條件，出現(xiàn)了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制存儲(chǔ)器的一個(gè)微地址單元，隨意填寫(xiě)。注意：微程序流程圖上的微地址為8進(jìn)制！ 圖1 微程序流程圖(注：圖中的DR1應(yīng)改為DR0, DR2應(yīng)改為DR1) 當(dāng)全部微程序設(shè)計(jì)完畢后，應(yīng)將每條微指令代碼化，表3即為圖1的微程序流程圖按微指令格式轉(zhuǎn)化而成的“二進(jìn)制微代碼表”。微地址微指令S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8A

7、BCUA5UA0000181100000000110000001000100000100ED820000000011101101100000100200C0480000000011000000010010000300E0040000000011100000000001000400B0050000000010110000000001010501A20600000001101000100000011006919A011001000110011010000000010700E00D000000001110000000001101100010010000000000010000000000011100

8、ED830000000011101101100000111200ED870000000011101101100001111300ED8E0000000011101101100011101400ED9600000001111011011001011015038201000000110000010000000011600E00F0000000011100000000011111700A0150000000010100000000101012001ED920000000111101101100100102101ED940000000111101101100101002200A010000000001

9、010000000010000230080010000000010000000000000012406201100000110001000000001000125070A010000011100001010000000012600D181000000001101000110000001 表3 二進(jìn)制微代碼表線(xiàn) 路 連 接 圖 圖2 線(xiàn)路連接圖3、 實(shí) 驗(yàn) 步 驟1. 按圖1連接實(shí)驗(yàn)電路2. 聯(lián)機(jī)寫(xiě)程序按照規(guī)定格式，將機(jī)器指令及微指令二進(jìn)制代碼表(如表4)編輯成十六進(jìn)制的文件。機(jī)器代碼：$P0000$P010B$P0210$P030A$P0420$P0530$P0640$P0A01$P0B0C$

10、P0C02微指令格式： $M00018110 $M0200C048 $M0300E004$M0400E005$M05009001$M0600E007$M0700B00D$M0801ED83 $M0901ED86$M0A01A20F$M0B070201$M0C01800C$M0D01A20E$M0EE99A01$M0FF59A01$M1001ED92$M1101ED92$M1200A017$M13018001$M14002018$M17070A10$M18068A113. 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，選擇(運(yùn)行)(通路圖)(復(fù)雜模型機(jī))功能菜單打開(kāi)相應(yīng)的動(dòng)態(tài)數(shù)

11、據(jù)通路圖，按相應(yīng)功能鍵即可聯(lián)機(jī)運(yùn)行、監(jiān)控、調(diào)試程序。 01 PCAR PC + 1 02RAMBUSBUSIR P(1) 10 MOV OR DEC OUT HLT 10 11 12 13 14HLTR0LEDR0DR1PCARPC + 1PCARPC + 1 03 06 17 DR1-1 R0RAMBUSBUS ARRAMBUSBUS AR 01 04 07RAMBUSBUSDR2RAMBUSBUS AR 01 05 15R0DR1RAMBUSBUS R0 16DR1 +DR2 R0 01 01圖3 微程序流程圖四、運(yùn)行調(diào)試及結(jié)果分析 先C/ZC/CMP選擇1通道進(jìn)入實(shí)驗(yàn)，按F4寫(xiě)入我們的程

12、序名稱(chēng)，待數(shù)據(jù)裝入后，按F6 debug進(jìn)入CPU的原理圖。按F2單步執(zhí)行程序，下面就是實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。 把05H1AH /存數(shù)到存儲(chǔ)單元1AH，首先在數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)置數(shù)05，然后把05賦給R0，然后找到地址1AH，把R0的值賦給1AH 把01H1BH /存數(shù)到存儲(chǔ)單元1AH，首先在數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)置數(shù)05，然后把01賦給R0，然后找到地址1BH，把R0的值賦給1BH 1AHR0 /存數(shù)到R0，直接從數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)置數(shù)賦給R0 把1A輸入內(nèi)存 把1AH送給地址寄存器，得到ram的值為1AH里面的值=05H R01CH /將R0內(nèi)容送到存儲(chǔ)器單元 1CHBUS /顯示存儲(chǔ)單元1CH內(nèi)容，可以在LED燈上顯示04H。五、設(shè)

13、計(jì)體會(huì)與小結(jié)本次實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷了三大步驟。首先，連接電路；其次，裝載課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)上設(shè)計(jì)的程序并運(yùn)行,通過(guò)觀(guān)察運(yùn)行情況和數(shù)據(jù)在總線(xiàn)上的流動(dòng),了解各功能部件的工作原理。最后是自己設(shè)計(jì)程序并裝載運(yùn)行。對(duì)于自己要設(shè)計(jì)的程序首先根據(jù)題目要求寫(xiě)出它的匯編格式，再根據(jù)這個(gè)匯編格式寫(xiě)出機(jī)器指令并設(shè)計(jì)出微程序流程圖。最后根據(jù)所設(shè)計(jì)的微程序流程圖寫(xiě)出其微指令代碼。這些工作完成后把所設(shè)計(jì)的機(jī)器指令和微程序代碼改寫(xiě)成指定的格式裝載到實(shí)驗(yàn)機(jī)上運(yùn)行，觀(guān)察運(yùn)行過(guò)程和設(shè)計(jì)目的是否一致。如果不一致,要進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷闹钡揭恢聻橹?。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，我明白了機(jī)器指令和微指令之間的關(guān)系,機(jī)器指令為微指令提供入口以及操作數(shù)或操作數(shù)的地址

14、,微指令具體實(shí)現(xiàn)機(jī)器指令所指定的功能。此外,通過(guò)這次實(shí)驗(yàn),我對(duì)微程序控制器的工作方式有了更進(jìn)一步的理解。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們遇到了很多麻煩，其中最主要的有微程序的編寫(xiě)，它需要和指令格式表中進(jìn)行嚴(yán)格的對(duì)照,尤其是在UA5UA0的6位后續(xù)微地址，分別由6個(gè)控制位譯碼輸出多位。根據(jù)UA5UA0所對(duì)應(yīng)的代碼進(jìn)行P測(cè)試,使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實(shí)現(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)。再者就是在調(diào)試程序中所遇到的困難,由于一個(gè)學(xué)期的使用實(shí)驗(yàn)的模擬機(jī)的某些部件可能存在問(wèn)題,尤其常見(jiàn)的是電源線(xiàn)的故障,所以我們?cè)谡{(diào)試程序的過(guò)程中首先遇到的就是排除機(jī)器故障的問(wèn)題。接下來(lái)便是將相應(yīng)的機(jī)器指令存入內(nèi)存,微指令存入控制

15、存儲(chǔ)器中。這些都是一些比較瑣碎的工作所以稍微疏忽便會(huì)出錯(cuò)。 這次實(shí)驗(yàn)再次讓我們體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)合作的快樂(lè),可以說(shuō)如果沒(méi)有大家齊心協(xié)力,我們就不能完成這個(gè)實(shí)驗(yàn).正是由于大家的團(tuán)隊(duì)精神,在討論時(shí)能各抒己見(jiàn),不斷的交流和學(xué)習(xí),我們才能依靠集體的力量,順利的完成了這個(gè)實(shí)驗(yàn)。六、參 考 文 獻(xiàn)1. 胡越明主編. 計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu). 電子工業(yè)大學(xué)出版社2. 白中英. 計(jì)算機(jī)組成原理與應(yīng)用 工業(yè)出版社 3. 王子齊著. 計(jì)算機(jī)組成原理. 科學(xué)技術(shù)出版社7、 附 錄機(jī)器指令程序：1.本實(shí)驗(yàn)要求實(shí)現(xiàn)以下指令流程：指令執(zhí)行流程：輸入兩個(gè)數(shù)05,01分別送到存儲(chǔ)器地址單元1AH,1BH， 051AH /IN，STA 011BH /IN，STA 1AHR0 /IN R0 R0 /自己設(shè)計(jì) R0-1BH R0 /自己設(shè)計(jì) R01CH 1CH LED顯示存儲(chǔ)單元1CH內(nèi)容2相應(yīng)機(jī)器指令程序如下：地 址（二進(jìn)制） 內(nèi) 容（二進(jìn)制） 助記符 說(shuō) 明0000 0000 0000 0000 IN “05”R00000 0001 0010 0000 STA 1AH R01AH0000 0010 0001 10100000 0011 0000 0000 IN “01”R00000 0100 0010 0000 STA 1BH R01BH0