計算機(jī)組成原理課程設(shè)計的實驗報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 長治學(xué)院 課程設(shè)計報告 課程名稱： 計算機(jī)組成原理課程設(shè)計 設(shè)計題目： 設(shè)計一臺性能簡單的計算機(jī) 系 別： 計算機(jī)系 專 業(yè)： 計科1101班 組 別： 第三組 學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 起止日期: 2013年7月4日 2013年7月10日指導(dǎo)教師: 張劍妹 目 錄一、課程設(shè)計的目的 -1二、設(shè)計要求 -1三、設(shè)計的方法及過程-2 3.1整機(jī)設(shè)計 -23.1.1 根據(jù)設(shè)計要求正確設(shè)置正確設(shè)置多路開關(guān)-23.1.2操作控制信號及其實現(xiàn)方式-23.1.3根據(jù)接線表畫出整機(jī)的線路圖-2 3.2設(shè)計指令系統(tǒng)-3 3.3設(shè)計微指令及指令的微程序-43.3.1設(shè)計微地址 -4 3.

2、3.2寫出指令的執(zhí)行流程-3 3.3.3編寫指令的微程序-5 3.4編寫并執(zhí)行應(yīng)用程序-8四、心得體會-7 一 課程設(shè)計的目的通過課程設(shè)計更清楚地理解下列基本概念：（1）計算機(jī)的硬件基本組成；（2）計算機(jī)中機(jī)器指令的設(shè)計；（3）計算機(jī)中機(jī)器指令的執(zhí)行過程；（4）微程序控制器的工作原理；（5）微指令的格式設(shè)計原理；二 設(shè)計要求 題一研制以臺性能如下的實驗計算機(jī)。（1）沒有外部設(shè)備；（2）運(yùn)算器采用單累加器多寄存器結(jié)構(gòu)；（3）操作數(shù)尋址方式有：立即數(shù)尋址、寄存器尋址、直接尋址；（4）設(shè)計由如下指令組成的指令系統(tǒng)，其中L為累加器A，Jx為通用寄存器。將指令的二進(jìn)制編碼填入表中；序 號指令助記符指令功

3、能指令編碼第一字節(jié)第二字節(jié)1JIA L，JX(L)+(JX) àL2YIDONG L，JX(JX)àL3YIDONG JX，L(L)àJX4ZHUANGZ DIZHI(DIZHI)àL5FASONG DIZHILà(DIZHI)6ZHUANZ DIZHIL是零轉(zhuǎn)移7ZHUANCY DIZHI有進(jìn)位轉(zhuǎn)移8ZHUANL0 DIZHIL0位是1轉(zhuǎn)移9ZHUANYI DIZHI無條件轉(zhuǎn)移10YIDONG L，SHUJUSHUJUàL11YIDONG JX，SHUJUSHUJUàJX12TINGJI停機(jī)（5）計算各指令的微地址并寫出各

4、指令的微程序；（6）將下列程序手工匯編、手工裝入并運(yùn)行，察看運(yùn)行結(jié)果。ORG 100START: YiDONG L,#3 （5F03H） YIDONG J1,#05 （5905H） JIA L,J1 FASONG 00D TINGJI·（7）編寫匯編語言程序?qū)崿F(xiàn)如下功能：將內(nèi)存某兩個單元的數(shù)據(jù)相加后存入另一個單元中，若有進(jìn)位，則在00B單元中存入數(shù)據(jù)0，否則在00B單元中存入數(shù)據(jù)1；（8）將該應(yīng)用程序機(jī)器匯編、機(jī)器裝入、并連續(xù)運(yùn)行，察看運(yùn)行結(jié)果并驗證程序的正確性；三 設(shè)計的方法及過程3.1 整機(jī)設(shè)計3.1.1 根據(jù)設(shè)計要求正確設(shè)置正確設(shè)置多路開關(guān) (1) 設(shè)計單累加器多寄存器結(jié)構(gòu)的運(yùn)

5、算器, 要求開關(guān)KA、KB、KC、KR分別置左、右、右、下。(2) 為了便于微指令的設(shè)計, 標(biāo)出在運(yùn)算器中數(shù)據(jù)的傳輸方向。3.1.2操作控制信號及其實現(xiàn)方式 微操作控制信號設(shè)計的一般原則 1) 對于電平有效的操作控制信號, 可采用微指令碼直接控制。 2) 對脈沖型和電平跳變信號, 需外加門電路實現(xiàn)。 3) 對需多個控制信號的器件,通常將某些信號固定好, 其他信號接某個Mi。 設(shè)計實驗接線表 按模塊逐個歸納整理, 明確各模塊中各器件各控制信號的處理方法, 將其分別接在某個Mi上. 1) 運(yùn)算器模塊累加器A: X0-M16 X1-M17 CA-累加暫存器ACT: CC- CG-M5暫存器TMP:

6、CT-+5V OT-M10算邏單元: S3-S0-M23-M20 Cn-M19 M-M18輸出緩沖器BUF: OB-M8 進(jìn)位產(chǎn)生線路: P2-P0不用 SB、SA-X1X0 CP-M13+ 2) 寄存器堆模塊 RR-M1 WR-M0· A、B將有指令部件控制 3) 指令部件模塊 指令寄存器IR1: GI-M7 CI- 指令寄存器IR2: CL- M14· IR1、IR2輸出控制: OI-M15 程序計數(shù)器PC: P+1-M6 CLR-+5V CK- LP由LP通過M9間接控制 PC輸出控制: PCO由P+1通過M6間接控制 4) 內(nèi)存模塊: RC-M2(RC)+ WC-M

7、3(WC)+5) 總線緩沖模塊: B1、B3-RF B2-RC6)微程序控制模塊 微程序計數(shù)器MPC: MCLR-RO MCLK-PO MLD-M4 MP+1-+5V 操作碼散轉(zhuǎn)控制: MD10-MD6-GND MD5-MD2-I7-I5,I2 MD1-M0-+5V 微指令寄存器: MIG-GND MICP-啟停模塊產(chǎn)生 7) 啟停和時序模塊: DR-M5 RCP-3.1.3根據(jù)接線表畫出整機(jī)的線路圖如下： 圖1. 整機(jī)邏輯框圖3.2 設(shè)計指令系統(tǒng) 表一 指令系統(tǒng)序 號指令助記符指令功能指令編碼第一字節(jié)第二字節(jié)1JJLN L，JX(L)+(JX) àLJX2YIDONG L，JX(J

8、X)àLJX3YIDONG JX，L(L)àJXJX4ZHUANGZ DIZHI(DIZHI)àL10111a10a9a8a7a05FASONG DIZHILà(DIZHI)10011 a10a9a8a7a06ZHUANZ DIZHIL是零轉(zhuǎn)移01100a10a9a8a7a07ZHUANCY DIZHI有進(jìn)位轉(zhuǎn)移011 01a10a9a8a7a08ZHUANL0 DIZHIL0位是1轉(zhuǎn)移01110 a10a9a8a7a09ZHUANYI DIZHI無條件轉(zhuǎn)移01111a10a9a8a7a010YIDONG L，SHUJUSHUJUàLSHUJU

9、11YIDONG JX，SHUJUSHUJUàJXJXSHUJU12TINGJI停機(jī)3.3 設(shè)計微指令及指令的微程序 3.3.1計算微地址微程序入口地址形成方法：MD10 MD9 MD8 MD7 MD6 MD5 MD4 MD3 MD2 MD1 MD0 0 0 0 0 0 I7 I6 I5 I2 1 1取指微指令放在000H處。 表二 微地址序號指令助記符微地址1JIA L，JX03FH2YIDONG L，JX037H3YIDONG JX，L033H4ZHUANGZ DIZHI02FH5FASONG DIZHI027H6ZHUANZ DIZHI01BH7ZHUANCY DIZHI01C

10、H8ZHUANL0 DIZHI01DH9ZHUANYI DIZHI01DH10YIDONG L，SHUJU017H11YIDONG JX，SHUJU013H12TINGJI003H 3.3.2寫出指令的執(zhí)行流程 表三 指令的執(zhí)行流程指令助記符節(jié)拍微操作控制信號控制信號有效性JlA L，JXT1 (ACT)+(JX)BUFIDBL 置CYRR,A,B/CN,M,S3,S2,S1,S0OB,XO,X1，CASA,SB,CP0,I1,I01,0,1,0,0,10,1,1,1,1,YIDONG L，JXT1（JX）BUFIDBLRR,A,B/CN,M,S3,S2,S1,S0OB,XO,X1,CA0,I

11、1,I01,1,0,0,0,01,1,1,YIDONG JX，LT1（ACT）BUFIDBJX/CN,M,S3,S2,S1,S0OB,WR,A,B1,1,1,1,1,1,0,0,I1,I0ZHUANGZ DIZHIT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBIR2(PC)+1(PC)PCO,B1RC,B2,B3,CLP+1,CK0,00,0,0,1,T2(IR1、IR2)IABOAB(M)ODBIDBLOI,B1RC,B2,B3,XO,X1,CA0,00,0,0,1,1,FASONG DIZHIT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBIR2(PC)+1(PC)PCO,B1RC,B2,B3,CL

12、P+1,CK0,00,0,01,T2(IR1、IR2)IABOAB（ACT）BUFIDBODBOI,B1/CN,M,S3,S2,S1,S0OB,B2,B3,WC0,01,0,0,0,0,00,1,0,0ZHUANZ DIZHIZHUANCY DIZHIZHUANL0 DIZHIZHUANYI DIZHIT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBIR2(PC)+1(PC)PCO,B1RC,B2,B3,CLP+1,CK0,00,0,0,1,T2（IR1、IR2）IABIABPC(條件成立)OILP01YIDONG L,SHUJUT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBL(PC)+1(PC)PCO

13、,B1RC,B2,B3,X0,X1,CAP+1,CK0,00,0,0,1,1,1,YIDONG JX，SHUJUT1(PC)IABOAB(M)ODBIDBJX(PC)+1(PC)PCO,B1RC,B2,B3,WR,A,BP+1,CK0,00,0,0,0,I1,I01,TINGJIT1置“0”RUNDR,RCP0,3.3.3編寫指令的微程序 指令的微地址及微指令M23 M22 M21 M20 M19 M18 M17 M16 M15 M14 M13 S0 S1 S2 S3 X0 X1 M /CN / CP CLM12 M11 M10 M9 M8 M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 M0 OI

14、 OB LP OT CG MLD DR P+1 GI WR RR RC WC 表四 微指令表 指令助記符位23 22 21 2019 18 17 1615 14 13 1211 10 9 87 6 5 43 2 1 0信號S0S1S2S3X0X1MCn/CPCLOIObLPOtCgMld dr p+1 giwrrr rcwc微指令碼(十六進(jìn)制)有效信號* * * * * * * 1 1 00 0 0 00 1 1 01 0 0 0微地址取指微指令000H0 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E65001002TINGJI0030 0 0 00

15、0 0 00 0 0 01 1 1 11 0 0 10 1 1 1 001F970040 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E6500500600700800900A00B00C00D00E00F010011012YIDONG JX，SHUJU0130 0 0 00 0 0 00 0 0 11 1 1 11 1 1 1 1 1 0 1001FFD0140 0 0 00 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E65015016YIDONG L，SHUJU0170 0 0 01 1 0

16、 00 0 0 11 1 1 11 1 1 10 1 0 10C1FF50180 0 0 00 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E6501901AZHUANZ DIZHIZHUANCY DIZHIZHUANL0 DIZHIZHUANYI DIZHI01B0 0 0 00 0 0 0 0 0 1 11 1 1 11 1 1 10 1 0 1003FF501C0 0 0 00 0 0 00 0 0 01 0 1 11 1 0 10 1 1 1000BD701D0 0 0 00 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 0

17、0 1 0 1001E6501E01F020021022023024025026FASONG DIZHI0270 0 0 00 0 0 00 0 1 11 1 1 11 1 1 10 1 0 1003FF50280 0 0 00 0 0 10 0 0 00 1 1 11 1 0 10 1 1 00107D60290 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E6502A02B0 0 0 00 0 0 00 0 1 11 1 1 11 1 1 10 1 0 1003FF502C0 0 0 00 0 0 10 0 0 00 1 1 11 1 0 10 1

18、1 00107D602D0 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E6502EZHUANGZ DIZHI02F0 0 0 00 0 0 0 0 0 1 11 1 1 11 1 1 10 1 0 1003FF50300 0 0 01 1 0 00 0 0 01 1 1 11 1 0 10 1 0 10C0FD50310 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E65032YIDONG JX，L033111100110001011111011111F317DF0340 0 000 0 0 00 0 0 11

19、1 1 00 1 1 00 1 0 1001E65035036YIDONG L，JX0370000111110011111110100110F9F030380 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E6503903A03B03C03D03EJIA L，JX03F1 0 0 11 1 0 10 1 0 10 1 1 11 1 0 10 0 1 19D57D30400 0 000 0 0 00 0 0 11 1 1 00 1 1 00 1 0 1001E653.4 編寫并執(zhí)行應(yīng)用程序匯編程序為： ORG 100START: YIDONG L,#03 Y

20、IDONG J1,#05 JIA L,J1 FASONG 00D TINGJI 要求使用機(jī)器匯編和手工匯編兩種方法執(zhí)行應(yīng)用程序,最后結(jié)果放在00D中，即顯示08。（1）手工匯編(對照表一系統(tǒng)) ORG 100START: YIDONG L,#03 ； 5F03H YIDONG J1,#05 ； 5905H JIA L,J1 ； fd98H FASONG 00D ； 0D00H TINGJI ； 00 包括微指令存控存，將指令存入主存。a將微指令裝入控存CM中(開關(guān)撥至CM端) 指令助記符微地址節(jié)拍T0T1T2YIDINGL L,SHUJU 017H 0C1FF5001E65 YIDONG JX

21、，SHUJU 013H 001FFD 001E65JIA L,J1 03FH 9D57D3 001E65FASONG DIZHI 027H 003FF5 0107D6001E65TINGJI 003H 001F97 001E65 b.將指令裝入主存M中(開關(guān)撥至M端) 指令指令功能主存地址手工匯編ORG 100 程序段首地址100YiDONG L,#03 將03送至累加器中1005F10103 YIDONG J1,#05將05送至寄存器1中1025910305JIA L,J1 (L)+(J1)(L)104FDFASONG 00D 將累加器內(nèi)容送至00d單元106981070DTINGJI 停機(jī)

22、10800c.檢查結(jié)果如下：鍵入的指令顯示運(yùn)行結(jié)果注釋主存地址指令內(nèi)容100 LOAD1005F送程序的首地址STEP1005F 執(zhí)行第一條指令 YiDONG L,#03 STEP10103STEP10259執(zhí)行第二條指令 YIDONG J1,#05 STEP10305STEP104FD執(zhí)行第三條指令JIA L,J1 STEP1FF08顯示運(yùn)算結(jié)果STEP10598執(zhí)行第四條指令FASONG 00D STEP106ODSTEP00D08顯示00D的內(nèi)容STEP10700執(zhí)行第五條指令 TINGJI STEP1FFFF 停機(jī)完成(2) 機(jī)器匯編方法 FD-CES系統(tǒng)軟件視為FD-CES實驗儀于P

23、C機(jī)相連以構(gòu)成高層次試驗系統(tǒng)用的配套軟件，它提供屏幕編輯、匯編、反匯編、文件傳送及調(diào)試等功能，該軟件在Windows 下運(yùn)行。 在設(shè)計實驗計算機(jī)時，需要通過屏幕編輯來設(shè)計四類文件，即： a. 微指令定義文件(BIT.DEF)： 用戶可定義24位長的微指令的各位意義，在調(diào)試時將顯示對應(yīng)位的微指令的有效操作、高電平操作、低電平操作或無效操作。 源程序：S0 S1 S2 S3 X0 X1 M /CN NONE CP CL OI OB LP OT CG MLD DR P+1 GI WR RR RC WC b.指令定義文件(INS.DEF) 源程序: ;This is an example for mu

24、lti accumulator ( book page-153): ?2 -JIA -YIDONG -YIDONG 4 4 4 L,JX L,JX JX,L JX JX JX -ZHUANGZ -FASONG -ZHUANZ 3 3 3 DIZHI DIZHI DIZHI 10111aaa 10011aaa 01100aaa a7-a0 a7-a0 a7-a0 -ZHUANCY -ZHUANL0 -ZHUANYI 3 3 3 DIZHI DIZHI DIZHI 01101aaa 01110aaa 01111aaa a7-a0 a7-a0 a7-a0 -YIDONG -YIDONG -TINGJ

25、I 2 2 1 L,#SHUJU JX,#SHUJU JX SHUJU SHUJU c.微程序文件（MOP*.MID）;This is an example for multi accumulator ( book page-155 ):;get the first instrution ;TINGJI;000H002H ;003H006H ;007H00AH ;00BH00EH-001E65 -001F97 - - -001E65 - - - - - - - -;00FH012H ;YIDONG JX,#SHUJU ;YIDONG L,#SHUJU ;ZHUANZ DIZHI- ;013H0

26、16H ;017H01AH ;01BH- -001FFD -0C1FF5 -003FF5- -001E65 -001E65 - - - - -;ZHUANCY DIZHI ;ZHUANL0 DIZHI ;ZHUANYI DIZHI ;ZHUANZ DIZHI;01CH ;01DH ;01EH ;01FH-000BD7 -001E65 - -003FF5;ZHUANCY DIZHI ;ZHUANL0 DIZHI ;ZHUANYI DIZHI;020H ;021H ;022H-000BD7 -001E65 -;FASONG DIZHI ;FASONG DIZHI ;ZHUANGZ DIZHI ;Z

27、HUANGZ DIZHI;023H026H ;027H02AH ;02BH02EH ;02FH032H-003FF5 -003FF5 -003FF5 -003FF5 -0107D6 -0107D6 -0C0FD5 -0C0FD5-001E65 -001E65 -001E65 -001E65- - - -;YIONG JX,L ;YIDONG L,JX ;03BH03EH ;JIA L,JX;033H036H ;037H03AH - ;03FH042H-F317DF -0F9F03 - -9D57D3-001E65 -001E65 - - - - - - -d.兩個匯編程序文件（*.ASM） 匯

28、編源程序編譯之后將產(chǎn)生目標(biāo)文件（*.OBJ），當(dāng)調(diào)試時則需將目標(biāo)文件下載至內(nèi)存。程序一： 程序二： ORG 100 ORG 100 YIDONG L,#03 YIDONG J2,#02 FASONG 00BH YIDONG J1,#05 YIDONG L,#05 ZHUANYI M2 JIA L,J1 JIA L,J2 M1: YIDONG L,#00 FASONG 00D ZHUANCY M1 FASONG 00BH END YIDONG L,#01 M2: END（3）文件下載 a.下載Micor Program此項功能將用戶的微程序的目標(biāo)代碼（*.DAT）從PC機(jī)下載到實驗計算機(jī)的控存中

29、，用戶可選擇所需傳送程序的文件名，并定義其在Control Memory中的起始地址，確認(rèn)前需將MCM開關(guān)置于CM端。 b.BIT.DEF此項功能系統(tǒng)將用戶的微指令位定義文件（BIT.DEF）讀入。c.下載Program 此項功能將用戶的調(diào)機(jī)程序的目標(biāo)文件（*.OBJ）從PC機(jī)下載到實驗計算機(jī)的內(nèi)存中，用戶可選擇所需傳送程序的文件名，并定義其在實驗計算機(jī)內(nèi)存中的起始地址，確認(rèn)前需將MCM開關(guān)置于M端。（4）實驗機(jī)運(yùn)行用戶完成邏輯框圖的選擇、內(nèi)存的源程序目標(biāo)代碼裝入、控存的微程序代碼裝入以及BIT.DEF的裝入后，就可以開始調(diào)試、運(yùn)行了。運(yùn)行功能包括三種：Start at、Step、Run。Strat at要求用戶輸入運(yùn)行程序的起始地址，地址用十六進(jìn)制表示。Step允許用戶單步運(yùn)行程序。Run 提供連續(xù)運(yùn)行程序的功能。（5