計算機組成原理課程設(shè)計——基本模型機全套格式文件下載可自己編輯修改

1、課程設(shè)計說明書題目： 1、 根本模型機設(shè)計與實現(xiàn) 2、 擴展8255并行口設(shè)計 院 系： 專業(yè)班級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2021 年 月 日課程設(shè)計論文任務(wù)書計算機科學(xué)與工程學(xué)院 硬件教研室學(xué) 號 *學(xué)生姓名*專業(yè)班級計算機07級3班設(shè)計題目根本模型機算術(shù)運算，包括IN,OUT,STA,加ADD,減SUB,循環(huán)左移RLC六條指令設(shè)計技術(shù)參數(shù)微指令，程序，微程序控制器設(shè)計要求設(shè)計機器指令和微指令，將機器指令和微指令編寫成規(guī)定格式的十六進制文件，然后下載到實驗箱上模擬驗證。工作量1、畫出流程圖,編寫微指令代碼和程序2、課程設(shè)計說明書1000字工作計劃第13周 學(xué)習(xí)微程序控制器第14

2、周 畫出流程圖,設(shè)計微指令，將機器指令和微指令編寫成規(guī)定格式的十六進制文件第15周 連線,在實驗箱上運行參考資料計算機組成原理 第三版網(wǎng)絡(luò)版 白中英主編計算機組成原理實驗指導(dǎo)書指導(dǎo)教師簽字教研室主任簽字 2009年 9月 28 日 課程設(shè)計論文成績評定表指導(dǎo)教師評語：成績： 指導(dǎo)教師： 年 月 日摘要隨著社會科技的開展，計算機被應(yīng)用到各行各業(yè)，人們步入自動化、智能化的生活階段。本次課程設(shè)計課題是根本模型機的設(shè)計與實現(xiàn)，它正表達了這一點。利用CPU與簡單模型機來實現(xiàn)計算機組成原理課程及實驗中所學(xué)到的實驗原理和編程思想，硬件設(shè)備自擬，編寫指令的應(yīng)用程序，用微程序控制器實現(xiàn)了一系列的指令功能，最終到

3、達將理論與實踐相聯(lián)系。本次設(shè)計完成了各指令的格式以及編碼的設(shè)計，實現(xiàn)了各機器指令微代碼，形成具有一定功能的完整的應(yīng)用程序。部件實驗過程中，各部件單元的控制信號是人為模擬產(chǎn)生的，本課程設(shè)計將能在微程序控制下自動產(chǎn)生各部件單元的控制信號，實現(xiàn)特定指令的功能，通過設(shè)計流程圖，編寫機器指令，微指令和控制信號程序。首先向存儲器RAM中裝入數(shù)據(jù)和程序，然后檢查寫入是否正確，啟動程序執(zhí)行。另外，還需設(shè)計三個控制臺操作微程序：存儲器讀操作READ，存儲器寫操作WRITE，運行程序(RUN)。以上各微指令設(shè)計完畢后，連接線路在ZY15CompSys12BB計算機組成原理教學(xué)實驗箱運行程序，并將實驗結(jié)果顯示輸出。

4、這一課題的實現(xiàn)不僅使我們對各種微指令有了熟練的掌握，更對以后的學(xué)習(xí)、工作中有深遠(yuǎn)的影響。關(guān)鍵詞：微指令，機器指令，READ，WRITE, RUN，ZY15CompSys12BB目錄 TOC o 1-2 u 摘要 PAGEREF _Toc250732068 h III1設(shè)計背景 PAGEREF _Toc250732069 h 12設(shè)計目標(biāo) PAGEREF _Toc250732070 h 13概要設(shè)計 PAGEREF _Toc250732071 h 231設(shè)計目的 PAGEREF _Toc250732072 h 232設(shè)計儀器 PAGEREF _Toc250732073 h 233設(shè)計內(nèi)容 PAG

5、EREF _Toc250732074 h 24詳細(xì)設(shè)計 PAGEREF _Toc250732075 h 841系統(tǒng)需求分析 PAGEREF _Toc250732076 h 842系統(tǒng)目標(biāo) PAGEREF _Toc250732077 h 843功能分析 PAGEREF _Toc250732078 h 844詳細(xì)步驟 PAGEREF _Toc250732079 h 85總結(jié) PAGEREF _Toc250732080 h 12參考文獻資料 PAGEREF _Toc250732081 h 13設(shè)計背景通過計算機組成原理理論課和幾次實驗的學(xué)習(xí)，嘗試設(shè)計六條機器指令，并編寫相應(yīng)的微程序，完成由根本單元電

6、路構(gòu)成一臺根本模型機，再經(jīng)過調(diào)試指令和模型機使其在微程序的控制下自動產(chǎn)生各部件單元的正常工作控制信號。在設(shè)計根本模型機4的實驗過程中，個別部件單元的控制信號是人為模擬產(chǎn)生的，而本課程設(shè)計將能在微程序控制下自動產(chǎn)生各部件單元控制信號，實現(xiàn)特定指令的功能。這里，計算機數(shù)據(jù)通路的控制將由微程序控制器來完成，CPU從內(nèi)存中取出一條機器指令到指令執(zhí)行結(jié)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(yīng)一條微程序。本課程設(shè)計要求實現(xiàn)六條機器指令：IN輸入)，與AND邏輯乘，STA存數(shù)，OUT輸出，或OR邏輯加，異或XOR邏輯異的輸入，輸出。重點主要在邏輯運算的設(shè)計中。設(shè)計目標(biāo)在“微程序控制

7、器的組成與微程序設(shè)計實驗的根底上，將第一局部中的各單元組成系統(tǒng)，構(gòu)造一臺根本模型計算機。本次課程設(shè)計主要是為其定義六條機器指令，編寫相應(yīng)的微程序，并上機調(diào)試運行，形成整機概念。用微程序控制器實現(xiàn)以下指令功能，設(shè)計各指令格式以及編碼，并實現(xiàn)各機器指令微代碼，根據(jù)定義的機器指令，自擬編寫加ADD,減SUB,循環(huán)左移RLC的應(yīng)用程序。全部微指令設(shè)計完畢后，編寫二進制代碼，即使每條指令代碼化。連接線路在ZY15CompSys12BB計算機組成原理教學(xué)實驗箱上運行，并顯示輸出實驗結(jié)果。概要設(shè)計31設(shè)計目的1. 在掌握部件單元電路實驗的根底上，進一步將其組成系統(tǒng)構(gòu)造一臺稍微復(fù)雜的模型計算機；2. 為其定義

8、六條機器指令，并編寫相應(yīng)的微程序，具體上機調(diào)試掌握整機概念32設(shè)計儀器 TDXCM+計算機組成原理教學(xué)實驗系統(tǒng)一臺，排線假設(shè)干；PC機一臺。33設(shè)計內(nèi)容部件實驗過程中，各部件單元的控制信號是人為模擬產(chǎn)生的，而本次實驗將能在微程序控制下自動產(chǎn)生各部件單元控制信號，實現(xiàn)特定指令的功能，這里，計算機數(shù)據(jù)通路的控制將由微程序控制器來完成，CPU從內(nèi)存中取出一條機器指令到指令執(zhí)行結(jié)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(yīng)一個微程序。 本實驗采用六條機器指令：IN,OUT,STA,加ADD,減SUB,循環(huán)左移RLC其指格式如下：地址內(nèi)容助記符說明0000IN ；輸入開關(guān)數(shù)據(jù)R0，采

9、集數(shù)據(jù)0110ADD0AH ；R0+0AHR0020A ；地址0320STA0BH ；R00BH040B ；地址0530OUT0BH ；0BHBUS,輸出顯示060B ；地址0740SUB0AH ；R0-0AHR0080A ；地址0950RLC0A010B為了向RAM中裝入程序和數(shù)據(jù),檢查寫入是否正確,并能啟動程序執(zhí)行,還必須設(shè)計三個控制臺操作微程序.存儲器讀操作:撥動總清開關(guān)CLR后,控制臺開關(guān)SWB,SWA 為0 0”時,按START微動開關(guān),可對RAM連續(xù)手動讀操作.存儲器寫操作:撥動總清開關(guān)CLR后,控制臺開關(guān)SWB SWA置為0 1”時,按START微動開關(guān)可對RAM進行連續(xù)手動寫入

10、.啟動程序:撥動總清開關(guān)CLR后,控制臺開關(guān)SWB SWA置為“1 1時,按START微動開關(guān),既可轉(zhuǎn)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(guān)SWB SWA 的狀態(tài)來設(shè)置,其定義如下表3-1讀寫變化SWBSWA控制臺指令001011讀內(nèi)存KRD寫內(nèi)存KWE啟動程序RP根據(jù)以上要素設(shè)計數(shù)據(jù)通路框圖,如圖3-2：圖3-1 數(shù)據(jù)通路框圖微代碼定義如表1-2所示：表3-2 微代碼的定義微程序2423222120-19181716151413控制信號S3S2S1S0MCNRDM17M16A121110987654321BPuA5uA4uA3uA2uA1uA0表3-3 A，B，

11、P字段內(nèi)容A字段 B字段 P字段151413控制信號121110控制信號987控制信號000.000000001LDRI001RS_G001P1010LDDR1010010011LDDR2011011100LDIR100100P4101LOAD101ALU_G101110LDAR110PC_G110LDPC當(dāng)擬定“取指令微指令時，該微指令的判別測試字段為P1測試。由于“取指微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P1測試結(jié)果出現(xiàn)多路分支。本次課程設(shè)計用指令存放器的前4位I7-I4作為測試條件，出現(xiàn)6路分支，占用6個固定微地址單元。控制臺操作為P4測試，它以控制臺開關(guān)SWB，SWA作為測試條件

12、，出現(xiàn)了3路分支，占用3個固定微地址單元。當(dāng)分支微地址單元固定后，剩下的其他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。當(dāng)全部微程序設(shè)計完畢之后，應(yīng)將每條微指令代碼化：PC-ARPC+1RAM-BUSBUS-IRP1SW-R0R0-299PC-ARPC+1PC-ARPC+1PC-ARPC+1PC-ARPC+1RAM-BUSBUS-DR2R0-DR1DR1+DR2-R0DR1-LEDRAM-BUSBUS-ARRAM-BUSBUS-ARRAM-BUSBUS-ARR0-BUSBUS-RAMRAM-BUSBUS-DR1RAM-BUSBUS-DR2DR1-LEDDR1-LEDDR1-LEDR0-

13、DR1DR1-DR2-R0R0-DR1帶進位循環(huán)右移299-G-R0R0-DR1 運行： 01 02 10 IN ADD STA OUT SUB RLC 10 11 12 13 14 1501 03 07 16 31 35 04 26 17 32 36 05 01 25 33 37 06 34 25 01 37 01 01 25 01 控制臺 00 20P4 WRITE01 READ(00) RUN(11) 21 20 23PCARPC+1PCARPC+1RAMBUSBUSDR1RAMBUSBUSDR1 24 22 01 30 27DR1RAMDR1RAM 圖3-1 微程序流程圖表3-4 二進

14、制微代碼表微地址S3CNRDM17 M16ABPuA5uA0000 0 0 0 0 001 10 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 0010 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 0020 0 0 0 0 000 11 0 00 0 00 0 10 0 1 0 0 0030 0 0 0 0 000 11 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 0040 0 0 0 0 000 10 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 1050 0 0 0 0 001 10 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 0061 0 0 1 0

15、101 10 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1070 0 0 0 0 000 11 1 00 0 00 0 00 1 0 1 1 0100 0 0 0 0 000 00 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 1110 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 1120 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 0 0 1 1 1130 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 0 1 1 1 0140 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 1 1 0 0 1150 0 1 1 0

16、 001 10 0 00 0 10 0 00 1 1 1 0 1160 0 0 0 0 000 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 1170 0 0 0 0 000 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 0 1200 0 0 0 0 001 1 1 1 01 1 01 1 00 1 0 0 1 0210 0 0 0 0 001 11 101 1 01 1 00 1 0 1 0 0220 0 0 0 0 000 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 1 1230 0 0 0 0 001 10 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 1240 0 0 0

17、0 000 00 1 00 0 00 0 00 1 1 0 0 0250 0 0 0 0 111 00 0 01 0 10 0 00 0 0 0 0 1260 0 0 0 0 010 10 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 1270 0 0 0 0 111 00 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 0300 0 0 0 0 110 10 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 1310 0 0 0 0 000 11 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 0320 0 0 0 0 000 10 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 1330 0 0 0

18、 0 001 10 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 0340 1 1 0 0 001 10 0 11 0 10 0 00 1 1 1 1 1350 0 0 1 1 001 10 0 01 0 00 0 00 1 1 1 1 0360 0 0 0 0 001 10 0 11 0 00 0 00 1 1 1 1 1370 0 0 0 0 001 10 1 00 0 10 0 00 1 0 1 0 1下面介紹指令存放器IR：指令存放器用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時，先把他從內(nèi)存取到緩沖存放器中，然后再傳送至指令存放器。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進制數(shù)構(gòu)成，為了

19、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(biāo)有“INS DECODE的芯片根據(jù)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(yīng)的微程序首地址。本系統(tǒng)有兩種外部I/O設(shè)備，一種是二進制代碼開關(guān)，它作為輸入設(shè)備INPUT DEVICE；另一種是數(shù)碼塊，它作為輸出設(shè)備OUT DEVICE。例如：輸入時，二進制開關(guān)數(shù)據(jù)直接經(jīng)過三態(tài)門送到總線上，只要開關(guān)狀態(tài)不變，輸入的信息也不變。輸出時，將輸出數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上，當(dāng)寫信號W/E有效時，將數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器，驅(qū)動數(shù)碼塊顯示。詳細(xì)設(shè)計41系統(tǒng)需求分析一臺計算機所能執(zhí)

20、行的各種指令集合稱為指令系統(tǒng)或指令集。一臺特定的計算機只能執(zhí)行自己指令系統(tǒng)中的指令。因此，指令系統(tǒng)就是計算機的機器語言。指令系統(tǒng)表征著計算機的根本功能和使用屬性，它是計算機系統(tǒng)設(shè)計中的核心問題。指令系統(tǒng)的設(shè)計主要括指令功能、操作類型的設(shè)計，尋址方式和指令格式的設(shè)計。 計算機的性能與它所設(shè)置的指令系統(tǒng)有很大的關(guān)系，指令系統(tǒng)反映了計算機的主要屬性，而指令系統(tǒng)的設(shè)置又與機器的硬件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。指令是計算機執(zhí)行某種操作的命令，而指令系統(tǒng)是一臺計算機中所有機器指令的集合。通常性能較好的計算機都設(shè)置有功能齊全、通用性強、指令豐富的指令系統(tǒng)，而指令功能的實現(xiàn)需要復(fù)雜的硬件結(jié)構(gòu)來支持。 42系統(tǒng)目標(biāo)在根本模型

21、機的根底上改良并實現(xiàn)IN,OUT,STA,加ADD,減SUB,循環(huán)左移RLC六條指令。43功能分析該系統(tǒng)實現(xiàn)的功能是對輸入的數(shù)據(jù)可以和內(nèi)存中的數(shù)據(jù)進行連續(xù)的加、減及循環(huán)左移運算，并對其結(jié)果進行存儲，顯示等功能，從而得到一個簡易的復(fù)雜模型機所實現(xiàn)的功能。44詳細(xì)步驟(1)按圖4-1連接實驗線路。 B7 BUS UNIT | | | B0W/R UNIT T4 T3 T2 T1 WE TS4 TS3 TS2 TS1 STATE UNIT H24 SIGNAL UNITB7 S3 | | |AUJ3 | | |B0 CN LDDR1 LDDR2 ALU-BALU UNIT B7 LDR0 | | R

22、O-B | B0 REG UNIT B7 LDAR | LOAD | | PC-B B0 LDPC ADDRESS UNIT M24 | M18 | SE6 | | M19 | | SE1 LDDR1 LDDR2 P(1) P(4) ALU-B LDIP LDR1 RS-B LDAR LOAD PC-B M16 LDPC M17 MICRO-CONTROLLER SWB SWA SE6 | | | SE1 I7 | P(1) | P(4) | LOG UNIT I2 SWITCH UNIT SWB SWA I7 | | | I2 INT UNIT LDIR INPUT DEVICE D7 |

23、| | D0 SW-B A8 A9 Y0 EX UNIT Y1 D7 | | Y2 | D0 D7 LED-B | | | W/R D0 OUTPUT DEVICE A7 | | | A0 W/R D7 | | | D0 MAIN MEM CEAD7 D7 | | | | | |AD0 D0W/R EXT BUS B7 BUS UNIT | | | B0W/R UNIT T4 T3 T2 T1 WE TS4 TS3 TS2 TS1 STATE UNIT H24 SIGNAL UNITB7 S3 | | |AUJ3 | | |B0 CN LDDR1 LDDR2 ALU-BALU UNIT B7

24、LDR0 | | RO-B | B0 REG UNIT B7 LDAR | LOAD | | PC-B B0 LDPC ADDRESS UNIT M24 | M18 | SE6 | | M19 | | SE1 LDDR1 LDDR2 P(1) P(4) ALU-B LDIP LDR1 RS-B LDAR LOAD PC-B M16 LDPC M17 MICRO-CONTROLLER SWB SWA SE6 | | | SE1 I7 | P(1) | P(4) | LOG UNIT I2 SWITCH UNIT SWB SWA I7 | | | I2 INT UNIT LDIR INPUT DE

25、VICE D7 | | | D0 SW-B A8 A9 Y0 EX UNIT Y1 D7 | | Y2 | D0 D7 LED-B | | | W/R D0 OUTPUT DEVICE A7 | | | A0 W/R D7 | | | D0 MAIN MEM CEAD7 D7 | | | | | |AD0 D0W/R EXT BUS4-1實驗線路圖(2)寫程序聯(lián)機讀/寫程序按照規(guī)定格式，將機器指令及表52微指令二進制表成十六進制的如下格式文件。微指令格式中的微指令代碼微 將表52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(yīng)的十六進制數(shù)即可。程 序$P0000$P011

26、0$P020A$P0320$P040B$P0530$P060B$P0740$P080A$P0950$P0A01微程序$M00018110$M0101ED82$M0200C048$M0300E004$M0400B005$M0501A206$M06959A01$M0700E016$M08001001$M0901ED83$M0A01ED87$M0B01ED8E$M0C01ED99$M0D31821D$M0E00E00F$M0F00A015$M1001ED92$M1101ED94$M1200A017$M13018001$M14002021$M15070A01$M16028201$M17070A10$M

27、18068A11$M1900E01A$M1A00B01B$M1B01A21C$M1C619A1F$M1D19881E$M1E01981F$M1F01A215 (3)運行程序.單步運行程序A 使編程開關(guān)處于RUN的狀態(tài),STEP為STEP 狀態(tài),STOP為RUN狀態(tài)B 撥動總清處于CLR (0_1),微地址清零,程序計數(shù)器清零,程序首址為00H.C 單步運行一條微指令,每按動一次START鍵,即單步運行一條指令,對照微程序流程圖,觀察微地址顯示是否和流程一致.D 當(dāng)運行結(jié)束后.可檢查存數(shù)單元中的結(jié)果是否和理論植一致. 連續(xù)運行程序A 使START UNIT 中的STEP開關(guān)置為ECEX狀態(tài).STOP開關(guān)置為RUN狀態(tài). B 撥動CLR開關(guān),清微地址及程序計數(shù)器,然后按動START,系統(tǒng)連續(xù)運行程序,稍后將STOP撥至STOP時,系統(tǒng)停機