計算機硬件課程設(shè)計報告-拓展接口復(fù)雜模型機設(shè)計

1、計算機硬件課程設(shè)計報告拓展接口的復(fù)雜模型機設(shè)計計算機硬件課程設(shè)計報告拓展接口的復(fù)雜模型機設(shè)計15/15計算機硬件課程設(shè)計報告拓展接口的復(fù)雜模型機設(shè)計計算機硬件課程設(shè)計報告拓展接口的復(fù)雜模型機設(shè)計學院：計算機科學與工程學院專業(yè)：計算機科學與技術(shù)班級：組員1：組員2：起止時間：目錄一、實驗?zāi)康?二、實驗內(nèi)容3三、實驗思路3四、實驗原理3五、實驗步驟10六、實驗設(shè)計11七、實驗心得14一、實驗?zāi)康慕?jīng)過一系列硬件課程的學習及有關(guān)實驗后，做一個綜合的系統(tǒng)性的設(shè)計，這在硬件方面是一個提升，進一步培育實踐能力。二、實驗內(nèi)容搭建一臺有拓展接口的8位模型機，指令系統(tǒng)要求有10條以上，此中包含運算類指令、傳遞類指

2、令、控制轉(zhuǎn)移類指令、輸入輸出指令、停機指令等。三、實驗思路、確立設(shè)計目標：確立所設(shè)計計算機的功能和用途。、確立指令系統(tǒng)：確立數(shù)據(jù)的表示格式、位數(shù)、指令的編碼、種類、需要設(shè)計哪些指令及使用的尋址方式。、確立整體構(gòu)造與數(shù)據(jù)通路：整體構(gòu)造設(shè)計包含確立各零件設(shè)置以及它們之間的數(shù)據(jù)通路構(gòu)造，列出各樣信息傳遞路徑以及實現(xiàn)這些傳遞所需要的微命令。、設(shè)計指令履行流程：數(shù)據(jù)通路確立后，就能夠設(shè)計指令系統(tǒng)中每條指令的履行流程。依據(jù)指令的復(fù)雜程度。每條指令所需要的機器周期數(shù)。關(guān)于微程序控制的計算機，依據(jù)總線構(gòu)造，需要考慮哪些微操作能夠安排在同一個微指令中。、確立微程序地點：依據(jù)后續(xù)微地點的形成方法，確立每條微程序地

3、點及分支轉(zhuǎn)移地址。、依據(jù)微指令格式，將微程序流程中的全部微操作進行二進制代碼化，寫入到控制儲存器中的相應(yīng)單元中。、組裝、調(diào)試：在總裝調(diào)試前，先按功能模塊進行組裝和分調(diào)，因為只有功能模塊工作正常后，才能保證整機的運轉(zhuǎn)正確。四、實驗原理、指令系統(tǒng)及指令格式1）數(shù)據(jù)格式8位。2）指令格式：指令系統(tǒng)應(yīng)包含：算術(shù)邏輯運算指令、訪存指令、控制轉(zhuǎn)移指令、指令。一般指令格式以下：I/O指令、停機OP-CODE（4RS（2RD（2位）位）位）DATA/ADDR（8位）此中RS、RD能夠是R0、R1、R2中任一個，它們的代碼分別為00、01、10。DATA為馬上數(shù)，ADDR為內(nèi)存地點。（3）指令系統(tǒng)：讀寫端口指令

4、：PINPORT，RDPOUTRS，PORT訪存指令：LOADADDR，RDSTARS，ADDR讀取馬上數(shù)指令：MOVDATARD算術(shù)運算指令：ADDRS，RDSUBRS，RD邏輯運算指令：XORRS，RDANDRS，RDNOTRD跳轉(zhuǎn)指令：JMPADDRJZADDR停機指令：HALT、指令微操作流程LOADSTAMOVPC-ARPC-ARPC-ARPC+1PC+1PC+1RAM-BUSRAM-BUSRAM-BUSBUS-ARBUS-ARBUS-RDRS-BUSRAM-BUSBUS-RAMBUS-RD左側(cè)接上圖NOTJMPRD-LDDR2PC-ARPC+1LDDR2取非RAM-BUS-RDBU

5、S-PC運轉(zhuǎn)微程序PC-ARPC+1RAM-BUSBUS-IRP（1）ADDSUBXORAND右側(cè)接以下圖RS-LDDR1RS-LDDR1RS-LDDR1RS-LDDR1RD-LDDR2RD-LDDR2RD-LDDR2RD-LDDR2LDDR1+LDDLDDR1-LDDLDDR1異或LDDR1與R2-RDR2-RDLDDR2-RDLDDR2-RDJZPC-ARPC+1P（3）測試后續(xù)地點20H、微指令格式微指令為24位2進制編碼，此中24位分派及編碼方式以下：（1）第24位至第19位分派方式：242322212019S3S2S1S0MCn第24位至第19位編碼方式方式：（2）第18位至第16位

6、分派方式：181716WEA9A8第18位至第16位編碼方式方式：WEA9A8功能000INPUT001RAM讀101RAM寫110011010（3）第15位至第7位分派方式：151413121110AB第15位至第7位編碼方式：字段：151413000001010011100101110字段：121110000001010011100101110字段：987000001010011100101110（4）第6位至第1位分派方式：6543uA5uA4uA3uA2第6位至第1位指示下一條微指令的地點。5）299移位控制表：299-bs1s0000010LED,寫接口無寫接口987C選擇LDRiD

7、DR1LDDR2LDIRLOADLDAR選擇RS-BRD-BRI-B299-BALU-BPC-B選擇（1）（2）（3）（4）RLDPC21uA1uA0m功能隨意保持0循環(huán)右移0101帶進位循環(huán)右移0010循環(huán)左移0011帶進位循環(huán)左移隨意11隨意裝數(shù)、微程序地點進口的形成P（1）是用來譯碼指令存放器的I7、I6、I5、I4,用于一般指令,微程序進口址為OP+10HP（2）是用來譯碼指令存放器的I3、I2,用于不一樣尋址方式指令，進口地點轉(zhuǎn)OP+20HP（3）是用來譯碼判斷標記位C、Z,用于條件轉(zhuǎn)移指令,條件成立轉(zhuǎn)OP+30H,條件不行立轉(zhuǎn)OP+20HP（4）是用來譯碼控制臺操作的SWB、SWA

8、,用于手動操作。、存放器地點譯碼電路、微程序裝載格式機器指令格式：$Pxxxx微指令格式：$Mxxxxxxxx把它們保留為*.TXT文件。注：1）程序中字母要大寫。）機器指令地點按次次，微指令地點可不按次次。、模型機的時序、模型機的數(shù)據(jù)通路、模型機組裝電路圖10、8255接口簡介1）8255芯片簡介8255是Intel企業(yè)生產(chǎn)的可編程并行I/O接口芯片，有3個8位并行I/O口。擁有3個通道3種工作方式的可編程并行接口芯片。其各口功能可由軟件選擇，使用靈巧，通用性強。8255可作為單片機與多種外設(shè)連結(jié)時的中間接口電路。8255作為主機與外設(shè)的連結(jié)芯片，一定供給與主機相連的3個總線接口，即數(shù)據(jù)線、

9、地點線、控制線接口。同時一定擁有與外設(shè)連結(jié)的接口A、B、C口。因為8255可編程,所以一定擁有邏輯控制部分，因此8255內(nèi)部構(gòu)造分為3個部分：與CPU連結(jié)部分、與外設(shè)連結(jié)部分、控制部分。1）與CPU連結(jié)部分依據(jù)定義，8255能并行傳遞8位數(shù)據(jù)，所以其數(shù)據(jù)線為8根D0D7。因為8255擁有3個通道A、B、C，所以只需兩根地點線就能尋址A、B、C口及控制存放器，故地點線為兩根A0A1。其余CPU要對8255進行讀、寫與片選操作，所以控制線為片選、復(fù)位、讀、寫信號。）與外設(shè)接口部分依據(jù)定義，8255有3個通道A、B、C與外設(shè)連結(jié)，每個通道又有8根線與外設(shè)連結(jié)，所以8255能夠用24根線與外設(shè)連結(jié)。3

10、）控制器8255將3個通道分為兩組，即PA0PA7與PC4PC7構(gòu)成A組，PB0PB7與PC0PC3構(gòu)成B組。如圖7.5所示，相應(yīng)的控制器也分為A組控制器與B組控制器，各組控制器的作用以下：1）A組控制器：控制A口與上C口的輸入與輸出。2）B組控制器：控制B口與下C口的輸入與輸出。2）讀寫端口指令1）讀端口指令格式：PINPORT，RDOP-CODE（4RS（20位）0位）PORT2）寫端口指令格式：POUTRS，PORTOP-CODE（4RD（2位）00位）PORT）讀寫端口指令微操作：PC-ARPC-ARPC+1PC+1RAM-BUSRAM-BUSBUS-ARBUS-AR讀端口數(shù)據(jù)送存放器

11、數(shù)據(jù)寫入存放器入端口數(shù)據(jù)3）8255的編程8255的初始化編程較簡單，只需要一個控制字就把3個端口設(shè)置達成。1）寫入方式控制字。方式控制字決定端口A、B、C的工作方式。2）經(jīng)過初始化編程以后，辦理器履行讀端口指令和寫端口指令，對3個數(shù)據(jù)端口進行讀寫就能夠?qū)崿F(xiàn)辦理器與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)互換。五、實驗步驟（1）依據(jù)給定模型機組裝電路圖連結(jié)電路;（2）連通實驗箱與PC機，翻開CMP軟件，測試實驗箱能否正常;（3）設(shè)計微指令，畫出其微操作流程圖，并翻譯成相應(yīng)的微指令格式;（4）設(shè)計包含這些微指令的機器指令程序，并翻譯成相應(yīng)機器指令格式;（5）把設(shè)計好微指令和機器指令保留為TXT文件，而后裝載入CMP;（6

12、）翻開復(fù)雜模型機，而后用單步機器指令運轉(zhuǎn)程序并調(diào)試;（7）檢查輸出結(jié)果能否正確，最后撰寫實驗報告。六、實驗設(shè)計、設(shè)計機器指令在實驗設(shè)計中，我們定義了12條指令，分別為他們編碼，以下表所示：基本指令指令代碼PIN0000POUT0001LOAD0010STA0011MOV0100ADD0101SUB0110AND0111XOR1000NOT1001JMP1010JZ1011、設(shè)計微指令A(yù)BC微操作00018000001000000000001000010000010101E000001111111000PC-AR,PC+D82100010000101-PC0200C000000100000010

13、RAM-BUS,B05020001001000US-IRPIN1001E100001111111000PC-AR,PC+D83000010000111-PC0300E000000110000000RAM-BUS,B00430001000100US-AR04011000001000000000讀端口數(shù)據(jù)送入存放器00140000100001POUT1101E100001111111000PC-AR,PC+D85100010001011-PC0500E000000110000000RAM-BUS,B00650001000110US-AR06030000011000000000存放器寫入端口數(shù)據(jù)20

14、160000010001LOAD1201E100001111111000PC-AR,PC+D87200010001111-PC0700E000000110000001RAM-BUS,B00870001000000US-AR08009000000000000000RAM-BUS,B00180001100001US-RiSTA1301E100001111111001PC-AR,PC+D89300010000011-PC0900E000000110000001RAM-BUS,B00A90001000010US-AR0A028000010000000000Ri-BUS,BU201A0001010001

15、S-RAMMOV1401E100001111111001PC-AR,PC+D8B400010000111-PC0B009000000000000000RAM-BUS,B001B0001100001US-RiADD1501A100001010000001Ri-LDDR120C500010101000C01B000001010100001Ri-LDDR240DC00011001010D959010001001000000LDDR1+LDDRA01D10111100012-RiSUB1601A100001010000001Ri-LDDR120E600010101100E01B000001010100

16、001Ri-LDDR240FE00011001110F619001101001010000LDDR1-LDDRB41F00011110012-RiAND1701A100001010000100Ri-LDDR1220700010100002001B200001010100100Ri-LDDR24210000110000121159200001001000000LDDR1與A0111011110001LDDR2-RiXOR1801A100001010000100Ri-LDDR1222800010100102201B200001010100100Ri-LDDR24232000110001123699

17、201101001000000LDDR1+LDDRA01301011100012-RiNOT1901B100001010100100Ri-LDDR24249000110010024099200001001000000LDDR1+LDDRA01401011100012-RiJMP1A01E100001111111100PC-AR,PC+DA5A00010001011-PC2500D200000100011000RAM-BUS,B18150001100001US-PCJZ1B01E100001111101101PC-AR,PC+CEFB00010011111-PC2F018200001000000

18、000分支測試失敗001F00010000013F00D300000100011000分值測試成功181F0001100001、設(shè)計考證程序匯編指令（前一個操作數(shù)為源操作數(shù)，后一個操作數(shù)為目的操作數(shù)）MOV90H,R2POUTR2,03HPIN00H,R1MOV02H,R2ADDR1，R2XORR1，R2NOTR2LOAD20H,R0JMP30HSUBR0，R0JZ40HANDR0，R2POUTR2,01H、匯編程序與機器指令程序的變換地點機器指令碼（二進制）機器指令碼（十六進制）指令010100001042H90H,R2021001000090MOVH030001100018HOUTR2,0

19、3H040000001103PH050000000101H00H,R1060000000000PINH070001010014HR1，01H080000000101POUTH090100001042H02H,R20A0000001002MOVH0B0101011056HADDR1，R20C1000011086HXORR1，R20D1001001092HNOTR20E0010000020HLOAD0F0100000020H20H,R01010100000A0HJMP30H110011000030H300110000060HSUBR0，R03110110000B0HJZ40H32010000004

20、0H4001110001072HANDR0，R2410001100018HR2,01H420000000101POUTH、成立聯(lián)機操作文件為了從PC機下載工作程序和微程序，需要成立聯(lián)機操作文件，該文件是一般的文本文件，擴展名為TXT，可用記事原來成立。源程序以下：$P0401$P1030$M0200C0$M060302$P0500$P30605001$P0614$P31B0$M1001ED$M1201ED$P0701$P32408387$P0842$P4072$M0300E0$M0700E0$P0902$P41180408$P0A56$P4201$M040110$M080090$P0B860101$P0C92$M000180$M1101ED$M1301ED$P0D20018589$P0E20$M0101ED$M0500E0$M0900E0$P0FA082060A$M0A028201$M21159A0101$M1601A201$M1A01ED$M1401ED0E$M1801A2A58B$M0E01B422$M2500D1$M0B00900F$M2201B48101$M0F619B23$M1B01EC$M1501A241$M23699AEF0C$M1701A201$M2F0180$M0C01B420$M1901B4010D$M2001B4