復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)題目：復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的綜合運(yùn)用所學(xué)計(jì)算機(jī)原理知識，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)較為完整的計(jì)算機(jī)。實(shí)驗(yàn)環(huán)境硬件環(huán)境：Dais-CMB+計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺，排線若干。PC 機(jī)軟件環(huán)境操作系統(tǒng)。Dais-CMB+應(yīng)用軟件。設(shè)計(jì)要求.熟悉Dais-CMB+應(yīng)用軟件的工作環(huán)境，掌握各種功能的使用。.擬定數(shù)據(jù)格式及指令系統(tǒng)：A.數(shù)據(jù)格式擬采用定點(diǎn)補(bǔ)碼表示數(shù)據(jù)，且字長為8位，其格式如下：76543210符號尾數(shù)其中第7位為符號位，數(shù)值表示范圍是：-1WX1。B.指令格式模型機(jī)設(shè)計(jì)四大類指令格式共16條，其中包括算術(shù)邏輯指令、I/O指令、訪 問及轉(zhuǎn)移指令和停機(jī)指令。算術(shù)邏

2、輯指令:設(shè)計(jì)9條算術(shù)邏輯指令并用單字節(jié)表示，尋址方式采用寄存器 直接尋址，其格式如下：76543210OP-CODERSrd其中OP-CODE為操作碼，RS為原寄存器，rd為目的寄存器，并規(guī)定:RS 或 rd選定的寄存器000110R0R1R29條算術(shù)邏輯指令的名稱、功能和具體格式見表1。訪問指令及轉(zhuǎn)移指令:模型機(jī)設(shè)計(jì)2條訪問;指令，即存數(shù)（STA）、取數(shù)（LDA）,2 條轉(zhuǎn)移指令,即無條件轉(zhuǎn)移（JMP）結(jié)果為零或有進(jìn)位轉(zhuǎn)移指令（BZC）,指令格式為:7654321 00M0OP-CODErdD其中,OP-CODE為操作碼，為目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）。D為位 移量（正負(fù)均可），

3、M為尋址模式，其定義如下：尋址模式M有效地址E說明00E=D直接尋址01E=（D）間接尋址10E= （RI） +DRI變址尋址11E= （PC） +D相對尋址本模型機(jī)規(guī)定變址寄存器RI指定為寄存器R2。I/O指令:輸入（IN）和輸出（OUT）指令采用單字節(jié)指令，其格式如下:7 6 5 4321 0OP-CODEaddrRd其中，addr =10時，選中“INPUT DEVICE”中的開關(guān)作為輸入設(shè)備，addr 二11時，選中“OUTPUT DEVICE”中的LED作為輸出設(shè)備。停機(jī)指令：指令格式如下：7 6 5 43210OP-CODE0000HALT指令，用于實(shí)現(xiàn)停機(jī)操作。C.指令系統(tǒng)本模型

4、機(jī)共有16條指令，其中算術(shù)邏輯指令7條，訪問內(nèi)存指令和程序控制 指令4條，輸入輸出指令2條，其他指令1條。表6-1列出了各條指令的格式、匯編符號、指令功能。匯編符號指令格式功能CLRrdMOVrs,rdADCrs,rdSBCrs,rd111000RD0 f rdRS f rdRS+rd+cy frdRS-rd-cy f rd0001RSRD0011RSRD0101RSRDINC rdAND rs, rdCOCOM rdRRC rs,rdRLC rs,rd0111RSRDRd+1 f rdRs Ard f rdRdf rdCy f rsCy f rs1001RSRD1011RSRD1101RSR

5、D1111RSRDLDA M, D, rdSTA 虬 D, rdJMP 虬 DBZC 虬 D0M000RDE f rsRd f EE f PC當(dāng)CY=1或Z-1時，E fPC0M001RD0M010000M01100IN addr,rdOUT addr,rd100001RDAddr f rd101010RDRd f addrHALT11000000停機(jī)總體設(shè)計(jì)：模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路框圖參照圖1，要求如下：選用適當(dāng)軟件畫出數(shù)據(jù)通路框圖；寫出圖中選用芯片的邏輯功能，并標(biāo)出外引腳;說明圖中各芯片的作用；列出圖中所有微操作信號，說明其功能。6116)EOUTPUT6HI-BHPl1圖6-1數(shù)據(jù)通路樞圖B.

6、寫出上圖中選用芯片的邏輯功能，并標(biāo)出外引腳；74LS161N芯片介紹：1.芯片圖：Vcc TC Qo Ch % Q3 CET 匹園同同 同 同|77 同 |T1| |?| |3| |4| |5| |W| 7 BCPPq Pi P2 Ps CEP GND2.邏輯功能：74LS161為異步清零計(jì)數(shù)器74LS161功能表RD LD ETEP CP D3 D2 D, D0 Q3Q2 Q, Q00 XXX X X X X X 0 0 0 010 XX tD C B AD C B A110X X X X X X 保 持11 X0 X X X X X 保 持1111 t X X X X 計(jì) 數(shù)74LS181

7、芯片介紹：1.芯片圖:2.邏輯功能74LS181為算術(shù)邏輯單元/函數(shù)產(chǎn)生器。181能執(zhí)行16種算術(shù)運(yùn)算和16種邏輯運(yùn) 算，當(dāng)工作方式控制端（M）為低點(diǎn)平時執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算，當(dāng)工作方式控制端（M） 為高電平時執(zhí)行邏輯運(yùn)算。運(yùn)算功能由選擇端（S0-S3）決定。其功能表如下:低電平作用數(shù)招S3輸1S.算術(shù)運(yùn)算M = LCL = L 無進(jìn)位）Cl/H浦進(jìn)蚪LLLLF甘AF- A M 1F m ALLLHF-ABF * AB tF = ABL1HLsaL bF-ABM!F = ABLLHHFw LF =或】皿的ttftl -0 .LHLLF A 4 B :F m A加M * 8】F = A加 tA+8 加

8、1LHLHF鄧-F-怔 A + B；FAH tn (A + BftllLHHLfM利F = AI(BLHHHF = A 十 BF V A r BF -A *B 加 1HLLLF A jUJ i A + B)FA加（A * B i加【HtLH珈F H互加EF nA加B加|HLHLF FBm A + BF t Aft tro (AIH .LHHF=A + B八a*bHHL1.Fjf=a加成F = A如A加1HHLHFF AB 加AF、AB 加 A til!HHHL AB加A加1HHHH!A計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報告F趴高電甲作用敬潺S電S.理輯功能M H尊術(shù)底算M：Lci1無進(jìn)值）占L f中進(jìn)

9、位2LLLLF AF AF =成加lLLLHF1- A + BF = A * 日F =卜 B)加 1LLHLF-ABF A * HF=心BJ加】LLHHh - 04心以的補(bǔ)敏）F= 0LHLLF =誦IF . AWF=A加AB加ILHLH|F=5F- - (A - B i加AWF。a + b）加aB加iLHHLF = A押F -A j$B 11F = A郵LHHHF ABF *4FBHLLf.F A 十 HF A ftjABF-AAHlKilHLLHFa新f = a 加 h imHLHLFMFh r A + B J 加ABF= (A +陶；HLHHFRF AH J( tF - ABHHLLF，

10、IF = A gA *F占A抵A郝障-73芯片介紹:HF =A8 F A + BF = lA 8) UpAUi B加 A卜：A、B 蛆4如i 卜=fA 5加A加1H1.芯片圖：HF -AF - AM 1F-AH徭噌平L成電平j(luò) 一每靠穢至卜一個更高位74LS273123456789 10CLEAR ID IQ 2D 2Q 3Q 3D 4D 4Q GND2.邏輯功能：SN74LS273是一個8位的高速寄存器，這種觸發(fā)器由8種D觸發(fā)器組成，具 有共同的時鐘和異步活動的低電平控制端。74LS299芯片介紹:芯片圖：Vcc S-I Ds? Qt I/Ot l;a5 l;03 bO-i CP DSon

11、EpTirTri r?rLdhJljJLiJLAJLdLdLAJhJ 四Sq 0E OEj l/Og I/O4 l/Oj I/Oq Qq MR GND邏輯功能FUNCTION TABLEzm*IWPUTfCHJlTRJTSUTPOTSMQOEclFtuwricw S-ELECToumjT CGNTAGLCLKWERE3%e相圳1/0( 皿麟旭皿0*- 5S1 觸fli Bs*$L SRLH.LLXMH:S?.:K XX XX XLLLLLLLLWLLLIlLLXXXXKXXlCJ JHeidiH:* JXX 翼X XQaxJQftOiQlXJ旋。的QwHq口口專。口匚口 QgQeo口網(wǎng)口oaQ

12、四CiaQ Qhoqaq qhoShih FlightIHR.HL LrE HK L枇六 nOfin QcnOQhEnOFnQOnl如iL口Cm口EnQn口喝H OGrtJ業(yè)口hih tLflHHLHLLLHm7sTl xa0n He汁叱吐 Qn FnH%n QCn Odni En. 口 Fri 加 口 Hrt 、口驢 M椰 LLo3HHHr| X KJ：bd4r-ah占新1 WBrtni 卯r Iwt*!同1四1ll hflll CHt 6 O5 O5 O4 O4 LE2D19W17161I&1141312111 |2| 3| 4| 5| 6| 7| B |9 | 10OEOq Dq D-|

13、 0-| Oj Dj D3O3 GND2.邏輯功能：74LS273為8D觸發(fā)器，誨為低電平有效的清除端，當(dāng)誨=0時，輸出全 為0且與其他輸入端無關(guān)；CP端是時鐘信號，當(dāng)CP由低電平向高電平跳變時刻， D端輸入數(shù)據(jù)傳送到Q輸出端。74LS373是帶三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器，由于單片機(jī)的三總線結(jié)構(gòu)中，數(shù) 據(jù)線與地址線的低8位共用P0 口，因此必須用地址鎖存器將地址信號和數(shù)據(jù)信 號區(qū)分開。74LS373的鎖存控制端G直接與單片機(jī)的鎖存控制信號ALE相連，在ALE的下降沿鎖存低8位地址。6116芯片介紹：1.芯片圖Vcc AsAsWEOEAioCSI/08I/07I/06I/05I/0424 2322

14、212019181716 15 14 136116 f節(jié)？ 10 11 12At AgAsA4AsAsAiAoI/OiI/O2I/O3GND2.邏輯功能6116有11條地址線A0A10； 8條雙向數(shù)據(jù)線I/O0I/O7； CE為片選線， 低電平有效；WE寫允許線，低電平有效；OE讀允許線，低電平有效。6116的 操作方式如下表所示。表：6116功能表：CEOEWE方式I/O0I/O7HXX未選中高阻LLH讀O0 O7LHL寫I0 I7LLL寫I0 I7設(shè)計(jì)微程序流程：根據(jù)機(jī)器指令系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)微程序流程圖并確定微地址。（參考圖2）要求:擬出各指令的讀取與執(zhí)行流程，及其操作時間表。 按照系統(tǒng)建議

15、的微指令格式，參照微指令流程圖，將每條指令代碼化， 譯成二進(jìn)制代碼表，并將二進(jìn)制代碼表轉(zhuǎn)移為聯(lián)機(jī)操作時的十六進(jìn)制格式文件A字段323130選擇000001PC-B010AL-U-B011299-B100RS-B101RD-B110RI-BB字段162選擇測試字0001P（1）識別操作碼10P（2）判尋址方式11P（3）條件測試說明：DDR1 表示 LDDR1； DDR2 表示 LDDR2運(yùn)行微程序00（直接）01（間接）10（變址）11（相對）6j041C1CRAM-&US bus FarRAMBUS BUSSRDDR1 -BUS BU$TPCRD -BUS 6USSRDp釧RAM-BUSBU

16、SDRII 04拓3 RAOBUS BUSHXWIPC-ARramhbusBUS-ARPC-AR PC+1PC-AR FC+11 06i 0ARAMBUS BUSDR1RAlHflUSBUS-0R1|07|0BDR2RAM-8US BVSXWI|08|08DRUDR BUSARDR1*DR BUSAR|09i 09DR1+DR2 BUSDR1DRUDR2- BUSW1sue INC AND COM RRC RLCI 10DR1-DR113RS-BUS 6US-DR2RD-BUSBUSDR1DR1d-BUSHDR1RD-BUS BUS-DR1RS-BUS BUS-DR1RD-BUSBUS-DR1

17、|15榔DR1-1-BUS-RDRt-BUS BUS-DR2DR1-BUS BUS-RDJ2BDR1-DR1編寫程序：（1）利用PC機(jī)編寫程序，并記錄單步，宏單運(yùn)行時的微指令顯示，微地址顯 示，數(shù)碼管顯示結(jié)果；（2）分析單步運(yùn)行時數(shù)據(jù)通路和各部件的運(yùn)行情況。編寫的程序如下：P00 84 ； IN R0P01 85 ； IN R1P02 21 ； ADD 30H ， R1 TOC o 1-5 h z P0330P0411；MOVR1， R2P05F2；RLCR2P06E0；RLR0P07 22 ； ADD R2 ， R0P08C0；RRCR0P0960；STA0BH，R0P0A0BP0B80；O

18、UTBUS，0AHP0C0AP0DA0；JMP00HP0E00P0FC0；HAIT處理程序：.機(jī)器程序和與其對應(yīng)的微控制程序的寫入：在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下，首先應(yīng)打開cmb1.abs （模型機(jī)一機(jī)器指令及對應(yīng)微指令 編輯文本），然后點(diǎn)擊“”圖標(biāo)進(jìn)入連接裝載，一旦屏幕自動彈出動態(tài)調(diào)試窗口 表示代碼及微代碼下載已成功，進(jìn)入Windows95在線集試調(diào)試環(huán)境。.運(yùn)行程序：單步運(yùn)行微程序鍵入數(shù)字鍵00 （PC地址從00H開始），然后每按動一次“單步”命令鍵，運(yùn) 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。單步運(yùn)行機(jī)器程序鍵入數(shù)字鍵00H （PC地址），然后每按動一次“宏步”命令鍵，運(yùn)行一條機(jī)

19、器 指令。對照機(jī)器指令程序，觀察微地址顯示燈是否和流程一致。程序設(shè)連續(xù)運(yùn)行與暫停程序計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報告鍵入數(shù)字鍵00H （PC地址）,按動“運(yùn)行”命令鍵使模型機(jī)進(jìn)入實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)。 在實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)按“宏單”鍵執(zhí)行的暫停命令，使模型機(jī)進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)，參照機(jī) 器指令及微程序流程圖，將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與理論分析比較。程序裝載在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下，首先應(yīng)打開 （模型機(jī)三機(jī)器指令及對應(yīng)微程序編輯文 本），然后單擊“!”圖標(biāo)進(jìn)入連接裝載，一旦屏幕自動彈出動態(tài)調(diào)試框表示代碼 代碼及微代碼已下載成功，已進(jìn)入在線集試調(diào)試環(huán)境：使用者若打開示圖窗后再 點(diǎn)擊與運(yùn)行相關(guān)的圖標(biāo)，PC以追蹤方式動態(tài)顯示模型機(jī)運(yùn)行軌跡。程序運(yùn)行結(jié)果記錄及分析：實(shí)習(xí)總結(jié)：通過對計(jì)算機(jī)組成原理的學(xué)習(xí)，深刻體會到了計(jì)算機(jī)的硬 件和軟件是不可分割的整體，它們統(tǒng)一完成一項(xiàng)重要的任務(wù)，同時懂得硬件與 軟件之間的可以相互替代，但是硬件完成的效率要快一些，而軟件完成要比較 慢些。這次的微程序的設(shè)計(jì)運(yùn)行及調(diào)試給了我