組成原理課程設計-具有運算及間接尋址功能的復雜模型機的設計課程設計報告

1、計算機組成原理課程設計-具有運算及間接尋址功能的復雜模型機的設計 東 莞 理 工 學 院 本 科 課 程 設 計課程設計題目：具有運算及間接尋址功能的復雜模型機的設計學 生 姓 名： 學 號： 系 別：計算機學院 專 業(yè) 班 級：14級計算機科學與技術4班指導教師姓名：黃仁泰 目錄一.課程設計性質(zhì)和目的 .3二. 課程設計任務.3三所用的設備及軟件 .3四、課程設計原理 .3五課程設計的詳細設計 . 7六課程設計內(nèi)容（方法步驟）和調(diào)試步驟. 11七. 實驗結(jié)果(數(shù)據(jù)記錄).11八心得體會.12九回答問題.13 一、課程設計性質(zhì)和目的計算機組織與體系結(jié)構(gòu)課程設計是計算機科學與技術專業(yè)本科學生在學

2、習完計算機組織與體系結(jié)構(gòu)課程之后的一個重要的實踐環(huán)節(jié)。要求學生在教師的指導下，綜合運用已學過的計算機組織與體系結(jié)構(gòu)中的各種知識和技能，獨立完成一項較為完整、并具有一定難度的課程設計任務。使學生在掌握“TDN-CM 計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)”部件單元的基礎上通過對復雜模型機的設計，以達到對計算機的基本組成、部件的設計、部件間的連接、微程序控制器的設計、微指令和微程序的編制與調(diào)試等過程有更深的了解，加深對理論課程的理解。通過模型機的設計和調(diào)試，連貫運用計算機組成原理課程學習到的知識，建立計算機整機概念，培養(yǎng)獨立工作和創(chuàng)新思維二、課程設計任務具有運算及間接尋址功能的復雜模型機的設計, 機器指令程序

3、如下： IN 01,R0 ；(R0)=80H 設計時同學們可以給R0送入其它數(shù)值 LDA 01,20H,R1 ；將20H存儲單元的數(shù)據(jù)26H作為存儲器的地址，再把該地址中的數(shù)據(jù)0BH送R1；即存儲器間接尋址 ADC R1,R0 ； RRC R0,R2 ； OUT 10,R2 STA 00,0AH,R0 OUT 10,R0 HALT 三、所用的設備及軟件設備：TDN-CM 或 TDN-CM 教學實驗系統(tǒng)一臺、PC機一臺、排線若干軟件：軟件四、課程設計的基本工作原理1數(shù)據(jù)格式模型機規(guī)定采用定點補碼表示法表示數(shù)據(jù)，且字長為8位，其格式如下：76 5 4 3 2 1 0符號尾 數(shù)其中第7位為符號位，數(shù)

4、值表示范圍是： X1。2指令格式模型機設計四大類指令共十六條，其中包括算術邏輯指令、I/O 指令、訪問及轉(zhuǎn)移指令和停機指令。(1) 算術邏輯指令設計9條算術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：7 6 5 43 21 0OP-CODERSRD其中，OP-CODE 為操作碼，rs為源寄存器，rd為目的寄存器，并規(guī)定：RS或RD選定的寄存器00R001R110R29條算術邏輯指令的名稱、功能和具體格式見表1。 算術邏輯指令的助記符、功能和具體格式助記符指令格式功能CLR RD011100RD0àRDMOV RS,RD 1000 RSRDRSàRDADC

5、 RS,RD 1001RSRDRS+RD+CYàRDSUC RS,RD 1010RSRDRS-RD-CYàRDINC RD 1011RDRDRD+1àRDAND RS,RD 1100 RSRDRSRDàRDCOM RD 1101 RDRDRDàRDRRC RS RD 1110RSRDRLC RS,RD 1111RSRDLAD M,D,RD 00M00RD(E)àRD RDà(E) EàPCDSTA M,D,RD 00M01RDDJMP M,D 00M1000DBZC M,D00M1100當CY=1或Z=1時 E&#

6、224;PCDIN addr,RD 010001RD(addr)àRDOUT addr,RD 010110RDRDà(addr)HALT 01100000停機 表1(2) 訪問指令及轉(zhuǎn)移指令 模型機設計2條訪內(nèi)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)果為零或有進位轉(zhuǎn)移指令（BZC），指令格式為：7 65 43 21 000MOP-CODERDD其中，OP-CODE為操作碼，rd為目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）。D為位移量（正負均可），M為尋址模式，其定義如下：尋址模式有效地址E說明00E=D直接尋址01E=(D)間接尋址10

7、E=(RI)+DRI變址尋址11E=(PC)+D相對尋址本模型機規(guī)定變址寄存器 RI指定為寄存器R2。(3) 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 4 3 21 0OP-CODEaddrRD其中，addr=01時，選中“INPUT DEVICE”中的開關組作為輸入設備，addr=10 時，選中“OUTPUT DEVICE”中的數(shù)碼塊作為輸出設備。(4) 停機指令指令格式如下：7 6 5 4 3 21 0OP-CODE0000HALT 指令，用于實現(xiàn)停機操作。3指令系統(tǒng)本模型機共有16條基本指令，其中算術邏輯指令7條，訪問內(nèi)存指令和程序控制指令4條，

8、輸入輸出指令2條，其它指令 1 條。表8-1 列出了各條指令的格式、匯編符號、指令功能。4微指令格式S3、S2、S1、S0、M、Cn控制運算的工作方式：WE控制主存、輸入設備Y1、Y2、和輸出設備的讀寫功能；A9、A8通過74LS139二四譯碼器譯碼輸出Y0、Y3，分別接輸入設備的SW-B、主存的CE、輸出設備的LED-B及其它情況。微指令字長共24位，其控制位順序如表2所示：表2控制位順序表24232221201918171615 14 1312 11 109 8 7654321S3S2S1S0M CNWE A9A8ABCuA5uA4uA3uA2uA1uA0 A字段 B字段 C字段1211

9、10選擇000001RS-B010RD-B011RI-B100299-B101ALU-B110PC-B1514 13選擇000001LDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAR110LDAR98 7選擇000001P(1)010P(2)011P(3)100P(4)101AR110LDPC其中 UA5UA0 為6位的后續(xù)微地址，A、B、C為三個譯碼字段，分別由三個控制位譯碼出多位。C字段中的P（1）P（4）是四個測試字位。其功能是根據(jù)機器指令及相應微 代碼進行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應的微地址入口，從而實現(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)運行。AR為算術運算是否影響進位及判零標志控制

10、位，其為零有效。B字段中的RS-B、R0-B、RI-B 分別為源寄存器選通信號、目的寄存器選通信號及變址寄存器選通信號，其功能是根據(jù)機器指令來進行三個工作寄存器 R0、R1及R2的選通。指令寄存器（IR）用來保存當前正在執(zhí)行的一條指令。當執(zhí)行一條指令時，先把它從內(nèi)存取到指令寄存器中，然后再對其進行譯碼、運行。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進制數(shù)構(gòu)成，為了執(zhí)行任何給定的指令，必須對操作碼進行測試，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”根據(jù)指令中的操作碼譯碼強置微控制器的微地址，使下一條微指令指向相應的微程序首地址。上述系統(tǒng)有兩種外部I/O設備，一種是二進制代碼開關，它作為

11、輸入設備；另一塊是數(shù)碼塊，它作為輸出設備。例如，輸入時，二進制開關數(shù)據(jù)直接經(jīng)過三態(tài)門送到總線上，只要開關順序不變，輸入的信息就不變。輸出時，將輸出數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上，當寫信號（W/R）有效時，將數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器，驅(qū)動數(shù)碼塊顯示五課程設計的詳細設計1.復雜模型機的數(shù)據(jù)通路圖2.微程序流程圖及微地址的確定 圖2 微程序流程圖3. 機器指令設計首先根據(jù)指令要求編寫機器指令代碼，根據(jù)表1及數(shù)據(jù)通路圖1，編寫程序。 根據(jù)表1編寫機器指令代碼如下所示：程 序 助記符$P0044 IN 01 R0$P0111 LDA 01 20H R1$P0220 $P0394 ADC R1 R0 $P04E2 RRC

12、R0 R2 $P055A OUT 10 R2$P0604 STA 00 0AH R0$P070A$P0858 OUT 10 R0$P0960 HALT$P2026 將20H存儲單元的數(shù)據(jù)26H作為存儲器的地址.$P260B 把該地址中的數(shù)據(jù)0BH送R1；即存儲器間接尋址4.微代碼設計文檔根據(jù)微指令格式表2，并參照微指令流程圖2，將每條指令代碼化（將該微程序存于一個*.txt文本中）。 微程序如下： $M00018108 $M0D00A00E $M0101ED82 $M0E01B60F $M0200C050 $M0F95EA25$M0300A004 $M1001ED83 $M0400E0A0 $

13、M1101ED85 $M0500E006 $M1201ED8D $M0600A007 $M1301EDA6 $M0700E0A0 $M14001001 $M0801ED8A $M15030401 $M0901ED8C $M16018016$M0A00A03B $M173D9A01$M0B018001 $M18019201$M0C00203C $M1901A22A $M2205DB81 $M1A01B22C$M230180E4 $M1B01A232 $M24018001 $M1C01A233 $M2595AAA0 $M1D01A236 $M2600A027 $M1E318237 $M2701BC

14、28 $M1F318239 $M2895EA29 $M20009001 $M2995AAA0 $M21028401 $M2A01B42B $M300D8171 $M2B959B41 $M31959B41 $M2C01A42D $M32019A01 $M2D65AB6E $M3301B435 $M2E0D9A01 $M3405DB81 $M2F01AA30 $M35B99A01$M360D9A01 $M37298838 $M38019801 $M3919883A $M3A019801 $M3B070A08 $M3C068A095.接線圖 圖4、實驗電路圖六課程設計內(nèi)容（方法步驟）和調(diào)試步驟1實驗

15、步驟（1）按圖4連接實驗線路，檢查無誤后接通電源。 （2）聯(lián)機讀寫程序用聯(lián)機軟件的“【轉(zhuǎn)儲】【裝載】”功能將該實驗對應的文件*.txt載入實驗系統(tǒng)。 （3）聯(lián)機運行 使編程開關處于“RUN”狀態(tài)，STEP 為“STEP”狀態(tài)，STOP 為“RUN”狀態(tài)。撥動總清開關CLR（101），微地址清零，程序計數(shù)器清零，程序首址為00H。聯(lián)機運行程序時，進入軟件界面，裝載機器指令及微指令后，選擇“【運行】【通路圖】【復雜模型機】”功能菜單打開相應動態(tài)數(shù)據(jù)通路圖，按相應功能鍵即可聯(lián)機測試、運行、監(jiān)控、調(diào)試程序。 單步運行程序。 單步運行一條微指令，對照微程序流程圖，觀察微地址顯示燈是否和流程一致。 連續(xù)運

16、行程序 ? 使“STATE UNIT”中的STEP 開關置為“ECEX”狀態(tài)。STOP 開關置為“RUN” 狀態(tài)。撥動CLR 開關，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。七、實驗結(jié)果(數(shù)據(jù)記錄)八、心得體會三天的計算機組成與體系課程設計，我認識到將書本知識理解好和把課程設計做好并不是等價的，僅僅看書理解是不夠的，不會將學到的知識運用到實際操作中去，將理論知識學習的再好也沒用。這次復雜模型機的設計，讓我真正做到了學以致用，在實踐中對所學知識有了更進一步的理解。而且進一步提升了本人的團隊協(xié)作能力，我們的團隊，不是一開始就將工作分工

17、，而是對任務進行分析理解，將一些比較大的問題進行探討后在進行分工，我們要的并不僅僅是完成老師交給我們的任務，更加重要的是在完成的過程中不斷進步。在這次與組員的合作過程，讓我深刻體會到了團結(jié)精神對工作所產(chǎn)生的高效性、準確性。本次的課程設計實驗，是我真正意義上第一次設計復雜模型機，在之前只是在其他人建立好的基礎上進行修改，并沒有很好的運用到已學到的知識，在這次課程設計，我編寫了機器指令和微指令，設計了微程序流程圖，當最后運行程序運行成功的時候，感覺還是有點開心的。當然，在做課程設計的過程中也遇到了些許的困難。首先是的接線問題，在一開始接線時只是追求速度，想要快一點做完，最終不得不在測試失敗的情況下檢查錯誤并將錯誤改正。其次是微地址的確定的問題上，通過和同學探討和詢問老師，將設計的不是很合理的內(nèi)容進行了改正，最終運行通過。九、回答問題班級： 14級計科4班 學號： 201441402426 姓名：