計(jì)算機(jī)硬件課程設(shè)計(jì)--簡(jiǎn)單模型機(jī)設(shè)計(jì)

1、.計(jì)算機(jī)硬件綜合課程設(shè)計(jì)報(bào)告 簡(jiǎn)單模型機(jī)設(shè)計(jì)1、 設(shè)計(jì)要求硬件：TDN-CM+計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)，PC機(jī)一臺(tái)，排線若干，串口線一根。軟件：CMP軟件2、 設(shè)計(jì)目的1. 通過對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)，對(duì)計(jì)算機(jī)的基本組成、部件的設(shè)計(jì)、部件間的連接、 微程序控制器的設(shè)計(jì)、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(duì)理論課程的理解。2. 通過這次課程設(shè)計(jì)，建立整機(jī)的概念，對(duì)程序進(jìn)行編輯，校驗(yàn)，鍛煉理論聯(lián)系實(shí)際的能力。3. 通過本次課程設(shè)計(jì)熟悉和訓(xùn)練設(shè)計(jì)思路與實(shí)現(xiàn)方法。4. 通過本次課程設(shè)計(jì)鍛煉團(tuán)隊(duì)合作的能力和團(tuán)隊(duì)問題的解決。3、 設(shè)計(jì)電路及連線 設(shè)計(jì)電路及連線實(shí)驗(yàn)圖如下圖1-1所示。圖

2、1-1 簡(jiǎn)單模型機(jī)連線圖4、 設(shè)計(jì)說明本次課程設(shè)計(jì)將能在微程序控制下自動(dòng)產(chǎn)生各部件單元控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)特定指令的功能。這里，計(jì)算機(jī)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(jī)器指令到指令執(zhí)行結(jié)束的一個(gè)指令周期全部由微指令組成的序列來完成，即一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序。本次課程設(shè)計(jì)采用五條機(jī)器指令：IN（輸入）、ADD（二進(jìn)制加法）、STA（存數(shù)）、OUT（輸出）、JMP（無條件轉(zhuǎn)移），其指令格式如下（前4位為操作碼）：助記符 機(jī)器指令碼 說 明 微程序入口地址IN 0000 0000 “INPUT DEVICE”中 10ADD addrSTA addrOUT addrJM P

3、addr 的開關(guān)狀態(tài)R0 0001 0000 ×××× ×××× R0+addrR0 11 0010 0000 ×××× ×××× R0addr 12 0011 0000 ×××× ×××× addrBUS 13 0100 0000 ×××× ×××× addrPC 14其中，I

4、N為單字長(zhǎng)（8位），其余為雙字長(zhǎng)，×××× ××××為addr對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通路框圖如圖1-2所示。微代碼定義如表1-1所示。圖 1-2 數(shù)據(jù)通路圖表1-124232221201918171615 14 1312 11 10 9 8 7654321S3S2S1S0MCnWEA9A8ABCuA5uA4uA3uA2uA1uA0987選擇000001P（1）010011100P（4） 101110LDPC121110選擇000001RS-B010011100101ALU-B110PC-B A字段 B字段C字

5、段151413選擇000001LDDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDAR5、 設(shè)計(jì)步驟1. 設(shè)計(jì)微程序流程圖，如圖1-3所示。運(yùn)行微程序 01PCARPC+1RAMBUSBUSIR 02 10P(1)IN ADD STA OUT JMPPCARPC+1 10 11 12 13 14PCARPC+1PCARPC+1PCARPC+1SWR0RAMBUSBUSAR 03 07 16 RAMBUSBUSARRAMBUSBUSPCRAMBUSBUSAR 2601 04 15 R0BUSBUSRAMRAMBUSBUSDR2 17RAMBUSBUSDR1 01 05

6、R0DR1 25 DR1LED 06 01(DR1)+(DR2)R0 06 01 01 控制臺(tái) 00 八進(jìn)制微地址 20P（4）KWE(01)RP(11) （SWB ,SWA)KRD(00)PCARPC+1PCARPC+1 21 20 23 24 22RAMBUSBUSDR1CSWDBUSBUSDR1 01 DR1LED DR1RAM 30 27 圖 1-3 微程序流程圖2. 微指令代碼化，如下表1-2所示。表1-2微地址S3 S2 S1 S0 MCnWE A9 A8ABCuA5uA00 00 0000 00 1 10000001000100000 1000000011110110110000

7、0100 20000000011000000010010000 30000000011100000000001000 40000000010110000000001010 50000000110100010000001100 61001010110011010000000010 70000000011100000000011011 00000000000010000000000011 10000000111101101100000111 20000000111101101100001111 30000000111101101100011101 4000000011110110110010110

8、1 50000001010000010000000011 60000000011100000000011111 70000000010100000000101012 00000000111101101100100102 10000000111101101100101002 20000000010100000000101112 30000000110000000000000012 40000000000100000000110002 50000011100001010000000012 60000000011010001100000012 70000011100001010000100003 0

9、0000011010001010000100013. 設(shè)計(jì)驗(yàn)證程序的內(nèi)存映像（裝入起始地址00H）如下表1-3所示。表1-3地址（二進(jìn)制）內(nèi)容（二進(jìn)制）助記符說 明0000 00000000 0000IN將輸入數(shù)據(jù)送R0寄存器0000 00010001 0000ADD 0AHR0+0AHR00000 00100000 10100000 00110010 0000STA 0BHR00BH0000 01000000 10110000 01010011 0000OUT 0BH0BHLED0000 01100000 10110000 01110100 0000JMP 08H00HPC0000 1000

10、0000 00000000 10010000 10100000 0001輸入自定的數(shù)據(jù)0000 1011求和結(jié)果的存儲(chǔ)單元4. 建立聯(lián)機(jī)操作文件。為了從PC機(jī)下載工作程序和微程序，需要建立聯(lián)機(jī)操作文件，該文件是普通的文本文件，擴(kuò)展名為TXT，可用記事本來建立。源程序如下：$P0000$P0110$P020A$P0320$P040B$P0530$P060B$P0740$P0800$P0A01$M00018110$M0101ED82$M0200C048$M0300E004$M0400B005$M0501A206$M06959A01$M0700E00D$M08001001$M0901ED83$M0A

11、01ED87$M0B01ED8E$M0C01ED96$M0D028201$M0E00E00F$M0F00A015$M1001ED92$M1101ED94$M1200A017$M13018001$M14002018$M15070A01$M1600D181$M17070A10$M18068A115. 調(diào)試、執(zhí)行程序。首先打開CMP軟件，測(cè)試端口是否連接成功，然后裝入聯(lián)機(jī)操作文件，接著測(cè)試程序，測(cè)試值R0=FEH，置數(shù)據(jù)開關(guān)狀態(tài)11111110，根據(jù)提示撥動(dòng)總清開關(guān)CLR（01）適時(shí)清零。在調(diào)試過程中，出現(xiàn)了一些問題，例如，出現(xiàn)提示窗口，提示源程序第幾行錯(cuò)誤，經(jīng)檢查原來是數(shù)字0寫成了字母O；觀察數(shù)據(jù)

12、流通圖，有支路不通，就檢查該支路的連線，排查錯(cuò)誤。6、 設(shè)計(jì)結(jié)果和體會(huì)1、 設(shè)計(jì)結(jié)果當(dāng)R0=FEH時(shí)，求和結(jié)果為FFH，即0BH單元中存儲(chǔ)值為FFH，LED顯示FF。2、 設(shè)計(jì)體會(huì)此次課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)計(jì)算機(jī)的基本組成、簡(jiǎn)單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳送通路組成、存儲(chǔ)器RAM工作特性及數(shù)據(jù)的讀寫方法、時(shí)序信號(hào)發(fā)生電路的組成原理、微程序控制器的設(shè)計(jì)思路和組成原理、微程序的編制、寫入過程有了進(jìn)一步的了解，也讓我覺得自己的動(dòng)手能力有 很大的提高；自信心也增強(qiáng)了，在課程設(shè)計(jì)過程中通過仔細(xì)查閱資料解決了遇到的問題，做到了理論與實(shí)踐相結(jié)合，鞏固和深化了自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，收獲頗多。7、 建議課程設(shè)計(jì)可以體現(xiàn)出團(tuán)隊(duì)合作程度，緊

13、密合作加上明確分工，能夠大大地提高設(shè)計(jì)速度，在動(dòng)手設(shè)計(jì)之前，最好將設(shè)計(jì)所需要的數(shù)據(jù)，程序準(zhǔn)備好，為了判斷設(shè)計(jì)結(jié)果是否正確，有必要在準(zhǔn)備階段計(jì)算理論值。仔細(xì)分析指令的每一位，以及微程序流程圖，理清思路，在設(shè)計(jì)時(shí)做到胸有成竹。復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)要求硬件：TDN-CM+計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)，PC機(jī)一臺(tái)，排線若干，串口線一根。軟件：CMP軟件二、設(shè)計(jì)目的1. 通過對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)，對(duì)計(jì)算機(jī)的基本組成、部件的設(shè)計(jì)、部件間的連接、 微程序控制器的設(shè)計(jì)、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(duì)理論課程的理解。2. 通過這次課程設(shè)計(jì)，建立整機(jī)的概念，對(duì)程序進(jìn)行編輯，校驗(yàn)，鍛煉理論聯(lián)

14、系實(shí)際的能力。3. 通過本次課程設(shè)計(jì)熟悉和訓(xùn)練設(shè)計(jì)思路與實(shí)現(xiàn)方法。4. 通過本次課程設(shè)計(jì)鍛煉團(tuán)隊(duì)合作的能力和團(tuán)隊(duì)問題的解決。3、 設(shè)計(jì)電路及連線 設(shè)計(jì)電路及連線實(shí)驗(yàn)圖如下圖2-1所示。圖 2-1 復(fù)雜模型機(jī)連線圖4、 設(shè)計(jì)說明在簡(jiǎn)單模型機(jī)的基礎(chǔ)上搭接移位控制電路，實(shí)現(xiàn)移位控制運(yùn)算。新增4條移位運(yùn)算指令：RL（左環(huán)移）、RLC（帶進(jìn)位左環(huán)移）、RR（右環(huán)移）、RRC（帶進(jìn)位右環(huán)移），其指令格式如下：助記符 操作碼RR 0101 0000RRC 0110 0000 RL0111 0000RLC1000 0000指令格式如表2-1所示。表2-124232221201918171615 14 1312

15、 11 10 9 8 7654321S3S2S1S0MCnWEA9A8ABCuA5uA4uA3uA2uA1uA0987選擇000001P（1）010011100P（4） 101110LDPC121110選擇000001RS-B010011100299-B101ALU-B110PC-B A字段 B字段C字段151413選擇000001LDDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDAR 數(shù)據(jù)通路圖如圖2-2所示。 T4299-B74299圖 2-2 數(shù)據(jù)通路圖5、 設(shè)計(jì)步驟1. 設(shè)計(jì)微程序流程圖，如圖2-3所示。運(yùn)行微程序 01PCARPC+1RAMBUSBUSI

16、R 02 20P(1)IN ADD STA OUT JMP RR RRC RL RLCR0299R0299R0299PCARPC+1PCARPC+1 20 21 22 23 24 25 26 27 30R0299SWR0PCARPC+1PCARPC+1帶進(jìn)位右環(huán)移 35 37 41RAMBUSBUSPC右環(huán)移左環(huán)移RAMBUSBUSAR 03 07 34 43 帶進(jìn)位左環(huán)移RAMBUSBUSARRAMBUSBUSAR 31 299R0299R001 36 40 42299R0 04 17 44299R0 R0BUSBUSRAMRAMBUSBUSDR2 32 01 RAMBUSBUSDR1 01

17、 01 05 01R0DR1 33 01 DR1LED 06 01 (DR1)+(DR2)R0 01 01 控制臺(tái) 00 八進(jìn)制微地址 20P（4）KWE(01)RP(11) （SWB ,SWA)KRD(00)PCARPC+1PCARPC+1 11 10 13 14 12RAMBUSBUSDR1CSWDBUSBUSDR1 01 DR1LED DR1RAM 15 16 圖 2-3 微程序流程圖2. 微指令代碼化（十六進(jìn)制表示），寫入操作文件后面。3. 設(shè)計(jì)驗(yàn)證程序的內(nèi)存映像（裝入起始地址00H）如下表2-2所示。表 2-2地址（二進(jìn)制）內(nèi)容（二進(jìn)制）助記符說 明0000 00000000 000

18、0IN將輸入數(shù)據(jù)送R0寄存器0000 00010001 0000ADD 0DHR0+0DHR00000 00100000 11010000 00111000 0000RLC將R0寄存器中的數(shù)據(jù)帶進(jìn)位循環(huán)左移一位0000 01000000 0000IN“INPUT DEVICE”R00000 01010110 0000RRC將R0寄存器中的數(shù)據(jù)帶進(jìn)位循環(huán)右移一位0000 01100111 0000 RL將R0寄存器中的數(shù)據(jù)循環(huán)左移一位0000 01110010 0000STA 0EHR00EH0000 10000000 11100000 10010011 0000OUT 0EH0EHLED000

19、0 10100000 11100000 10110100 0000JMP 00H00HPC0000 11000000 00000000 11010000 0001輸入自定的數(shù)據(jù)0000 1110求和結(jié)果的存儲(chǔ)單元4. 建立聯(lián)機(jī)操作文件。為了從PC機(jī)下載工作程序和微程序，需要建立聯(lián)機(jī)操作文件，該文件是普通的文本文件，擴(kuò)展名為TXT，可用記事本來建立。源程序如下：$P0000$P0110$P020D$P0380$P0400$P0560$P0670$P0720$P080E$P0930$P0A0E$P0B40$POC00$P0D01$M00018108$M0101ED82$M0200C050$M030

20、0E004$M0400B005$M0501A206$M06959A01$M0700E00F$M0801ED8A$M0901ED8C$M0A00A00E$M0B018001$M0C00200D$M0D068A09$M0E070A08$M0F028201$M10001001$M1101ED83$M1201ED87$M1301ED99$M1401ED9C$M1531821D$M1631821F$M17318221$M18313223$M1900E01A$M1A00A01B$M1B070A01$M1C00D181$M1D21881E$M1E019801$M1F298820$M20019801$M21118822$M22019801$M23198824$M240198015. 調(diào)試、執(zhí)行