復雜模型機(組成原理)課程設計報告

1、課程設計報告課 題: 復雜模型機設計 同組姓名： 陳珊（1108030416） 徐麗娜（1108030417）宋利英（1108030421）專業(yè)班級： 計科1104班 指導教師： 牟琦 設計時間： 2013-12-31 目錄一、 課程設計目的和意義3二、復雜模型機的設計與實現(xiàn)內容31.數(shù)據(jù)格式32.指令格式33.指令系統(tǒng)4三、總體設計41.設計復雜模型機的監(jiān)控軟件42.設計微程序流程圖53.轉換格式54.實驗接線65.寫微程序和程序66.運行程序77.驗證8四、系統(tǒng)測試及實驗截圖8五、總結141、 課程設計目的和意義經(jīng)過一系列硬件課程如計算機原理的學習及相關實驗后，綜合應用所學理論知識解決實際

2、設計和應用問題，進行一個綜合的系統(tǒng)的實驗。培養(yǎng)實際動手能力，進一步提高硬件設計能力。培養(yǎng)實事求是和嚴肅認真的工作態(tài)度。通過設計過程，熟悉和掌握微機系統(tǒng)的硬件設計方法、設計步驟，真正做到理論聯(lián)系實際，提高動手能力和分析問題、解決問題的能力。綜合運用所學計算機原理知識，設計并實現(xiàn)較為完整的計算機。二、復雜模型機的設計與實現(xiàn)內容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：其中第7位為符號位，數(shù)值表示范圍是：1X1。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、存數(shù)指令、取數(shù)指令、轉移指令和停機指令。1 算術邏輯指令設計9條算術邏輯指令并用

3、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 4 3 2 1 0 OP-CODERsRd其中，OP-CODE為操作碼，RS為源寄存器，RD為目的寄存器。 2 訪問指令及轉移指令模型機設計2條訪問指令：即存數(shù)STA、取數(shù)LDA；2條轉移指令：即無條件轉移JMP、有進位轉移指令BZC。指令格式為：7 6 5 4 3 2 1 0 0 0MOP-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：尋址方式有效地址說明00011011E=DE=（D）E=(R2)+DE=（PC）+D直接尋址間接

4、尋址R2變址尋址相對尋址本模型機規(guī)定變址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 2 1 0 OP-CODEaddrRd其中，addr=01時，選中輸入數(shù)據(jù)開關組KD0KD7作為輸入設備，addr=10時，選中2位數(shù)碼管作為輸出設備。4 停機指令指令格式如下：7 6 5 4 3 2 1 0OP-CODE0 00 0HALT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，訪問內存指令和程序控制指令4條，輸入輸出指令2條，其它指令1條。表3-8列出了各條指令的格式、匯編符號、指令功能。 三、

5、總體設計復雜模型機的數(shù)據(jù)通路框圖如圖3-16，圖3-17所示。根據(jù)復雜模型機的硬件電路設計機器指令，再根據(jù)機器指令要求，設計微程序流程圖及微程序，最后形成16進制文件。圖3-16圖3-17四、實驗步驟1.設計復雜模型機的機器指令P00 44IN 01, R0 P01 46IN 01, R2 P02 98ADC R2, R0P03 81MOV R0, R1 P04 F5RLC R1, R1 P05 0CBZC 00, 00P06 00 2.設計微程序流程圖按照實驗機設計的微指令格式,參照微指令流程圖，設計微指令，并形成二進制代碼表。3.轉換格式程序： P00 44 P01 46 P02 98P0

6、3 81P04 F5 P05 0C P06 00微程序：M00 088105M01 82ED0M02 50C004M03 04A004M04 A0E004M05 06E004M06 07A004M07 A0E004M08 8AED05M09 8CED05M0A 3BA004 M0B 018005 M0C 3C2004 M0D 0EA004 M0E 0FB605 M0F25EA95M10 83ED05 M11 85ED05M12 8DED05M13 A6ED05M14 011004M15 010407M16 168005M17 019A3DM18 019205M19 2AA205M1A 2CB2

7、05M1B 32A205M1C 33A205M1D 36A205M1E 378235M1F 398235M20 019004M21 018406M22 81DB05M23 E48005M24 018005M25 A0AA95M26 27A004M27 28BC05M28 29EA95 M29 A0AA95 M2A 2BB405 M2B 419B95M2C 2DA405 M2D 6EAB05 M2E 2FAA0DM2F 30AA05 M30 71810D M31 419B95M32 019A05M33 35B405M34 81DB05M35 419BBDM36 019A0DM37 38882DM

8、38 019805M39 3A881DM3A 019805M3B 080A07M3C 098A064.實驗接線在實驗八的基礎上將跳線器J13和J14由右邊相連改為左邊相連，再將IJ1連IJ2。詳細如下：a、跳線器J1J12全部撥在右邊（自動工作方式）；b、跳線器J16、J18、J23、J24全部撥在左邊；c、跳線器J15、J19、J25全部撥在右邊，跳線器J13、J14撥在左邊；d、跳線器J20J22、J26、J27連上短路片；e、UJ1連UJ2，JSE1連JSE2，SJ1連SJ2；f、MBUS連BUS2；g、REGBUS連BUS5；h、PCBUS連EXJ2；i、ALUBUS連EXJ3；j、A

9、LUO1連BUS1；k、EXJ1連BUS3；l、ALUO2連BUS4；n、IJ1連IJ2。連接實驗線路，仔細查線無誤后接通電源。5.寫微程序和程序 手動方法寫微程序參看實驗六。手動方法寫代碼程序（機器指令）步驟如下：通過上一步將機器指令對應的微代碼正確地寫入E2ROM 2816芯片后，再進行機器指令程序的裝入和檢查。A. 將"編程開關"置"運行"位置，"運行方式"開關置"單步"位置。B. 撥動總清開關（01），微地址寄存器清零，程序計數(shù)器清零。然后使控制開關SWC、SWA開關置為"0 1"，按動

10、一次"啟動運行"開關，微地址顯示燈LUA0LUA5顯示"001001"，再按動一次"啟動運行"開關，微地址顯示燈LUA0LUA5顯示"001100"，此時數(shù)據(jù)開關的內容置為要寫入的機器指令，再按動一次"啟動運行"開關，即完成該條指令的寫入。若仔細閱讀微程序流程，就不難發(fā)現(xiàn)，機器指令的首地址只要第一次給入即可，PC會自動加1，所以，每次按動"啟動運行"開關，只有在微地址燈顯示"001100"時，才設置內容，直到所有機器指令寫完。C. 寫完程序后須進行檢驗。撥

11、動總清開關(01)后，微地址清零，PC程序計數(shù)器清零，然后使控制開關SWC、SWA為"0 0",按動"啟動運行"開關，微地址燈將顯示"001000"，再按"啟動運行"開關，微地址燈顯示為"001010"，第三次按"啟動運行"開關，微地址燈顯示為"111011"，此時總線數(shù)據(jù)顯示燈LZD0LZD7顯示為該首地址的內容，再次按動"啟動運行"開關，微地址燈顯示為"001000"，此時，2位數(shù)碼管顯示的內容即為RAM中的數(shù)據(jù)

12、，不斷按動"啟動運行"開關，可檢查后續(xù)單元內容。注意：每次僅在微地址燈顯示為"001000"時，2位數(shù)碼管顯示的內容才是相應地址中的機器指令內容。 聯(lián)機讀/寫微程序和程序用聯(lián)機軟件的裝載功能將16進制格式文件（文件名為C8JHE3）裝入實驗機即可（詳細操作見聯(lián)機軟件的README）。6.運行程序 單步運行程序A. "編程開關"置"運行"狀態(tài)，"運行方式"開關置為"單步"狀態(tài),"運行控制"開關置為"運行"狀態(tài)。B. 撥動總清開關(01)，

13、微地址清零，PC計數(shù)器清零，程序首地址為OOH。C. 按動"啟動運行"開關，即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)運行程序A. "編程開關"置"運行"狀態(tài)，"運行方式"開關置為"連續(xù)"狀態(tài),"運行控制開關置為"運行"狀態(tài)。B. 撥動總清開關，清微地址及PC計數(shù)器，按動"啟動運行"開關，系統(tǒng)連續(xù)運行程序。如果要停止程序的運行，只需將"運行控制"開關置為"停止"狀態(tài)，系統(tǒng)就

14、停機。7.驗證采用單步或連續(xù)運行方式執(zhí)行機器指令，參照機器指令及微程序流程圖，將實驗現(xiàn)象與理論分析比較，驗證系統(tǒng)執(zhí)行指令的正確性。四、系統(tǒng)測試及實驗截圖圖1 PC清零，自動+1在RAM中取地址為00H的指令44H圖2 從輸入設備中讀取數(shù)據(jù)1并送至R0圖3 PC自動+1在RAM中取地址為01H的指令46H圖4 指令46H送至IR進行譯碼并發(fā)出相應的控制信號圖5 從輸入設備中讀取數(shù)據(jù)2并送R2圖6 PC自動+1取地址為02H的指令98H圖7 指令98H送至IR進行譯碼并發(fā)出相應的控制信號圖8 寄存器R2中數(shù)據(jù)送至DR1圖9 寄存器R2中數(shù)據(jù)送至DR1圖10 ALU進行加法運算并將結果圖11 R0中數(shù)據(jù)送至R1(轉存）圖12 PC+1,取地址為（04H）的指令（F5)圖13 將指令F5H送至IR并譯碼發(fā)出相應的控制信號圖14 將R0中數(shù)據(jù)（3）送至移位寄存器圖15 移位寄存器進行移位操作（數(shù)據(jù)3變?yōu)閿?shù)據(jù)6）圖16 將移位寄存器中數(shù)據(jù)存入R1圖17 PC+1，取內存地址為05H的指令0CH圖18 將指令0CH送至IR并譯碼發(fā)出相應的控制信號圖19 PC+1,取地