基本模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1

1、南京曉莊學(xué)院信息工程學(xué)院計(jì)算機(jī)組成原理 課程實(shí)驗(yàn)報(bào)實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 基本模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 年級(jí)專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 14 級(jí) 計(jì)算機(jī) 專(zhuān)業(yè)專(zhuān)本 1 班 班級(jí) 學(xué)號(hào)：14131521姓名： 殷宇翔學(xué)號(hào)：姓名：學(xué)號(hào)：姓名：時(shí)間：2016年 12月 10 日實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒁螅?、在掌 握部件 單元電 路 實(shí)驗(yàn)的基 礎(chǔ)上，進(jìn)一步 將其組成 系統(tǒng)以 構(gòu)造一 臺(tái)基本模 型 實(shí)驗(yàn)計(jì)算 機(jī)。2、設(shè)計(jì)五條 機(jī)器指 令，并編寫(xiě)相 應(yīng)的微 程序，具體上機(jī) 調(diào)試，掌 握整 機(jī)軟硬件 組 成概念。、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、器件及環(huán)境：儀器設(shè)備名稱(chēng)規(guī)格型號(hào)編號(hào)備注計(jì)算機(jī)組成原理系統(tǒng)DWCC-C8JH20112055三、實(shí)驗(yàn)方法、原理：部件 實(shí)驗(yàn)過(guò)

2、 程中， 各部件單 元的控 制信號(hào) 是人為模 擬產(chǎn)生 的， 而 本次實(shí)驗(yàn) 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，實(shí) 驗(yàn)計(jì)算機(jī) 數(shù)據(jù)通 路的控 制將由微 程序控 制器來(lái) 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(lái)完成， 即一條機(jī) 器指令對(duì) 應(yīng)一個(gè) 微程序 。有關(guān)微 控制器 部分在 前一實(shí)驗(yàn) 中已詳 細(xì)介紹 主 存儲(chǔ)器 的讀、 寫(xiě) 和運(yùn)行為了 向主存 儲(chǔ)器 RAM 中裝入程 序或數(shù) 據(jù)，并且檢查 寫(xiě)入是 否正確 以及能運(yùn) 行主存儲(chǔ)器 中的程 序，必 須設(shè)計(jì)三個(gè)控制 操作微 程序。·存儲(chǔ)

3、 器讀操 作：撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān) 后，置控 制開(kāi)關(guān) SWC、SWA 為“ 0 0”時(shí)，按要求連線 后，連 續(xù)按“ 啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān) ，可對(duì) 主存儲(chǔ)器 RAM 連續(xù)手 動(dòng)讀操作 。·存儲(chǔ) 器寫(xiě)操 作：撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)后 ，置控 制開(kāi)關(guān) SWC 、 SWA 為“ 0 1 ”時(shí)，按要求連線 后，再 按“啟 動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)， 可對(duì)主 存儲(chǔ)器 RAM 進(jìn)行連續(xù) 手動(dòng)寫(xiě)入 。·運(yùn)行 程序：撥動(dòng) 總清開(kāi)關(guān)后，置 控制開(kāi) 關(guān) SWC 、SWA 為“ 1 1”時(shí)，按 要求連線后，再 按“啟動(dòng) 運(yùn) 行”開(kāi)關(guān)，即 可轉(zhuǎn)入 到 第 01 號(hào)“取址”微 指 令，啟動(dòng)程 序運(yùn)行。述 三條控 制指令 用兩個(gè)開(kāi)關(guān) SW

4、C 、 SWA 的狀態(tài)來(lái)設(shè)置 ，其定 義如下：SWCSWA控制臺(tái)指令00讀內(nèi)存01寫(xiě)內(nèi)存11啟動(dòng)程序 指 令寄存 器介紹指令 寄存器 用來(lái)保 存當(dāng)前正 在執(zhí)行 的一條 指令。 當(dāng) 執(zhí)行一 條指令 時(shí)，先把 它從 內(nèi)存取到緩沖寄存器中， 然后再傳送到指令寄存器。指令劃分為操作碼和地址碼 字段，由二進(jìn) 制構(gòu)成 ，為了執(zhí)行任 何一條 給定的 指令，必須對(duì) 操作碼 進(jìn) 行測(cè)試 P(1)， 通過(guò)節(jié)拍 脈沖 T4 的控 制以便識(shí) 別所要 求的操 作?！爸?令譯碼 器”根 據(jù)指令中 的操 作碼進(jìn)行譯碼，強(qiáng)置微控 器單元的微地址，使下一條微指令指向相應(yīng)的微程序首 地址。 輸 入 / 輸出設(shè) 備本系 統(tǒng)有兩 種

5、外部 I/O 設(shè)備，一 種是 二進(jìn)制 代碼開(kāi)關(guān) KD0 KD7 ，它作為輸 入 設(shè)備 INPUT ；另一種是 數(shù)碼顯示 塊，它 作為輸 出設(shè)備 OUTPUT 。例如：輸入時(shí) ， 二進(jìn)制開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)直接經(jīng)過(guò) 三態(tài)門(mén)送到外部數(shù)據(jù)總線上，只要開(kāi)關(guān)狀態(tài)不 變，輸入 的信息也不變。輸出時(shí)，將輸出數(shù)據(jù)送到外部數(shù)據(jù)總線上，當(dāng)寫(xiě)信號(hào)(W/R )有 效時(shí)，將 數(shù)據(jù)打 入輸出 鎖存器， 驅(qū)動(dòng)數(shù) 碼塊顯 示。 設(shè) 計(jì)指令根據(jù) 基本模 型機(jī)的 硬件設(shè)計(jì) 五條機(jī) 器指令 ：外設(shè)輸 入指 令 IN 、 二進(jìn)制加 法指 令 ADD 、存數(shù)指令 STA 、輸出到外 設(shè)指令 OUT 、無(wú)條件轉(zhuǎn) 移指令 JMP 。指令格式 如下：助

6、記 符機(jī) 器指 令碼說(shuō)明IN00000000；“外部 開(kāi) 關(guān) 量 輸入 ” KD0 KD7 的 開(kāi) 關(guān) 狀態(tài) R0ADDaddr00010000××××××××；R0+addr R0STAaddr00100000××××××××；R0 addrOUTaddr00110000××××××××；addr BUSJMPaddr01000000××

7、;××××××；addr PC說(shuō)明指令 IN 為單 字節(jié)指 令， 其余均 為雙字 節(jié)指 令， ××××××××為 addr 對(duì)應(yīng) 的主存儲(chǔ) 器二進(jìn) 制地址 碼。 基 本模型 機(jī)監(jiān)控 軟 件的設(shè)計(jì)本模 型機(jī)監(jiān) 控軟件 主要完成 從輸入設(shè)備讀 入數(shù)據(jù)，進(jìn)行簡(jiǎn)單算術(shù)運(yùn)算后，將結(jié)果存入內(nèi)存的某個(gè)單元 ，最后通 過(guò)輸出 設(shè)備輸 出結(jié)果。監(jiān)控 軟件詳細(xì)如下 ：地址內(nèi)容助記 符說(shuō)明0000000000000000IN“ INPUT DEVICE ”R0000000010

8、0010000ADD 0AH ；R0 0AH R000000010000010100000001100100000STA 0BH ；R0 0BH 00000100000010110000010100110000OUT 0BH ；0BH BUS00000110000010110000 1000 0000 00000000 10010000 1010 0000 0001 ；自 定義參 加運(yùn)算 的數(shù)0000 1011 ；求和 結(jié)果存 放單 元四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟：（ 1 ）根 據(jù)機(jī)器 指令畫(huà) 出對(duì)應(yīng)的 微程序 流程圖本實(shí) 驗(yàn)的微 程序流 程見(jiàn)圖 3.7.2，當(dāng)擬定“ 取指”微指 令時(shí)，該微 指令的判

9、別測(cè)試字段為 P（ 1）測(cè)試。由于“取 指”微 指令是 所有微程 序都使 用的公 用微指令，因此 P（ 1）的測(cè)試結(jié) 果出現(xiàn)多路 分支。本機(jī)用 指令寄存 器的前 4位 I7I4 作為測(cè)試條件， 出現(xiàn) 5 路分支 ，占用 5 個(gè)固定 微地址 單元。實(shí)驗(yàn) 機(jī)控制 操作為 P（ 4 ）測(cè)試，它 以控制 開(kāi)關(guān) SWC 、SWA 作為 測(cè)試條件 ，出現(xiàn)了 3 路分 支，占 用 3 個(gè)固定微 地址單 元。當(dāng) 分支微地 址單元 固定后 ，剩下的 其它地方就 可以一 條微指 令占用控 存一個(gè) 微地址 單元隨意 填寫(xiě)。0000 01110100 0000JMP 00H 00H PC注意：微程序流程圖 上的單元

10、地址為 16進(jìn)制。 （ 2 ）根 據(jù)微程 序流程 圖設(shè)計(jì)微 指令并 轉(zhuǎn)換成 16 進(jìn)制代碼 文件。當(dāng)全 部微程 序設(shè)計(jì) 完畢后 ，應(yīng)將 每條微 指令代碼化 ，即 按微指 令格式將圖 微程序流 程圖轉(zhuǎn) 化成二 進(jìn)制微代 碼表， 如表 所示，再轉(zhuǎn)換 成 16 進(jìn)制代碼 文 件。運(yùn)行微程序 01IN01 03ADDOUTRAMBUSBUSAR04RAM BUSBUS AR 07 0D ROBUS BUS RAMRAM BUS BUS ARRAM BUSBUS DR2 06 (DR1)+(DR2) RO010101JMP01控 制器十六進(jìn)制微地址00圖 微程序流程圖監(jiān)控程序的 16進(jìn)制文件 格式 程序

11、： P00 00 P01 10 P02 0A P03 20文 件名 C8JHE1 )： P04 0B P05 30 P06 0B P07 40 P08 00 P0A 01 微程序： M00 108105 M01 82ED05 M02 48C004 M03 04E004 M04 05B004 M05 06A205 M06 019A95 M07 0DE004 M08 011004 M09 83ED05 M0A 87ED05 M0B 8EED05 M0C 96ED05 M0D 018206 M0E 0FE004 M0F 15A004 M10 92ED05 M11 94ED05 M12 17A004

12、M13 018005 M14 182004 M15 010A07 M16 81D104 M17 100A07 M18 118A06表 二 進(jìn) 制微 代 碼表微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE B1 B0ABCUA5UA0000000010110 0 00 0 010 00 1 0 0 0 0010000010111 1 01 1 011 00 0 0 0 1 0020000010011 0 00 0 000 10 0 1 0 0 0030000010011 1 00 0 000 00 0 0 1 0 0040000010010 1 10 0 000 00 0 0 1 0 105000

13、0010110 1 00 0 100 00 0 0 1 1 0061001010110 0 11 0 100 00 0 0 0 0 1070000010011 1 00 0 000 00 0 1 1 0 1080000010000 0 10 0 000 00 0 0 0 0 1090000010111 1 01 1 011 00 0 0 0 1 10A0000010111 1 01 1 011 00 0 0 1 1 10B0000010111 1 01 1 011 00 0 1 1 1 00C0000010111 1 01 1 011 00 1 0 1 1 00D0000011010 0 00

14、 0 100 00 0 0 0 0 10E0000010011 1 00 0 000 00 0 1 1 1 10F0000010010 1 00 0 000 00 1 0 1 0 1100000010111 1 01 1 011 00 1 0 0 1 0110000010111 1 01 1 011 00 1 0 1 0 0120000010010 1 00 0 000 00 1 0 1 1 1130000010110 0 00 0 000 00 0 0 0 0 1140000010000 1 00 0 000 00 1 1 0 0 0150000011100 0 01 0 10 0 00 0

15、 0 0 0 1160000010011 0 10 0 01 1 00 0 0 0 0 11 70000011100 0 01 0 100 00 1 0 0 0 0180000011010 0 01 0 100 00 1 0 0 0 13）讀 寫(xiě)程序手 動(dòng)方法 寫(xiě)微程 序參看實(shí) 驗(yàn)六。手動(dòng) 方法寫(xiě) 代碼程 序（機(jī)器 指令） 步驟如 下：通過(guò) 上一步 將 機(jī)器 指令對(duì)應(yīng) 的微代 碼正確 地寫(xiě)入 E2ROM 2816 芯 片后，再 進(jìn) 行機(jī)器指 令程序 的裝入 和檢查。A. 將“編 程開(kāi)關(guān) ”置“運(yùn)行 ”位置 ，“運(yùn) 行控制” 開(kāi)關(guān)置 “運(yùn)行 ”位置， “運(yùn) 行方式” 開(kāi)關(guān)置 “單步 ”位置。B.

16、 撥動(dòng)總 清開(kāi)關(guān)（ 01），微 地址寄 存器清 零，程序 計(jì)數(shù)器 清零。然后使控 制 開(kāi)關(guān) SWC 、 SWA 開(kāi)關(guān)置為“0 1”，按動(dòng)一次“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，微地址顯示燈 LUA0 LUA5 顯示“ 010001 ”，再按動(dòng)一 次“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，微地址顯 示燈 LUA0 LUA5 顯示“ 010100 ”，此時(shí)數(shù)據(jù) 開(kāi)關(guān)的 內(nèi)容置 為要寫(xiě)入 的機(jī)器 指令 ，再按動(dòng)一 次 “啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，即完 成該條指令的寫(xiě)入。若仔細(xì)閱讀微程序流程，就不難發(fā) 現(xiàn)，機(jī) 器指令 的首地 址只要第一 次給出 即可，PC會(huì)自動(dòng)加 1，所以，每 次按動(dòng)“啟 動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，只有在微 地址燈顯示“010100”時(shí)，才設(shè)置

17、內(nèi)容，直到所有機(jī)器 指令寫(xiě)完 。C. 寫(xiě)完程 序后須 進(jìn) 行檢驗(yàn)。撥 動(dòng)總清 開(kāi)關(guān) （0 1）后，微地 址清零， PC 程序計(jì) 數(shù)器清零 ，然后 使控制 開(kāi)關(guān) SWC 、 SWA 為“ 0 0”,按動(dòng)“ 啟動(dòng)運(yùn) 行” 開(kāi)關(guān)，微 地 址燈將顯示“ 010000 ”，再按“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，微地址燈顯示為“010010 ”，第 三次按 “ 啟動(dòng)運(yùn) 行”開(kāi) 關(guān) ，微地址 燈顯示 為“ 010111 ”，此時(shí) 總線數(shù) 據(jù)顯示 燈 LZD0 LZD7 顯示為該首 地址的內(nèi)容，再 按動(dòng)一次 “啟動(dòng) 運(yùn)行” 開(kāi)關(guān)， 微地址燈 顯示為 “ 010000 ”， 2 位 數(shù)碼管 即顯示 RAM 中的程 序 。不斷按

18、 動(dòng)“啟 動(dòng)運(yùn)行 ”開(kāi)關(guān)， 可 檢查后續(xù) 單元內(nèi) 容。注意：每次僅 在微地址燈顯示為“ 010000 ”時(shí)， 2位數(shù)碼管顯示的內(nèi)容才是相 應(yīng)地址 中的 機(jī) 器指 令內(nèi)容 。 聯(lián)機(jī) 讀 / 寫(xiě)微程 序和機(jī)器 指令用聯(lián) 機(jī)軟件 的裝載 功能將 16 進(jìn) 制格式 文 件（文件 名為 C8JHE1 ）裝入實(shí) 驗(yàn)系 統(tǒng)即可（ 詳細(xì)操 作見(jiàn)隨 機(jī)軟件的 README ）。（ 4 ）運(yùn) 行程序 單步 運(yùn)行程 序A. “編程開(kāi) 關(guān)”置 “運(yùn)行” 狀態(tài)，“運(yùn)行 方式”開(kāi)關(guān)置 為“單步 ”狀態(tài) ,“運(yùn) 行控制” 開(kāi)關(guān)置 為“運(yùn) 行”狀態(tài) 。B. 撥動(dòng)總 清開(kāi)關(guān) （01）， 微地址 清零， PC計(jì)數(shù)器清 零，程 序首地 址為 00H。C. 按 動(dòng)“ 啟動(dòng) 運(yùn)行 ”開(kāi)關(guān) ，即 單步 運(yùn)行 一條微指 令。 對(duì)照 微程 序 流程圖 ，觀 察微地址 顯示燈 是否和 流程一致