計算機組成原理課程設(shè)計報告_基本模型機的設(shè)計與實現(xiàn)

1、本次課程設(shè)計的任務(wù)是完成一個基本模型機的設(shè)計與實現(xiàn)。設(shè)計經(jīng)過綜合運用了以前所學(xué)計算機原理的知識,依照設(shè)計要求和指導(dǎo),實現(xiàn)了一個基本的模型計算機。本模型機實現(xiàn)的功能有：IN（輸入）,OUT（輸出），ADD（加法），SUB（減法），STA（存數(shù)），JMP（跳轉(zhuǎn)）。設(shè)計進行開始,在了解微程序的基本格式, 及各個字段值的作用后, 按微指令格式參照指令流程圖，設(shè)計出程序以及微程序，將每條微指令代碼化，譯成二進制代碼表，并將二進制代碼轉(zhuǎn)換為聯(lián)機操作時的十六進制格式文件。根據(jù)機器指令系統(tǒng)要求，設(shè)計微程序流程圖及確定微地址。設(shè)計的加法和減法中, 被加數(shù)和被減數(shù)都由調(diào)試人員輸入, 而加數(shù)和減數(shù)都從存儲器中讀取.

2、 最后上機調(diào)試，各個功能運行結(jié)果正確。關(guān)鍵詞: 基本模型機；機器指令；微指令目錄1、課程設(shè)計題目-12、實驗設(shè)備-13、課程設(shè)計步驟-13.1、所設(shè)計計算機的功能和用途-13.2、指令系統(tǒng)-23.3、總體結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通路-23.4、設(shè)計指令執(zhí)行流程-33.5、微指令代碼化-43.6、組裝和調(diào)試-54、課程設(shè)計總結(jié)-75、附錄-8附錄1：數(shù)據(jù)通路圖-8附錄2：微程序流程圖-9附錄3：實驗接線圖-10附錄4：實驗程序及微程序-11 附錄5：參考文獻（資料）-12課程設(shè)計題目基本模型機的設(shè)計與實現(xiàn)實驗設(shè)備TDNCM+計算機組成原理教學(xué)實驗系統(tǒng)一臺，微機，虛擬軟件，排線若干。實驗步驟3.1 所設(shè)計計算機

3、的功能和用途設(shè)計的基本模型機的指令系統(tǒng)至少要包括六條不同類型的指令：一條輸入指令，一條減法指令,一條加法指令，一條存數(shù)指令，一條輸出指令和一條無條件轉(zhuǎn)移指令。利用此模型機完成加法和減法操作。兩個操作都能讀入被加（減）數(shù)，從內(nèi)存中讀取加（減）數(shù)，運算后都能保存運算結(jié)果，并且都將結(jié)果輸出。3.2 指令系統(tǒng)本課程設(shè)計采用六條機器指令：IN（輸入）,OUT（輸出），ADD（二進制加法），SUB（減法），STA（存數(shù)），JMP（無條件轉(zhuǎn)移）。其指令格式及說明如下表：表1 指令系統(tǒng)編碼序號助記符機器指令碼功能說明1IN00000000 INPUT DEVICE中的開關(guān)狀態(tài)R02ADD addr000100

4、00 *R0+addrR03STA addr00100000 *R0addr4OUT addr00110000 *addrDR1LED5JMP addr01000000 *addrPC6SUB addr01010000 *R0-addrR0其中：IN為單字長（8位），其余為雙字長指令，*為addr對應(yīng)的二進制地址碼。3.3 總體結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通路總體結(jié)構(gòu)的設(shè)置如下：1、 寄存器的設(shè)置 R0、R1、R2為通用寄存器，8位；IR為指令寄存器，8位；PC為程序計數(shù)器，8位；AR為地址寄存器，8位；DR1、DR2為數(shù)據(jù)寄存器2、 運算器的設(shè)置 ALU為運算器數(shù)據(jù)通路可見附錄1的數(shù)據(jù)通路圖。3.4 設(shè)計指令

5、執(zhí)行流程本課程設(shè)計設(shè)計的機器指令程序如下表：表2 機器指令程序地址（二進制）內(nèi)容（二進制）助記符說明0000 00000000 0000IN R0INPUT DEVICER00000 00010001 0000ADD 10H,R0R0+10HR00000 00100001 00000000 00110010 0000STA R0,11HR011H0000 01000001 00010000 0101 0011 0000OUT 11H11HLED0000 01100001 00010000 01110000 0000IN R0INPUT DEVICER00000 10000101 0000ADD

6、 10H,R0R0-10HR00000 10010001 00000000 10100010 0000STA R0,12HR012H0000 1011 0001 00100000 11000011 0000OUT 12H12HLED0000 11010001 00100000 11100100 0000JMP 00H00HPC0000 11110000 00000001 00000000 0001自定0001 0010求和結(jié)果0001 0011求差結(jié)果3.5 微指令代碼化當全部微程序設(shè)計完畢后，應(yīng)將每條微指令代碼化，下表即為“二進制微代碼表”。表3 基本模型機二進制微程序代碼表微地址S3 S2

7、 S1 S0 M CN WE A9 A8A BCUA5UA0 0 00 0 0 0 0 0 0 1 10 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 0 0 0 0 0 1 0 0 20 0 0 0 0 0 0 0 11 0 00 0 00 0 10 0 1 0 0 0 0 30 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 0 0 40 0 0 0 0 0 0 0 10 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 1 0 50 0 0 0 0 0 0 1 10 1 00 0 10 0

8、 00 0 0 1 1 0 0 61 0 0 1 0 1 0 1 10 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1 0 70 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 1 1 0 0 1 1 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 1 1 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 1 1 20 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 1 1 1 1 30 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 1 1 1 0 1 40

9、 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 1 0 1 50 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 1 0 1 0 1 60 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 1 1 70 0 0 0 0 0 0 0 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 0 1 2 00 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 0 1 0 2 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 0 0 2 20 0 0 0 0 0 0 0 10

10、1 00 0 00 0 00 1 0 1 1 1 2 30 0 0 0 0 0 0 1 10 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 1 2 40 0 0 0 0 0 0 0 00 1 00 0 00 0 00 1 1 0 0 0 2 5 0 0 0 0 0 1 1 1 00 0 01 0 10 0 00 0 0 0 0 1 2 60 0 0 0 0 0 0 0 11 0 10 0 01 1 00 0 0 0 0 1 2 70 0 0 0 0 1 1 1 00 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 0 3 00 0 0 0 0 1 1 0 10 0 01 0 10 0 00 1

11、0 0 0 1 3 10 0 0 0 0 0 1 0 10 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 1 3 20 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 00 0 00 0 0 0 1 1 0 1 1 3 30 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 00 0 00 1 1 1 0 0 3 40 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 00 0 10 0 0 0 1 1 1 0 1 3 50 1 1 0 0 1 0 1 10 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 13.6 組裝和調(diào)試本設(shè)計采用的方法是聯(lián)機讀/寫程序。按照規(guī)定格式，將機器指令及微指令二進制表編輯成十六進

12、制格式文件。打開電源，運行聯(lián)機軟件的CMP.EXE，根據(jù)所使用的PC微機串口選擇鍵入1或2，測試通過后，進入主菜單，如下表：表4 聯(lián)機軟件主菜單F1_EditF2_P/W PRF3_R/W CRF4_LoadF5_SaveF6_DebugF7_WaveF8_Exit進入主菜單后，用傳送文件功能（F4_Load）將該格式文件傳入實驗系統(tǒng)。此功能鍵可完成對程序存儲器及控制存儲器的寫入。按下“F4”，系統(tǒng)提示輸入需裝入的文件名，輸入后回車，系統(tǒng)開始裝入程序，成功后，屏幕顯示“裝入完成”。裝入的文件必須在當前路徑，文件格式應(yīng)符合全屏幕編輯的規(guī)定。若文件不在當前路徑，拷貝至當前目錄即可。運行程序單步運行

13、程序A使編程開關(guān)處于“RUN”狀態(tài)，STEP為“STEP”狀態(tài)，STOP為“RUN”狀態(tài)。B撥動總清開關(guān)CLR（01），微地址清零，PC計數(shù)器清零，程序首地址為00H。C單步運行一條微指令，每按動一次START鍵，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。D當運行結(jié)束后，可檢查存數(shù)單元（0B）中的結(jié)果是否和理論值一致。連續(xù)運行程序A使“STATE UNIT”中的STEP開關(guān)置于“EXEC”狀態(tài)，STOP開關(guān)置為“RUN”狀態(tài)。B撥動CLR開關(guān)，清微地址及PC計數(shù)器，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。C停機后，可檢查存數(shù)單

14、元（0B）結(jié)果是否正確。若聯(lián)機運行程序時，按下“F6”進入調(diào)試界面進入DEBUG調(diào)試界面，總清開關(guān)CLR（01）清零后，程序首地址為00H，按相應(yīng)功能鍵即可聯(lián)機運行、調(diào)試程序。執(zhí)行完一條指令后，計算機會根據(jù)指令的執(zhí)行過程在屏幕上畫出數(shù)據(jù)流圖，有效的控制信號用高亮顯示，并將下一條微指令顯示在屏幕下方，可以直接地觀察到指令的執(zhí)行過程。1：單步執(zhí)行機器指令。一條機器指令對應(yīng)一段微程序，每執(zhí)行一條微指令，計算機同時顯示數(shù)據(jù)流圖，執(zhí)行完整條機器指令后停機，此時可以再鍵入“F1”繼續(xù)單步下一條機器指令。2：單步微程序。每按動一次“F2”，單步執(zhí)行一條微指令，同時顯示數(shù)據(jù)流圖。3：連續(xù)運行。按下“F3”后，

15、系統(tǒng)開始連續(xù)運行程序，同時顯示數(shù)據(jù)流圖。此時按下任意鍵可終止程序運行。注意，按任意鍵有可能不會立即終止程序運行，只有當一條機器指令運行完后，此命令才有效。4：返回主菜單，按ESC鍵也可完成。課程設(shè)計總結(jié)本次課程設(shè)計，在李老師的幫助和指導(dǎo)下，以及三個組員的積極配合，努力工作，有了一周時間基本實現(xiàn)了課程設(shè)計的基本要求和功能。通過緊張有序的幾天的課程設(shè)計實踐，不僅讓我們對基本模型機原理和微程序的編輯、寫入方法有了進一步的了解, 也讓我們覺得自己的動手能力有了很大的提高;在課程設(shè)計中自己思考解決遇到的問題，理論知識得到實際體驗，這鞏深化和鞏固了自己的知識結(jié)構(gòu)；組員之間緊密配合工作，更加理解了團隊合作精

16、神。本設(shè)計的難點在于測試字位P(1)、P（4）的功能，只要理解了它是怎么實現(xiàn)程序的順序、分支、循環(huán)運行的，其它的步驟即可迎刃而解。通過這次實踐,使我們懂得，只要自己在每一次實踐中都能仔細思考，能親自動手，課程設(shè)計中遇到的難點都可以順利解決。每個同學(xué)都要多操作演示,理解各個步驟的意義，只有多操作才能從中發(fā)現(xiàn)問題,及時解決問題,從而更好的掌握實驗的基本原理。課程設(shè)計目的除工作量和設(shè)計質(zhì)量之外,更重要的是認真去對待,通過設(shè)計實踐對理論知識有了更深刻的認識,并從中學(xué)到書本上學(xué)不到的知識。 5、附錄附錄1：數(shù)據(jù)通路圖圖1 基本模型機數(shù)據(jù)通路圖附錄2：微程序流程圖圖2 基本模型機微程序流程圖附錄3：實驗接線圖圖3 基本模型機實驗接線圖附錄4：實驗程序及微程序?qū)嶒灣绦颍?P0000$P0110$P0210$P0320$P0411$P0530$P0611$P0700$P0850$P0910$P0A20$P0B12$P0C30$P0D12$P0E40$P0F00$P1O01$P11FF$P12FF實驗微程序：$M00018110$M0101ED82$M0200C048$M0300E004$M0400B005$M0501A206$M06959A01$M0700E019$M08001001$M0901ED83$M0A01ED87