組成原理課程設(shè)計(復(fù)雜模型機設(shè)計實驗)

1、復(fù)雜模型機設(shè)計實驗一、 實驗?zāi)康木C合運用所學(xué)計算機原理知識，設(shè)計并實現(xiàn)較為完整的計算機。二、 實驗設(shè)備TDNCM計算機組成原理教學(xué)實驗系統(tǒng)。三、 數(shù)據(jù)格式及指令系統(tǒng)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：D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0符號尾 數(shù)2. 指令格式模型機設(shè)計四大類指令共十六條，其中包括算術(shù)邏輯指令、I/O指令、訪問及轉(zhuǎn)移指令和停機指令。1) 算術(shù)邏輯指令設(shè)計7條算術(shù)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：D7 D6 D5 D4 D3 D2D1 D0OPCODErsrd其中，OPCODE為操作碼，rs為源寄存器

2、，rd為目的寄存器，并規(guī)定：rs或rd選定的寄存器000110R0R1R27條算術(shù)邏輯指令的名稱、功能和具體格式見表2) 訪存指令及轉(zhuǎn)移指令模型機設(shè)計2條訪存指令存數(shù)（STA）和取數(shù)（LDA），2條轉(zhuǎn)移指令無條件轉(zhuǎn)移（JMP）和結(jié)果為零或有進位轉(zhuǎn)移指令（BZC），這4條指令長度為2個字節(jié)，其指令格式為：D7 D6D5 D4D3 D2D1 D00 0MOPCODErdD其中，OPCODE為操作碼，rd為目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）。D為偏移量（正負均可），M為尋址模式，其定義如下：尋址模式M有效地址E說明00011011EDE（D）E（RI）DE（PC）D直接尋址間接尋址RI變址尋址

3、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：D7 D6 D5 D4 D3 D2D1 D0OPCODEaddrrd其中，addr01時，選中“INPUT DEVICE”中的開關(guān)組作為輸入設(shè)備，addr10時，選中“OUTPUT DEVICE”中的數(shù)碼塊作為輸出設(shè)備。4) 停機指令指令格式如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2D1 D0OPCODE0000HALT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(shù)邏輯指令7條，訪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，表列出

4、了各條指令的格式、匯編符號、指令功能。表1助記符號指令格式功能CLR rdMOV rs，rdADC rs，rdSBC rs，rdINC rdAND rs，rdCOM rdRRC rs，rdRLC rs，rd011100rd1000rsrd1001rsrd1010rsrd1011rd1100rsrd1101rd1110rsrd1111rsrd0rdrsrdrs+rd+cyrdrs-rd-cyrdrd+1rdrsrdrdrdrsrdrsrdLDA M, D, rdSTA M, D, rdJMP M, DBZC M, D00M00rdD00M01rd00M00rdD00M00rdDErsrdEEPC

5、當CY1或Z1，EPCIN addr, rdOUT addr, rd010001rd010101rdaddrrdrdaddrHALT010001rd停機四、 總體設(shè)計本模型機的數(shù)據(jù)通路框圖如圖所示。圖1： 數(shù)據(jù)通路圖根據(jù)機器指令系統(tǒng)的要求，設(shè)計微程序流程圖及確定微地址如下：圖2：微程序流程圖根據(jù)流程圖，確定如下微程序：微程序：$M00018108 $M2205DB81$M0101ED82 $M230180E4$M0200C050 $M24018001$M0300A004 $M2595AAA0$M0400E0A0 $M2600A027$M0500E006 $M2701BC28$M0600A007

6、 $M2895EA29$M0700E0A0 $M2995AAA0$M0801ED8A $M2A01B42B$M0901ED8C $M2B959B41$M0A00A03B $M2C01A42D$M0B018001 $M2D65AB6E$M0C00203C $M2E0D9A01$M0D00A00E $M2F01AA30$M0E01B60F $M300D8171$M0F95EA25 $M31959B41$M1001ED83 $M32019A01$M1101ED85 $M3301B435$M1201ED8D $M3405DB81$M1301EDA6 $M35B99B41$M14001001 $M360

7、D9A01$M15030401 $M37298838$M16018016 $M38019801$M173D9A01 $M3919883A$M18019201 $M3A019801$M1901A22A $M3B070A08$M1A01B22C $M3C068A09$M1B01A232$M1C01A233$M1D01A236$M1E318237$M1F318239$M20009001$M21028401驗證程序：助記符 機器碼IN 01, R0 $P0044IN 01, R2 $P0146SBC R2,R0 $P02A8MOV R0, R1 $P0381RLC R1, R1 $P04F5OUT R

8、1,R1 $P0559HALT $P0600指令功能：在實驗板的數(shù)據(jù)開關(guān)手動輸入一個數(shù)存到R0寄存器里，在輸入另一個數(shù)到R2寄存器里，然后用R2-R0存到R0寄存器里，接著把R0里的數(shù)轉(zhuǎn)存到R1寄存器，然后再把R1的數(shù)左移一位存到R1，接著在數(shù)碼管顯示輸出當前R1寄存器里的數(shù)，最后停止。五、 實驗步驟1. 按圖連接實驗線路2. 寫入程序1) 手動寫入A. 按如下步驟講微代碼寫入微控器中的存儲器2816中： 將編程開關(guān)置為PROM（編程）狀態(tài)。 將實驗板上“STATE UNIT”中的“STEP”置為“STEP”，“STOP”置為“RUN”狀態(tài)。 用二進制模擬開關(guān)置微地址MA5MA0。 在MK24

9、MK1開關(guān)上置微代碼，24位開關(guān)對應(yīng)24位顯示燈，開關(guān)量置為“0”時燈亮，開關(guān)量為“1”時燈滅。 啟動時序電路（按動啟動按鈕“START”），即將微代碼寫入到2816的相應(yīng)地址對應(yīng)的單元中。 重復(fù)步驟，將所有的微代碼寫入2816中。B. 按如下步驟校驗微代碼 將編程開關(guān)置為READ（校驗）狀態(tài)。 將實驗板上“STATE UNIT”中的“STEP”置為“STEP”，“STOP”置為“RUN”狀態(tài)。 用二進制模擬開關(guān)置微地址MA5MA0。 啟動時序電路（按動啟動按鈕“START”），讀出微代碼。觀察顯示燈MD24MD1的狀態(tài)（燈亮為“0”，滅為“1”），檢查讀出的微代碼是否與寫入的相同。如果不同，

10、則將開關(guān)置于PROM編程狀態(tài)，重新執(zhí)行）即可。C. 按如下步驟使用KWE微程序進行機器指令程序的裝入。 使編程開關(guān)處于“RUN”，STEP為“STEP”狀態(tài)，STOP為“RUN”狀態(tài)。 撥動總清開關(guān)CLR（010），微地址寄存器清零，程序計數(shù)器清零，然后使控制臺SWB、SWA開關(guān)置為“0 1”，并按動一次START，微地址顯示燈顯示“010001”。 再按動一次START，微地址燈顯示“010100”，此時數(shù)據(jù)開關(guān)的內(nèi)容置為要寫入的機器指令。再按動兩次START鍵后，即完成該條指令的寫入，并且微地址顯示燈顯示“010001”。（注：由KWE的流程圖可知，該流程每執(zhí)行一次，將向PC寄存器所指向的

11、存儲器單元中寫入一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，并且將PC加1。） 如果還需要向存儲器中輸入數(shù)據(jù)，則需重復(fù)重新執(zhí)行。D. 按如下步驟使用KRD微程序進行機器指令程序的檢查。 使編程開關(guān)處于“RUN”，STEP為“STEP”狀態(tài)，STOP為“RUN”狀態(tài)。 撥動總清開關(guān)CLR（010），微地址寄存器清零，程序計數(shù)器清零，然后使控制臺SWB、SWA開關(guān)置為“0 0”， 并按動一次啟動開關(guān)START，微地址顯示燈顯示“010000”。 再按動一次START，微地址燈顯示“010010”，第三次按動STRAT，微地址燈顯示為“010111”，再按動STRAT后此時輸出單元的數(shù)碼管顯示為PC寄存器所指單元的內(nèi)容。（注：

12、由KRD的流程圖可知，該流程每執(zhí)行一次，將顯示PC寄存器所指向的存儲器單元中一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，并且將PC加1。） 如果還需要檢查存儲器中其他單元的數(shù)據(jù)，則需重復(fù)重新執(zhí)行。2) 聯(lián)機讀/寫程序?qū)⑽⒋a寫入文本文件中，通過聯(lián)機軟件載入實驗系統(tǒng)。3. 運行程序1) 本機運行A. 單步運行程序 使編程開關(guān)處于“RUN”狀態(tài)，STEP為“STEP”狀態(tài)，STOP為“RUN”狀態(tài)。 撥動總清開關(guān)CLR（010），微地址寄存器清零，程序計數(shù)器清零。 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與流程一致。 當運行結(jié)束后，可檢查存數(shù)單元（0BH）中的結(jié)

13、果是否和理論計算結(jié)果一致。B. 連續(xù)運行程序 使編程開關(guān)處于“RUN”狀態(tài)，STEP為“EXEC”狀態(tài)，STOP為“RUN”狀態(tài)。 撥動總清開關(guān)CLR（010），微地址寄存器清零，程序計數(shù)器清零。 按動START鍵，系統(tǒng)將連續(xù)運行程序，直至將STOP撥至“STOP”狀態(tài)。 當運行結(jié)束后，可檢查存數(shù)單元（0BH）中的結(jié)果是否和理論計算結(jié)果一致。2) 聯(lián)機運行聯(lián)機運行程序時，進入軟件界面，裝載機器指令及微指令后，運行即可。圖3：實驗連接圖六、實驗總結(jié)：這次課程設(shè)計中，基于前幾次實驗中，對計算機的大致組成以及運行原理有了初步的了解，并且對實驗板也比較熟悉了，所以按照實驗連接圖連線也比較上手了，經(jīng)過那么多次實驗，覺得連線最重要的就是認真，如果一開小差就會出錯，每連完一條線之后，都要檢查一遍，看是否連錯，這告訴我們，做每一件事都要認認真真的完成，容不得一絲馬虎，否則只會落得個事倍功半的效果。這次課程設(shè)計最重要的就是編寫程序了，要想編寫程序首次要對程序了解，知道每個助記符對應(yīng)的機器碼是什么意思，