基本模擬機設(shè)計(共14頁)

1、PAGE PAGE 計算機組成(z chn)原理(yunl)課 程 設(shè) 計 報 告 班級(bnj)： 13級計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（朝）學(xué)號： 姓名： 題目： 成績： 計算機組成原理課程設(shè)計PAGE 課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計(shj)的目的(md)和意義綜合運用所學(xué)計算機組成原理知識，人為模擬各部件單元(dnyun)中的控制信號實現(xiàn)常用部件電路及之間的信息通路的設(shè)計，進一步加強理論知識與應(yīng)用相結(jié)合的實踐和鍛煉。通過這次設(shè)計能夠鞏固所學(xué)的知識，使自己的設(shè)計水平和對所學(xué)知識的應(yīng)用能力，以及分析問題、解決問題的能力得到全面提高。二、設(shè)計班級13級計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（朝）三、設(shè)計安排設(shè)計時間為一周（第十

2、七周）。周一上午動員，分配設(shè)計任務(wù)。周五提交設(shè)計報告，并以答辯的方式考核。按照統(tǒng)一安排積極與指導(dǎo)教師保持聯(lián)系，取得老師的指導(dǎo)和幫助。課程設(shè)計實驗室：實驗樓313室四、成績評定平時成績10%，電路原理圖占30%，設(shè)計報告占30%，設(shè)計答辯占30%。設(shè)計過程要保證具有獨立知識產(chǎn)權(quán)，不能抄襲他人的設(shè)計成果，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)雷同情況按不及格處理；如不參加設(shè)計、參加無設(shè)計報告按不及格處理。五、設(shè)計(shj)要求設(shè)計(shj)報告應(yīng)包含(bohn)題目、系統(tǒng)概述（設(shè)計的目的和意義）、系統(tǒng)設(shè)計的具體說明（含操作過程）、結(jié)論、認識體會等幾部分，要對設(shè)計重點進行論述與說明。 文中符號、圖、表要符合國家統(tǒng)一標(biāo)準。要畫出必

3、要的電路原理圖。編寫程序及課程設(shè)計報告（不少于1500字）。六、設(shè)計題目及要求6.1 8位算術(shù)邏輯運算器設(shè)計參考：實驗教程中算術(shù)邏輯運算實驗（1）系統(tǒng)使用的芯片：74LS181、74LS273、74LS245、LED及各種開關(guān)；（2）能實現(xiàn)8位二進制數(shù)的算術(shù)運算和邏輯運算；（3）能顯示參加運算的數(shù)據(jù)、顯示運算結(jié)果；6.2 位帶進位控制的運算器設(shè)計參考：實驗教程中進位控制實驗（1）系統(tǒng)使用的芯片：74LS181、74LS273、74LS245、74LS74、LED及各種開關(guān)；（2）能實現(xiàn)8位二進制數(shù)的加法運算，并產(chǎn)生進位；（3）能顯示參加運算的數(shù)據(jù)、顯示運算結(jié)果及進位情況；6.3 微程序控制器設(shè)

4、計 參考：實驗教程中微程序控制器實驗（1）實現(xiàn)5條機器指令功能：IN、 ADD、 STA、OUT、JMP； （2）設(shè)計出上述指令的微程序流程圖及二進制代碼表； （3）編制微程序、寫入CM中并運行微程序，觀查結(jié)果； 6.4 硬布線控制器設(shè)計參考：實驗教程中硬布線控制器實驗（1）實現(xiàn)X+Y功能，即由輸入部分輸入兩個數(shù)據(jù)，輸出顯示結(jié)果。 （2）寫出硬布線控制器的設(shè)計步驟； （3）輸入3組數(shù)據(jù)，觀查結(jié)果，掌握硬布線控制器的組成原理； 6.5 基本模型機設(shè)計與實現(xiàn)參考：實驗教程中基本模型機設(shè)計實驗（1）給出模型機的設(shè)計方案（包括指令系統(tǒng)和硬件結(jié)構(gòu)）；（2）畫出所設(shè)計(shj)計算機的硬件連接圖，針對所設(shè)

5、計的指令系統(tǒng)編寫出相應(yīng)的微程序；（3）對所設(shè)計的計算機進行(jnxng)測試。6.6 復(fù)雜模型機設(shè)計(shj)與實現(xiàn)參考：實驗教程中復(fù)雜模型機設(shè)計實驗（1）給出模型機的設(shè)計方案（包括指令系統(tǒng)和硬件結(jié)構(gòu)）；（2）畫出所設(shè)計計算機的硬件連接圖，針對所設(shè)計的指令系統(tǒng)編寫出相應(yīng)的微程序；（3）對所設(shè)計的計算機進行測試。計算機組成(z chn)原理(yunl)課程設(shè)計報告(bogo)1設(shè)計題目基本模型機設(shè)計與實現(xiàn)2實驗設(shè)備 1TDN-CM+或 TDN-CM+教學(xué)實驗系統(tǒng)一臺。 2 PC 微機一臺。 3實驗?zāi)康?1在掌握部件單元電路實驗的基礎(chǔ)上，進一步將其組成系統(tǒng)構(gòu)造一臺基本模型計算機。 2 為其定義五條

6、機器指令，并編寫相應(yīng)的微程序，具體上機調(diào)試掌握整機概念 4實驗原理 部件實驗過程中，各部件單元的控制信號是人為模擬產(chǎn)生的，而本次實驗將在微程序 控制下自動產(chǎn)生各部件單元控制信號，實現(xiàn)特定指令的功能。這里，計算機數(shù)據(jù)通路的控制 將由微程序控制器來完成，CPU 從內(nèi)存中取出一條機器指令到指令執(zhí)行結(jié)束的一個指令周期全部由微指令組成的序列來完成，即一條機器指令對應(yīng)一段微程序。 本實驗采用五條機器指令I(lǐng)N （輸入）、ADD（二進制加法）、STA（存數(shù)）、OUT（輸 出）、JMP（無條件轉(zhuǎn)移），其指令格式如下（前位為操作碼）： 其中(qzhng) IN 為單字長（位），其余為雙字長指令，為addr 對應(yīng)(

7、duyng)的二進制地址碼。 為了向 RAM中裝入程序和數(shù)據(jù)，檢查寫入是否正確，并能啟動程序執(zhí)行，還必須(bx)設(shè)計 三個控制臺操作微程序。 存儲器讀操作（KRD）：撥動總清開關(guān)CLR 后，控制臺開關(guān) SWB、SWA 為“”時,按 START 微動開關(guān)，可對 RAM連續(xù)手動讀操作。 存儲器寫操作（KWE）：撥動總清開關(guān)CLR 后，控制臺開關(guān) SWB、SWA 置為“” 時，按 START 微動開關(guān)可對 RAM 進行連續(xù)手動寫入。 啟動程序：撥動總清開關(guān) CLR 后，控制臺開關(guān) SWB、SWA 置為“”時，按 START 微動開關(guān)，即可轉(zhuǎn)入到第 01 號“取址”微指令，啟動程序運行。 上述三條控制

8、臺指令用兩個開關(guān) SWB、SWA 的狀態(tài)來設(shè)置，其定義如下： 根據(jù)以上要求設(shè)計數(shù)據(jù)通路框圖，如圖 6.5-1。微代碼定義如表 6.5-1 所示。 系統(tǒng)(xtng)涉及到的微程序流程見圖 6.5-2，這里“取指”是公用微指令，為了能確定不同機器指令有各自(gz)不同的微程序轉(zhuǎn)向，我們在這里以指令寄存器的前位（IR7IR4）作為(zuwi)測試條 件，引入了 P（1）指令測試字段，如此，對于 5 條機器指令，就可以有路 P（1）測試分支，對于每一指令分別予以微程序解釋。 控制臺操作為 P（4）測試，它以控制臺開關(guān) SWB、SWA 作為測試條件，出現(xiàn)了路分支，占用個固定微地址單元。當(dāng)分支微地址單元固

9、定后，剩下的其它地方就可以一條微指令占用控存一個微地址單元隨意填寫。注意：微程序流程圖上的單元地址為進制。 當(dāng)全部微程序設(shè)計完畢后，應(yīng)將每條微指令代碼化，表 6.5-2 即為將圖 6.5-2 的微程序流程圖按微指令格式轉(zhuǎn)化而成的“二進制微代碼表”。 下面介紹指令寄存器（IR）：指令寄存器用來(yn li)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，先把它從內(nèi)存取到指令寄存器中，然后再對其進行譯碼、執(zhí)行(zhxng)。指令劃分為操作 碼和地址碼字段，由二進制數(shù)構(gòu)成，為了執(zhí)行任何給定的指令，必須對操作碼進行(jnxng)測試P（1），通過節(jié)拍脈沖 T4的控制以便識別所要求的操作?！爸噶钭g碼器”

10、（實驗板上標(biāo)有“INS DECODE”的芯片）根據(jù)指令中的操作碼譯碼強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。 本系統(tǒng)有兩種外部 I/O設(shè)備，一種是二進制代碼開關(guān)，它作為輸入設(shè)備（INPUT DEVICE）；另一種是數(shù)碼塊，它作為輸出設(shè)備（OUTPUT DEVICE）。例如：輸入時，二進制開關(guān)數(shù)據(jù)直接經(jīng)過三態(tài)門送到總線上，只要開關(guān)狀態(tài)不變，輸入的信息也不變。輸出時， 將輸出數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上，當(dāng)寫信號（W/R）有效時，將數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器，驅(qū)動(q dn)數(shù)碼 塊顯示(xinsh)。 本實驗設(shè)計機器指令程序(chngx)如下： 5實驗步驟 (1) 按圖 6.5-3 連接實驗

11、線路。 (2) 寫程序 方法一：手動寫入 先將機器指令對應(yīng)的微代碼正確地寫入 2816 中，由于在實驗三微程序控制實驗中已將微代碼寫入 E2PROM 芯片中，對照表 6校驗正確后就可使用。 使用控制臺 KWE 和 KRD 微程序進行機器指令程序的裝入和檢查。 . 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 （101），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”，按動一次啟動開關(guān) 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)

12、開關(guān)的內(nèi)容置為要寫入的機器指令，按動兩次 START 鍵后，即完成該條指令的寫入。若仔細閱讀 KWE 的流程，就不難發(fā)現(xiàn)，機器指令的首地址總清后為零，以后每個循環(huán) PC會自動加 1，所以，每次按動 START，只有在微地址燈顯示“010100”時，才設(shè)置內(nèi)容，直到所有機器指令寫完。 . 寫完程序(chngx)后須進行校驗。撥動總清開關(guān) CLR （101）后，微地址清零。PC 程序計數(shù)器清零，然后(rnhu)使控制臺開關(guān) SWB、SWA 為“”，按動啟動 START，微地址(dzh)燈將顯示“010000”，再按START，微地址燈顯示為“010010”，第三次按 START，微地址燈顯示為“0

13、10111”，再按 START 后，此時輸出單元的數(shù)碼管顯示為該首地址中的內(nèi)容。不斷按動 START，以后每個循環(huán)PC 會自動加 1，可檢查后續(xù)單元內(nèi)容。每次在微地址燈顯示為“010000”時，是將當(dāng)前地址中的機器指令寫入到輸出設(shè)備中顯示。 方法二：聯(lián)機讀寫程序 按照規(guī)定格式，將機器指令及表 6.5-2 微指令二進制表編輯成十六進制的如下格式文件。 微指令格式中的微指令代碼為將表 6.5-2 中的24 位微代碼按從左到右分成 3 個 8 位，將此三個 8 位二進制代碼化為相應(yīng)的十六進制數(shù)即可。 用聯(lián)機軟件的“【轉(zhuǎn)儲】【裝載】”功能將該格式文件裝載入實驗系統(tǒng)即可。 (3) 運行程序 方法一：本機

14、運行 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(b dn)總清開關(guān) CLR（10 1），微地址(dzh)清零，程序計數(shù)器清零。程序首址為00H。 . 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(duzho)微程序流程圖，觀察微地址顯示燈是否和流程一致。 . 當(dāng)運行結(jié)束后，可檢查存數(shù)單元（0BH）中的結(jié)果是否和理論值一致。 連續(xù)運行程序 . “STATE UNIT”中的 STEP 開關(guān)置為“EXEC”狀態(tài)。STOP 開關(guān)置為“RUN”狀態(tài)。 . 撥動 CLR 開關(guān)，清微地址及程序計數(shù)器，然

15、后按動 START，系統(tǒng)連續(xù)運行程序，稍后將 STOP 撥至“STOP”時，系統(tǒng)停機。 . 停機后，可檢查存數(shù)單元（0BH）結(jié)果是否正確。 方法二：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，選擇“【運行】【通路 圖】【復(fù)雜模型機】”功能菜單打開相應(yīng)動態(tài)數(shù)據(jù)通路圖，按相應(yīng)功能鍵即可聯(lián)機運行、 監(jiān)控、調(diào)試程序。） 總清開關(guān) CLR 清零（101）后,將使程序首址及微程序地址為 00H，程序可從頭開始運行。 6實驗(shyn)數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)結(jié)果理論值結(jié)果是否與理論值相等020303是050607是070808是040505是060707是080909是7結(jié)論（包括完成(wn ch

16、ng)功能、不足、進一步的工作等）這次我們一組做的題目是基本模型機,這個模型機需要包括輸入(shr)INT、輸出OUT、 存數(shù)STA、加ADD、跳轉(zhuǎn)JMP、與AND這六個運算,我們實訓(xùn)在實驗課階段已經(jīng)安排了關(guān)于簡單模型機的學(xué)習(xí),所以我們對設(shè)計充滿了好奇。老師給我們講授了基本的實訓(xùn)課時分配,我覺得原理很清晰,我們需要將相應(yīng)的機器指令碼設(shè)計出來,通過計算機程序?qū)⑵漭斎氲竭B接好的實驗箱上去,關(guān)于從SNUA0的24位二進制代碼,我學(xué)習(xí)過基本模型機指令結(jié)構(gòu)圖,了解到微地址是以八進制來設(shè)計的,S3CN是邏輯算術(shù)運算,WE=1時代表(dibio)寫,WE=0時代表讀, UA5UA0代表下址這些知識雖然很簡單

17、,但確實是我規(guī)劃主程序流程圖的最重要依據(jù),關(guān)于A字段,B字段,P字段,從指導(dǎo)書上的對應(yīng)意義可以輕松的得出。關(guān)于機器指令程序階段的部分,對我來說是最難的部分,按照我先設(shè)計的流程圖將相應(yīng)的地址的內(nèi)容準確的告訴給實驗箱,一切銜接起來讓我覺得這個實訓(xùn)很有趣味,中間走了很多彎路,當(dāng)我們請教銀老師問題時，老師很細心的給我們講解,很清晰,很明了,我們很慶幸有她做我們的指導(dǎo)老師。其實,這個課程設(shè)計并不難,老師是想給我們找點計算機組成原理的自己的感覺,所有的都是由那些瑣碎的知識結(jié)合在一起構(gòu)成的。期間,最耽誤時間、考驗?zāi)托暮图毿牡木褪侵噶畹拇鎯蜋C器指令的輸入。8認識體會通過一周的課程實習(xí)，對模型機的設(shè)計，微指令是如何設(shè)計與運行，機器碼又是怎樣找到它所對應(yīng)的微指令，從而實現(xiàn)各種功能，有了更深