計算機組成原理課程設計

沈陽理工大學課程設計專用紙No沈陽理工大學課程設計專用紙No0沈陽理工大學沈陽理工大學名目\l“_TOC_250012“一、試驗計算機的設計 1\l“_TOC_250011“整機規(guī)律框圖設計 1\l“_TOC_250010“指令系統(tǒng)的設計 2\l“_TOC_250009“微操作掌握部件的設計 3\l“_TOC_250008“微指令編碼的格式設計 3\l“_TOC_250007“微操作掌握信號設計 4\l“_TOC_250006“微程序挨次掌握方式設計 5微程序設計 10設計組裝試驗計算機接線表 18編寫調(diào)試程序 19\l“_TOC_250005“二、試驗計算機的組裝 19\l“_TOC_250004“三、試驗計算機的調(diào)試 23\l“_TOC_250003“調(diào)試前預備 23\l“_TOC_250002“程序調(diào)試過程 25\l“_TOC_250001“調(diào)試結果 25\l“_TOC_250000“參考資料 26沈陽理工大學課程設計專用紙No沈陽理工大學課程設計專用紙No10沈陽理工大學沈陽理工大學一、試驗計算機的設計整機規(guī)律框圖設計1-1模型機構造框圖指令系統(tǒng)的設計指令格式：算術規(guī)律指令設計9條算術規(guī)律指令并用單字節(jié)表示，尋址方式承受存放器直接尋址。其格式如下：7 67 65 43 210OP-CODErsrdOP-CODE為操作碼，rs為源存放器，rd為目的存放器，并規(guī)定：選定存放器00R001R110R29條算術規(guī)律指令的名稱、功能和具體格式見表2-1訪問及轉(zhuǎn)移指令7 65 43 21 000MOP-CODErdD設定有2條訪問指令，即存數(shù)、取數(shù)2條轉(zhuǎn)移指令，即無條件轉(zhuǎn)移7 65 43 21 000MOP-CODErdD其中Ed〔A指令使用D〔正負均可，M為尋址模式，其定義如下：尋址模式ME說明00E=D直接尋址01E=(D)間接尋址10E=(R1)+DRI變址尋址11E=(PC)+D相對尋址RIR2。3〕I/O指令輸入〔IN〕和輸出〔OUT〕指令承受單字節(jié)指令，其格式如下：7 67 6543210OP-CODEaddrrd其中addr=01addr=10示電路”中的數(shù)碼管作為輸出設備。4〕指令格式如下：7 6 5 47 6 5 43 21 0OP-CODE0000HALT指令，用于實現(xiàn)停機操作。指令系統(tǒng)：1694條。輸入212-1列出了各條指令的格式、匯編符號和指令功能。CLRrd011100rd0-->rdMOVrs，rd1000rsrdrs-->rdADCrs，rd1001rsrdrs+rd+cy-->rdSBCrs，rd1010rsrdrs-rd-cy-->rdINCrd1011rsrdrd+1-->rdANDrs，rd1100rsrdrs∧rd-->rdCOMrd1101rsrdrd-->rdRRCrs，rd1110rsrdrd規(guī)律右移RLCrs，rd1111rsrdrd規(guī)律左移LDA M，D，rdSTA M，D，rd0000MM00D01rdrdE-->rsrd-->EJMP M，D00MD1000E-->PCBZC M，D00MD1100CY=1Z=1時，DE-->PC匯編符號指令格式功能匯編符號指令格式功能IN addr，rdOUT addr，rd0100 01 rd0101 10 rdHALTaddr-->rdrd-->addr停機微操作掌握部件的設計微指令編碼的格式設計24位，其掌握位挨次如下：242322212019181716151413121110987654321S3S2S1S0MCnWE1A1BF1F2F3uA5uA4uA3uA2uA1uA0微操作掌握信號設計18位為操作掌握字段和測試字段。uA5-uA06位的下地址字段微地址。微指令中個掌握位的含義如下：S3、S2、S1、S0、M、Cn是掌握運算器的規(guī)律和算術運算的微命令。S3、S2、S1、S0、M、Cn組合功能表〔其中符號“+”表示規(guī)律“或”運算，符號“*”表示規(guī)律“與”運算，符號“/”表示規(guī)律“非”運算，符號“加”表示算術加運算，符號“減”表示算術減運算：選擇M=1M=0算術操作S3S2S1S0規(guī)律操作Cn=1〔無進位〕Cn=0〔有進位〕0000F=/AF=AF=A10001F=/(A+B)F=A+B10010F=/A*BF=A+/B10100F=/(A*B)F=AA*/BF=AA*/B10101F=/BA*/BA*/B10110F=(/A*B+A*/B)F=AB1F=AB0111F=A*/BF=A*/B1F=A*/B1000F=/A+BF=AA*BF=AA*B11001F=/(/A*B+A*/B)F=ABF=AB11010F=BA*BA*B11011F=A*BF=A*B1F=A*B1100F=1F=AAF=AA11101F=A+/BAA10011F=0F=1(2的補)F=01110F=A+BAA11111F=AF=A1F=AWE是寫內(nèi)存的微命令，狀態(tài)“1”有效。ABMD1”為無效。F1、F2、F3為三個譯碼字段，分別由三個掌握位經(jīng)指令譯碼電路741388種狀態(tài)，前7種狀態(tài)分別對應一組互斥性微命令中的一個，狀態(tài)“111”為無效。F3P1-P4四個測試囗，從而實現(xiàn)微程序的挨次、分支、循環(huán)運行。Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３三個字段的編碼方案如下表。000LDRi000RAG000P1001LOAD001ALU-G001AR010LDR2010RCG010P3011011011100LDR1100RBG100P2101LAR101PC-G101LPC110LDIR110299－G110P4F1字段15F1字段151413F2字段選擇 121110選擇F3字段9 8 7 選擇LOADPC寫操作。LDR2LT2寫操作。LDR1LT1寫操作。LARAR寫操作。LDIR表示指令存放器寫操作。RAG表示源存放器讀操作。微ALU-G表示運算器輸出操作。微RCG表示目的存放器讀操作。PC-GPC讀操作。LPCPC選通操作。299-G表示移位存放器讀寫操作。RBG表示變址存放器讀操作。微程序挨次掌握方式設計微程序掌握部件組成原理它主要由掌握存儲器、微指令存放器和地址轉(zhuǎn)移規(guī)律三大局部組成。程序固化，機器運行時則只讀不寫。其工作過程是：每讀出一條微指令，則執(zhí)行這條微指令的時間總和稱為一個微指令周期。通常，在串行方式的微程序掌握器中，微指令周期就是只讀存儲器的工作周期。掌握存儲器的字長就是微指令字的長度，其存儲容量視機器指令系統(tǒng)而定，即取決于微程序的數(shù)量。對掌握存儲器的要求是速度快，讀出周期要短。字段和判別測試字段的信息。在一般狀況下，微指令由掌握存儲器讀出后直接給出下一條微指令的地址，通常那么下一條微指令的地址就直接由微地址存放器給出。當微程序消滅分支時，意味著P反響信息，去修改微地址存放器的內(nèi)容，并按改好的內(nèi)容去讀下一條微指令。地址轉(zhuǎn)移規(guī)律就擔當自動完成修改微地址的任務。微程序掌握原理圖微程序掌握原理圖微程序入口地址形成方法3個判別測試位：P4CA1、CA2的狀態(tài)為測試條件，通過修改下地址字段微地址的A0、A13指令、讀機器指令、和執(zhí)行機器指令三種狀態(tài)的微程序的入口。P14IR7、IR6、IR5、IR4的狀態(tài)為測試條件，通過修改下地址字段微地址的A3、A2、A1、A016路分支轉(zhuǎn)移，使微程序分別轉(zhuǎn)移到IN指令、ADD指令、MOV指令、OUT指令、RRC16條機器指令執(zhí)行階段的微程序的入口。P22IR3、IR2的狀態(tài)為測試條件，通過修改下地址字段微地址的A1、A04路分支轉(zhuǎn)移，使微程序分別轉(zhuǎn)移到LDA指令、STA指令、BZC指JMP4條機器指令執(zhí)行階段的微程序的入口。控存的下地址確定方法微程序挨次掌握方式也即微程序執(zhí)行過程中下一條微指令地址確實定方式。常用的有兩種方式：計數(shù)增量方式和“下地址場”斷定方式。MPC增量計微程序存儲在控存的假設干個連續(xù)單元中?！跋碌刂穲觥睌喽ǚ绞绞侵肝⒊绦蛟趫?zhí)行過程中，通過微程序掌握部件中的微地址形成電路，直接承受微指令中“下地址場”字段的信息，來產(chǎn)生下一條微指令地址。因此，承受這種方式的微指令格式中設有“下地址場”字段，一條機器指令所對應的微程序在控存中可以不連續(xù)存放。本試驗計算機的挨次掌握是承受“下地址場”斷定方式。無論是在微程序的挨次執(zhí)行過程中，還是最終一條微指令執(zhí)行完畢之后進入下一條機器指令的取指過程，都是由微指令中“下地址場”字段的微地址，通過微程序掌握部件中的微地址形成電路，直接來產(chǎn)生下一條微指令地址。微程序掌握部件組成構造示意圖如下：微程序掌握信號微程序在控存中的分布狀況微程序設計寫出每條指令對應的微程序流程圖輸入指令INSTA

IN指令的微程序流程圖 STA指令直接尋址的微程序流程圖 STA指令間接尋址的微程序流程圖沈陽理工大學課程設計專用紙No沈陽理工大學課程設計專用紙No11沈陽理工大學沈陽理工大學

STA指令相對尋址的微程序流程圖 LDA指令直接尋址的微程序流程圖 LDA指令間接尋址的微程序流程圖LDA指令的微程序流程圖OUT

OUT指令的微程序流程圖

CLR指令的微程序流程圖JMP指令的微程序流程圖3.5.2寫出每段微程序中各微指令的二進制編碼、16進制編碼〔216進制編碼〕微地址S3S2S1S0微地址S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0〔二進制〕000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000010100000000011000111111000001微地址OUT指令的編碼微地址〔二進制〕S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000沈陽理工大學課程設計專用紙No沈陽理工大學課程設計專用紙No15沈陽理工大學沈陽理工大學010101010101000000101111010 111000001微地址CLR指令的編碼微地址〔二進制〕S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000010111001111000000001111000001微地址STA直接尋址的編碼微地址〔二進制〕S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000010000000000000101101101000011000011000000010100111111000100000100000000010101111100100000100000000000010000111111000001100001000000110111100111000001微地址STA間接尋址的編碼微地址〔二進制〕S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000010001000000000101101101000101000101000000010101111111000110000110000000010100111111000111000111000000010101111100100000100000000000010000111111000001100001000000110111100111000001微地址STA相對尋址的編碼微地址〔二進制〕S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000010011000000000101101101100110100110000000010100111111100111100111000000000010101111101000101000100101000101100111101001101001100101000100100100100000100000000000010000111111000001100001000000110111100111000001微地址JMP指令的編碼微地址〔二進制〕S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000010000000000000101101101000011000011000000010100111111000100000100000000010100111111100000100000000000010000111111000001100010000000010001111101000001微地址LDA直接尋址的編碼微地址〔二進制〕S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000010000000000000101101101000011000011000000010100111111000100000100000000010101111100100000100000000000010000111111000001微地址LDA間接尋址的編碼微地址〔二進制〕S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000010001000000000101101101000101000101000000010101111111000110000110000000010100111111000111000111000000010101111100100000100000100000000000010000 111111000001微地址LDA相對尋址的編碼微地址〔二進制〕S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000010011000000000101101101100110100110000000010100111111100111100111000000000010101111101000101000100101000101100111101001101001100101000100100100100000100000000000010000111111000001設計組裝試驗計算機接線表編寫調(diào)試程序程序：INR0R0STAR0,[0FH]R00F中INR0R0MOVR0,R1R0R1LDA[0FH],R20FR2ADCR1,R2R1R2R2中OUTR2R2中的內(nèi)容BZC[20H]Z=120H去執(zhí)行RRCR2,R0R2,R0JMP[30H]30H每條指令所對應的機器碼〔16進制編碼〕及在內(nèi)存中的存放位置：地址〔16進制〕指令〔二進制〕指令〔16進制〕助記符000100010044INR0010000010004STAR0,[0FH]02000011110F030100010044INR0041000000181MOVR0,R1050000001002LDAR2,[0FH]06000011110F071001011096ADCR1,R208010110105AOUTR209000011000CJZ[20H]0A0010000020RRCR2,R00B11101000E8JMP[30H]0C00001000080D0011000030200000000000300000000000二、試驗計算機的組裝依據(jù)各局部的組成,連線步驟如下:R0G---R2G(存放器堆電路)~R0G---R2G(指令存放器電路)LR0---LR2(存放器堆電路)~LR0---LR2(指令存放器電路)IR2---IR7(指令存放器電路)~IR2---IR7(指令存放器電路)IO0---IO3(指令存放器電路)~IO0---IO3(指令存放器電路)CA1(指令存放器電路)~E4(掌握總線)CA2(指令存放器電路)~E5(掌握總線)Y2(I/O掌握電路)~D-G(輸出顯示電路)Y1(I/O掌握電路)~CE(主存儲器電路)WR(輸出顯示電路)~W/R(讀寫掌握電路)F1---F4(掌握總線)~T1---T4(讀寫掌握電路)地址總線)~MA7---MA0(主存儲器電路)WE(主存儲器電路)~W/R(讀寫掌握電路)ALUJ2(運算器電路)~BD7---BD0(數(shù)據(jù)總線)ALUJ1(運算器電路)~BD7---BD0(數(shù)據(jù)總線)PCJ1(程序計數(shù)器電路)~BD7---BD0(數(shù)據(jù)總線)RJ1(存放器堆電路)~BD7---BD0(數(shù)據(jù)總線)MC16---MC17(微程序掌握器電路)~1A---1B(I/O掌握電路)299-G(微程序掌握器電路~299-G(運算器電路)MC24---MC19(微程序掌握器電路~S3---CN(運算器電路)LDR1(微程序掌握器電路)~LDR1(運算器電路)LDR2(微程序掌握器電路)~LDR2(運算器電路)運算器電路)AR(微程序掌握器電路)~AR(運算器電路)PC-G(微程序掌握器電路)~PC-G(程序計數(shù)器電路))LPC(微程序掌握器電路)~LPC(程序計數(shù)器電路)LRi(微程序掌握器電路)~LRi(指令譯碼電路))~RAG---RCG(指令譯碼電路)SA5---SA0(微程序掌握器電路)~SA5---SA0(指令譯碼電路)P1---P4(微程序掌握器電路)~P1---P4(指令譯碼電路)LDIR(微程序掌握器電路)~LDIR(指令存放器電路)UAJ1(微程序掌握器電路)~C1---C6(掌握總線)MC18(微程序掌握器電路)~WE(讀寫掌握電路)LAR(微程序掌握器電路)~LAR(地址存放器電路)D0---D7(輸出顯示電路)~BD7---BD0(數(shù)據(jù)總線)MD7---MD0(主存儲器電路)~BD7---BD0(數(shù)據(jù)總線)應使排線插頭上的箭頭面對自己插在橫排座上；對于豎排座，應使排線插頭上的箭頭面對左邊插在豎排座上。試驗計算機接線圖如以下圖三、試驗計算機的調(diào)試調(diào)試前預備1、依據(jù)試驗指導說明書連接硬件系統(tǒng)2、啟動試驗軟件，翻開試驗課題菜單，選中試驗課題翻開試驗課題參數(shù)對話窗口：微指令操作時如圖3.13.1微指令操作寫:在編輯框中輸入試驗指導書中的微指令程序(格式：兩位八進制微地址+空格+),EX6.MSMK4K3K2K1撥至“0010”寫狀