計算機組成原理課程設計---復雜模型機的設計與實現

1、<p>　　課 程 設 計 報 告 書</p><p>　　所屬課程名稱 計算機組成原理課程設計 </p><p>　　題 目 復雜模型機的設計與實現　　 　　</p><p>　　2012年6 月 8日 </p><p><b>　　目錄</b></p&

2、gt;<p>　　第一章 課程設計內容及要求2</p><p>　　第二章 總體設計3</p><p>　　第三章 數據格式及指令系統4</p><p>　　第四章實驗步驟8</p><p>　　第五章課程設計心得14</p><p>　　第六章參考文獻14</p>

3、<p>　　第一章 課程設計內容及要求</p><p>　　綜合運用所學計算機原理知識，設計并實現較為完整的計算機。</p><p>　　⑴模型機規(guī)定采用定點補碼表示法表示數據,且字長為8位。</p><p>　　⑵模型機設計四大類指令共16條，其中包括算術邏輯指令、I/O指令、存數指令、取數指令、轉移指令和停機指令，設計一臺微程序控制的模型機。</

4、p><p>　　⑶根據設計，在實驗臺上組裝調試通過。</p><p>　?、扔?6條指令，編寫一個匯編語言程序，調試通過。</p><p>　　第二章 總體設計</p><p>　　復雜模型機的數據通路框圖如圖3—16所示。根據復雜模型機的硬件電路設計監(jiān)控軟件（機器指令），再根據機器指令要求，設計微程序流程圖及微程序，最后形成16進制文件。&

5、lt;/p><p>　　第三章 數據格式及指令系統</p><p><b>　　1、數據格式</b></p><p>　　模型機規(guī)定采用定點補碼表示法表示數據，且字長為8位，其格式如下：</p><p>　　其中第7位為符號位，數值表示范圍是：－1≤X＜1。</p><p><b>　　2

6、、指令格式</b></p><p>　　模型機設計四大類指令共十六條，其中包括算術邏輯指令、I/O指令、存數指令、取數指令、轉移指令和停機指令。</p><p><b>　?、?算術邏輯指令</b></p><p>　　設計9條算術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：</p><p&g

7、t;　　其中，OP—CODE為操作碼，RS為源寄存器，RD為目的寄存器，并規(guī)定：</p><p>　　9條算術邏輯指令的名稱、功能具體見表3－8。</p><p>　?、?訪問指令及轉移指令</p><p>　　模型機設計2條訪問指令：即存數STA、取數LDA；2條轉移指令：即無條件轉移JMP、有進位轉移指令BZC。指令格式為：</p><p&g

8、t;　　其中，OP—CODE 為操作碼，RD為目的寄存器地址（LDA、STA 指令使用）。D為位移量（正負均可），M為尋址模式，其定義如下：</p><p>　　本模型機規(guī)定變址RI指定為寄存器R2。</p><p><b>　　⑶ I / O指令</b></p><p>　　輸入IN和輸出OUT指令采用單字節(jié)指令，其格式如下：</p&g

9、t;<p>　　其中，addr=01時，選中輸入數據開關組KD0～KD7作為輸入設備，addr=10時，選中2位數碼管作為輸出設備。</p><p><b>　?、?停機指令</b></p><p><b>　　指令格式如下：</b></p><p>　　HALT指令，用于實現停機操作。</p>

10、<p><b>　　3、指令系統</b></p><p>　　本模型機共有16條基本指令，其中算術邏輯指令7條，訪問內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3—8列出了各條指令的格式、匯編符號、指令功能。</p><p><b>　　實驗步驟</b></p><p>　?、?設計復雜模型機

11、的監(jiān)控軟件，詳細如下：</p><p>　　＄P00 44 IN 01, R0 </p><p>　　＄P01 46 IN 01, R2 </p><p>　　＄P02 98 ADC R2, R0 </p><p>　　＄P03 81 MOV R0,

12、 R1 </p><p>　　＄P04 F5 RLC R1, R1 </p><p>　　＄P05 0C BZC 00, 00</p><p><b>　　＄P06 00 </b></p><p>　?、?根據復雜模型機的監(jiān)控軟件設計微程序流程圖</p><

13、p><b>　　如圖3—17所示</b></p><p>　　按照實驗機設計的微指令格式,參照微指令流程圖，設計微指令，并形成二進制代碼表。</p><p>　?、?將二進制代碼表轉換為聯機操作時的十六進制格式文件(文件名C8JHE3）。</p><p>　　程序：　　　　　　　　　 </p><p>　　＄P0

14、0 44 </p><p>　　＄P01 46 </p><p>　　＄P02 98 </p><p>　　＄P03 81 </p><p>　　＄P04 F5 </p><p>　　＄P05 0

15、C </p><p><b>　　＄P06 00 </b></p><p>　　微程序： </p><p>　　＄M00 088105 </p><p>　　＄M01 82ED05

16、 </p><p>　　＄M02 50C004 </p><p>　　＄M03 04A004 </p><p>　　＄M04 A0E004 </p><p>　　＄M05 06E004 <

17、/p><p>　　＄M06 07A004 </p><p>　　＄M07 A0E004 </p><p>　　＄M08 8AED05 </p><p>　　＄M09 8CED05 </p>

18、<p>　　＄M0A 3BA004 </p><p>　　＄M0B 018005 </p><p>　　＄M0C 3C2004 </p><p>　　＄M0D 0EA004 </p><

19、;p>　　＄M0E 0FB605 </p><p>　　＄M0F 25EA95 </p><p>　　＄M10 83ED05 </p><p>　　＄M11 85ED05</p><p>　　＄M12 8DED05</p>

20、<p>　　＄M13 A6ED05</p><p>　　＄M14 011004</p><p>　　＄M15 010407</p><p>　　＄M16 168005</p><p>　　＄M17 019A3D</p><p>　　＄M18 019205</p><p>　　＄M19

21、 2AA205</p><p>　　＄M1A 2CB205</p><p>　　＄M1B 32A205</p><p>　　＄M1C 33A205</p><p>　　＄M1D 36A205</p><p>　　＄M1E 378235</p><p>　　＄M1F 398235</p>

22、;<p>　　＄M20 019004</p><p>　　＄M21 018406</p><p>　　＄M22 81DB05</p><p>　　＄M23 E48005</p><p>　　＄M24 018005</p><p>　　＄M25 A0AA95</p><p>　　＄M

23、26 27A004</p><p>　　＄M27 28BC05</p><p>　　＄M28 29EA95 </p><p>　　＄M29 A0AA95 </p><p>　　＄M2A 2BB405 </p><p>　

24、　＄M2B 419B95 </p><p>　　＄M2C 2DA405 </p><p>　　＄M2D 6EAB05 </p><p>　　＄M2E 2FAA0D </p><p>　　＄M2F 30AA

25、05 </p><p>　　＄M30 71810D </p><p>　　＄M31 419B95 </p><p>　　＄M32 019A05 </p><p>　　＄M33 35B405</p

26、><p>　　＄M34 81DB05</p><p>　　＄M35 419BBD</p><p>　　＄M36 019A0D</p><p>　　＄M37 38882D</p><p>　　＄M38 019805</p><p>　　＄M39 3A881D</p><p>　

27、　＄M3A 019805</p><p>　　＄M3B 080A07</p><p>　　＄M3C 098A06</p><p><b>　?、?實驗接線</b></p><p>　　在實驗八的基礎上將跳線器J13和J14由右邊相連改為左邊相連，再將IJ1連IJ2。詳細如下：</p><p>　　

28、a、跳線器J1～J12全部撥在右邊（自動工作方式）；</p><p>　　b、跳線器J16、J18、J23、J24全部撥在左邊；</p><p>　　c、跳線器J15、J19、J25全部撥在右邊，跳線器J13、J14撥在左邊；</p><p>　　d、跳線器J20～J22、J26、J27連上短路片；</p><p>　　e、UJ1連UJ2，J

29、SE1連JSE2，SJ1連SJ2；</p><p>　　f、MBUS連BUS2；</p><p>　　g、REGBUS連BUS5；</p><p>　　h、PCBUS連EXJ2；</p><p>　　i、 ALUBUS連EXJ3；</p><p>　　j、 ALUO1連BUS1；</p><p>

30、;　　k、EXJ1連BUS3；</p><p>　　l、 ALUO2連BUS4；</p><p>　　n、IJ1連IJ2。</p><p><b>　　接線圖</b></p><p>　?、?連接實驗線路，仔細查線無誤后接通電源。</p><p><b>　?、?寫微程序和程序</

31、b></p><p>　?、?手動方法寫微程序參看實驗六。</p><p>　　手動方法寫代碼程序（機器指令）步驟如下：</p><p>　　通過上一步將機器指令對應的微代碼正確地寫入E2ROM 2816芯片后，再進行機器指令程序的裝入和檢查。</p><p>　　A. 將“編程開關”置“運行”位置，“運行方式”開關置“單步”位置。&l

32、t;/p><p>　　B. 撥動總清開關（0→1），微地址寄存器清零，程序計數器清零。然后使控制開關SWC、SWA開關置為“0 1”，按動一次“啟動運行”開關，微地址顯示燈LUA0～LUA5顯示“001001”，再按動一次“啟動運行”開關，微地址顯示燈LUA0～LUA5顯示“001100”，此時數據開關的內容置為要寫入的機器指令，再按動一次“啟動運行”開關，即完成該條指令的寫入。若仔細閱讀微程序流程，就不難發(fā)現，機器

33、指令的首地址只要第一次給入即可，PC會自動加1，所以，每次按動“啟動運行”開關，只有在微地址燈顯示“001100”時，才設置內容，直到所有機器指令寫完。</p><p>　　C. 寫完程序后須進行檢驗。撥動總清開關(0→1)后，微地址清零，PC程序計數器清零，然后使控制開關SWC、SWA為“0 0”,按動“啟動運行”開關，微地址燈將顯示“001000”，再按“啟動運行”開關，微地址燈顯示為“001010”，第三次

34、按“啟動運行”開關，微地址燈顯示為“111011”，此時總線數據顯示燈LZD0～LZD7顯示為該首地址的內容，再次按動“啟動運行”開關，微地址燈顯示為“001000”，此時，2位數碼管顯示的內容即為RAM中的數據，不斷按動“啟動運行”開關，可檢查后續(xù)單元內容。</p><p>　　注意：每次僅在微地址燈顯示為“001000”時，2位數碼管顯示的內容才是相應地址中的機器指令內容。</p><p&

35、gt;　?、?聯機讀/寫微程序和程序</p><p>　　用聯機軟件的裝載功能將16進制格式文件（文件名為C8JHE3）裝入實驗機即可（詳細操作見聯機軟件的README）。</p><p><b>　?、?運行程序</b></p><p><b>　?、?單步運行程序</b></p><p>　　A

36、. “編程開關”置“運行”狀態(tài)，“運行方式”開關置為“單步”狀態(tài),“運行控制”開關置為“運行”狀態(tài)。</p><p>　　B. 撥動總清開關(0→1)，微地址清零，PC計數器清零，程序首地址為OOH。</p><p>　　C. 按動“啟動運行”開關，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。</p><p><b>　?、凇∵B

37、續(xù)運行程序</b></p><p>　　A. “編程開關”置“運行”狀態(tài)，“運行方式”開關置為“連續(xù)”狀態(tài),“運行控制”開關置為“運行”狀態(tài)。</p><p>　　B. 撥動總清開關，清微地址及PC計數器，按動“啟動運行”開關，系統連續(xù)運行程序。如果要停止程序的運行，只需將“運行控制”開關置為“停止”狀態(tài)，系統就停機。</p><p>　　⑻ 采用單步或

38、連續(xù)運行方式執(zhí)行機器指令，參照機器指令及微程序流程圖，將實驗現象與理論分析比較，驗證系統執(zhí)行指令的正確性。</p><p><b>　　課程設計心得</b></p><p>　　通過對模型機的設計與實現，我學會了如何將一套理論用于實踐，把學過的知識轉化成真正的東西，學會了如何融會貫通，雖然在設計的過程中也遇到了許多的困難和瓶頸，但是都可以通過努力來解決，這樣自己會很有

39、成就感，也學會了做任何事都要細心，不然就可能功虧一簣，通過反思這次課程設計的過程，我發(fā)現我們不僅需要正確的，有目的性的做出自己想要的東西，我們還要學會掌握速度，要高效率，高準確度的完成工作，要目的明確，這次設計，讓我很有成就感，對這門課的知識的掌握也達到了一個新的高度與。！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]蔣本珊.計算機組成原理

40、[M].北京：北京郵電大學出版社，2012年2月.</p><p>　　[2]計算機組成原理實驗指導書[M].華東交通大學理工院</p><p>　　[3]黃穎.計算機組成原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008年</p><p><b>　　5月</b></p><p>　　[4]楊光煜.計算機組成原理[M].北京：