計(jì)算機(jī)硬件課程設(shè)計(jì)報(bào)告——拓展接口的復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計(jì)

1、<p>　　計(jì)算機(jī)硬件課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　——拓展接口的復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#183;·············

2、3;·······························3

3、 </p><p>　　二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容······························

4、;················3</p><p>　　三、實(shí)驗(yàn)思路···············

5、83;······························3</p><p>　　四、實(shí)驗(yàn)原理·&

6、#183;····································

7、;········3</p><p>　　五、實(shí)驗(yàn)步驟·······················

8、83;·····················10</p><p>　　六、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)··········

9、···································11</p&g

10、t;<p>　　七、實(shí)驗(yàn)心得·································&

11、#183;···········14</p><p><b>　　一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　經(jīng)過(guò)一系列硬件課程的學(xué)習(xí)及相關(guān)實(shí)驗(yàn)后，做一個(gè)綜合的系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)，這在硬件方面是一個(gè)提高，進(jìn)一步培養(yǎng)實(shí)踐能力。</p><p>&

12、lt;b>　　二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容</b></p><p>　　搭建一臺(tái)有拓展接口的8位模型機(jī)，指令系統(tǒng)要求有10條以上，其中包括運(yùn)算類指令、傳送類指令、控制轉(zhuǎn)移類指令、輸入輸出指令、停機(jī)指令等。</p><p><b>　　三、實(shí)驗(yàn)思路</b></p><p>　　1、確定設(shè)計(jì)目標(biāo)：確定所設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的功能和用途。</p>

13、<p>　　2、確定指令系統(tǒng)：確定數(shù)據(jù)的表示格式、位數(shù)、指令的編碼、類型、需要設(shè)計(jì)哪些指令及使用的尋址方式。</p><p>　　3、確定總體結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通路：總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含確定各部件設(shè)置以及它們之間的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)，列出各種信息傳送路徑以及實(shí)現(xiàn)這些傳送所需要的微命令。</p><p>　　4、設(shè)計(jì)指令執(zhí)行流程：數(shù)據(jù)通路確定后，就可以設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)中每條指令的執(zhí)行流程。根據(jù)指令的

14、復(fù)雜程度。每條指令所需要的機(jī)器周期數(shù)。對(duì)于微程序控制的計(jì)算機(jī)，根據(jù)總線結(jié)構(gòu)，需要考慮哪些微操作可以安排在同一個(gè)微指令中。</p><p>　　5、確定微程序地址：根據(jù)后續(xù)微地址的形成方法，確定每條微程序地址及分支轉(zhuǎn)移地址。</p><p>　　6、根據(jù)微指令格式，將微程序流程中的所有微操作進(jìn)行二進(jìn)制代碼化，寫(xiě)入到控制存儲(chǔ)器中的相應(yīng)單元中。</p><p>　　7、組

15、裝、調(diào)試：在總裝調(diào)試前，先按功能模塊進(jìn)行組裝和分調(diào)，因?yàn)橹挥泄δ苣K工作正常后，才能保證整機(jī)的運(yùn)行正確。</p><p><b>　　四、實(shí)驗(yàn)原理</b></p><p>　　1、指令系統(tǒng)及指令格式</p><p>　　（1）數(shù)據(jù)格式8位。</p><p><b>　?。?）指令格式：</b><

16、;/p><p>　　指令系統(tǒng)應(yīng)包括：算術(shù)邏輯運(yùn)算指令、訪存指令、控制轉(zhuǎn)移指令、I/O指令、停機(jī)指令。 一般指令格式如下：</p><p>　　其中RS、RD可以是R0、R1、R2中任一個(gè)，它們的代碼分別為00、01、10。DATA為立即數(shù)，ADDR為內(nèi)存地址。</p><p><b>　?。?）指令系統(tǒng)：</b></p>

17、<p>　　讀寫(xiě)端口指令：PIN PORT，RD POUT RS，PORT</p><p>　　訪存指令：LOAD [ADDR]，RD STA RS，[ADDR] </p><p>　　讀取立即數(shù)指令：MOV DATA RD</p><p>　　算術(shù)運(yùn)算指令：ADD RS，RD SUB RS，RD</p>

18、<p>　　邏輯運(yùn)算指令：XOR RS，RD AND RS，RD NOT RD</p><p>　　跳轉(zhuǎn)指令：JMP ADDR JZ ADDR</p><p><b>　　停機(jī)指令：HALT</b></p><p><b>　　指令微操作流程</b></p><p>&l

19、t;b>　　3、微指令格式</b></p><p>　　微指令為24位2進(jìn)制編碼，其中24位分配及編碼方式如下：</p><p>　?。?）第24位至第19位分配方式：</p><p>　　第24位至第19位編碼方式方式：</p><p>　?。?）第18位至第16位分配方式：</p><p>　　第

20、18位至第16位編碼方式方式：</p><p>　　第15位至第7位分配方式：</p><p>　　第15位至第7位編碼方式：</p><p><b>　　A字段：</b></p><p><b>　　B字段：</b></p><p><b>　　C字段：</

21、b></p><p>　　（4）第6位至第1位分配方式：</p><p>　　第6位至第1位指示下一條微指令的地址。</p><p>　?。?）299移位控制表：</p><p>　　4、微程序地址入口的形成</p><p>　　P（1）是用來(lái)譯碼指令寄存器的I7、I6、I5、I4 ,用于一般指令,微程序入口址為

22、OP+10H</p><p>　　P（2）是用來(lái)譯碼指令寄存器的I3、I2 ,用于不同尋址方式指令，入口地址轉(zhuǎn)OP+20H</p><p>　　P（3）是用來(lái)譯碼判斷標(biāo)志位C、Z ,用于條件轉(zhuǎn)移指令,條件成立轉(zhuǎn)OP+30H,條件不成立轉(zhuǎn)OP+20H</p><p>　　P（4）是用來(lái)譯碼控制臺(tái)操作的SWB、SWA ,用于手動(dòng)操作。</p><p&

23、gt;　　5、寄存器地址譯碼電路</p><p><b>　　6、微程序裝載格式</b></p><p>　　機(jī)器指令格式：$Pxxxx </p><p>　　微指令格式：$Mxxxxxxxx </p><p>　　把它們保存為 *.TXT文件。</p><p>　　注：1）程序中字

24、母要大寫(xiě)。</p><p>　　2）機(jī)器指令地址按順序，微指令地址可不按順序。</p><p><b>　　7、模型機(jī)的時(shí)序</b></p><p>　　8、模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路</p><p>　　9、模型機(jī)組裝電路圖</p><p>　　10、8255接口簡(jiǎn)介</p><p&g

25、t;　?。?）8255芯片簡(jiǎn)介</p><p>　　8255是Intel公司生產(chǎn)的可編程并行I/O接口芯片，有3個(gè)8位并行I/O口。具有3個(gè)通道3種工作方式的可編程并行接口芯片。 其各口功能可由軟件選擇，使用靈活，通用性強(qiáng)。8255可作為單片機(jī)與多種外設(shè)連接時(shí)的中間接口電路。</p><p>　　8255作為主機(jī)與外設(shè)的連接芯片，必須提供與主機(jī)相連的3個(gè)總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接

26、口。同時(shí)必須具有與外設(shè)連接的接口A、B、C口。由于8255可編程,所以必須具有邏輯控制部分，因而8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為3個(gè)部分：與CPU連接部分、與外設(shè)連接部分、控制部分。 </p><p>　　與CPU連接部分 　　</p><p>　　根據(jù)定義，8255能并行傳送8位數(shù)據(jù)，所以其數(shù)據(jù)線為8根D0～D7。由于8255具有3個(gè)通道A、B、C，所以只要兩根地址線就能尋址A、B、C口及控制寄存器

27、，故地址線為兩根A0～A1。此外CPU要對(duì)8255進(jìn)行讀、寫(xiě)與片選操作，所以控制線為片選、復(fù)位、讀、寫(xiě)信號(hào)。</p><p>　　與外設(shè)接口部分 　　</p><p>　　根據(jù)定義，8255有3個(gè)通道A、B、C與外設(shè)連接，每個(gè)通道又有8根線與外設(shè)連接，所以8255可以用24根線與外設(shè)連接。</p><p><b>　　控制器 　　</b><

28、;/p><p>　　8255將3個(gè)通道分為兩組，即PA0～PA7與PC4～PC7組成A組，PB0～PB7與PC0～PC3組成B組。如圖7.5所示，相應(yīng)的控制器也分為A組控制器與B組控制器，各組控制器的作用如下： 　　</p><p>　　A組控制器：控制A口與上C口的輸入與輸出。 　　</p><p>　　B組控制器：控制B口與下C口的輸入與輸出。</p>

29、<p><b>　　讀寫(xiě)端口指令</b></p><p>　　1）讀端口指令格式：PIN PORT，RD </p><p>　　2）寫(xiě)端口指令格式：POUT RS，PORT</p><p>　　讀寫(xiě)端口指令微操作：</p><p>　?。?）8255的編程</p><p>　　8

30、255的初始化編程較簡(jiǎn)單，只需要一個(gè)控制字就把3個(gè)端口設(shè)置完成。</p><p>　　寫(xiě)入方式控制字。方式控制字決定端口A、B、C的工作方式。</p><p>　　經(jīng)過(guò)初始化編程之后，處理器執(zhí)行讀端口指令和寫(xiě)端口指令，對(duì)3個(gè)數(shù)據(jù)端口進(jìn)行讀寫(xiě)就可以實(shí)現(xiàn)處理器與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換。</p><p><b>　　五、實(shí)驗(yàn)步驟</b></p>

31、;<p>　?。?）按照給定模型機(jī)組裝電路圖連接電路;</p><p>　?。?）連通實(shí)驗(yàn)箱與PC機(jī)，打開(kāi)CMP軟件，測(cè)試實(shí)驗(yàn)箱是否正常;</p><p>　　（3）設(shè)計(jì)微指令，畫(huà)出其微操作流程圖，并翻譯成相應(yīng)的微指令格式;</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)包含這些微指令的機(jī)器指令程序，并翻譯成相應(yīng)機(jī)器指令格式;</p><p>

32、　　（5）把設(shè)計(jì)好微指令和機(jī)器指令保存為T(mén)XT文件，然后裝載入CMP;</p><p>　?。?）打開(kāi)復(fù)雜模型機(jī)，然后用單步機(jī)器指令運(yùn)行程序并調(diào)試;</p><p>　?。?）檢查輸出結(jié)果是否正確，最后撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。</p><p><b>　　六、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)機(jī)器指令&l

33、t;/b></p><p>　　在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，我們定義了12條指令，分別為他們編碼，如下表所示：</p><p><b>　　設(shè)計(jì)微指令</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)驗(yàn)證程序</b></p><p>　　4、匯編程序與機(jī)器指令程序的轉(zhuǎn)換</p><p>　　

34、5、建立聯(lián)機(jī)操作文件</p><p>　　為了從PC機(jī)下載工作程序和微程序，需要建立聯(lián)機(jī)操作文件，該文件是普通的文本文件，擴(kuò)展名為T(mén)XT，可用記事本來(lái)建立。</p><p><b>　　源程序如下：</b></p><p><b>　　$P0401</b></p><p><b>　　$P

35、0500</b></p><p><b>　　$P0614</b></p><p><b>　　$P0701</b></p><p><b>　　$P0842</b></p><p><b>　　$P0902</b></p>&l

36、t;p><b>　　$P0A56</b></p><p><b>　　$P0B86</b></p><p><b>　　$P0C92</b></p><p><b>　　$P0D20</b></p><p><b>　　$P0E20<

37、/b></p><p><b>　　$P0FA0</b></p><p><b>　　$P1030</b></p><p><b>　　$P3060</b></p><p><b>　　$P31B0</b></p><p>&

38、lt;b>　　$P3240</b></p><p><b>　　$P4072</b></p><p><b>　　$P4118</b></p><p><b>　　$P4201</b></p><p>　　$M00018001</p><p

39、>　　$M0101ED82</p><p>　　$M0200C050</p><p>　　$M1001ED83</p><p>　　$M0300E004</p><p>　　$M04011001</p><p>　　$M1101ED85</p><p>　　$M0500E006</p

40、><p>　　$M06030201</p><p>　　$M1201ED87</p><p>　　$M0700E008</p><p>　　$M08009001</p><p>　　$M1301ED89</p><p>　　$M0900E00A</p><p>　　$M0A0

41、28201</p><p>　　$M1401ED8B</p><p>　　$M0B009001</p><p>　　$M1501A20C</p><p>　　$M0C01B40D</p><p>　　$M0D959A01</p><p>　　$M1601A20E</p><p

42、>　　$M0E01B40F</p><p>　　$M0F619B41</p><p>　　$M1701A220</p><p>　　$M2001B421</p><p>　　$M21159A01</p><p>　　$M1801A222</p><p>　　$M2201B423</p

43、><p>　　$M23699A01</p><p>　　$M1901B424</p><p>　　$M24099A01</p><p>　　$M1A01EDA5</p><p>　　$M2500D181</p><p>　　$M1B01ECEF</p><p>　　$M2F0

44、18001</p><p>　　$M3F00D181</p><p><b>　　七、實(shí)驗(yàn)心得</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)兩天的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，帶有拓展接口的復(fù)雜模型機(jī)基本上算是開(kāi)發(fā)完成了，其功能基本能夠符合設(shè)計(jì)需求，基本能夠達(dá)到硬件課程設(shè)計(jì)基本目的。當(dāng)然，在這個(gè)過(guò)程中也參閱了不少書(shū)籍并從中受益匪淺，學(xué)到了不少東西和技巧。但由于設(shè)計(jì)時(shí)間

45、較短，所以該模型機(jī)還有許多不盡人意的地方，這些都有待進(jìn)一步改善。通過(guò)學(xué)習(xí)，我不僅掌握了基本的硬件知識(shí)和理論，并且增強(qiáng)了自學(xué)和深入思考的能力。因此，參加這次硬件課程設(shè)計(jì)，不僅僅是只是做出了一個(gè)模型機(jī)而已，更培養(yǎng)和加強(qiáng)了自主學(xué)習(xí)、深入思考問(wèn)題的能力，可以說(shuō)是一舉多得。</p><p>　　作為一名計(jì)算機(jī)學(xué)院的學(xué)生，我們覺(jué)得這樣的課程設(shè)計(jì)是十分有意義的。我們?cè)谡n堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面，如何去運(yùn)用現(xiàn)實(shí)中的各種

46、硬件部件？如何去面對(duì)現(xiàn)實(shí)中的各種程序設(shè)計(jì)？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去呢？我想做類似的課程設(shè)計(jì)就為我們提供了良好的實(shí)踐平臺(tái)。在做本次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我感觸最深的當(dāng)屬翻閱了很多次課本和指導(dǎo)書(shū)。這次的課程設(shè)計(jì)，可是說(shuō)是對(duì)進(jìn)入大學(xué)里來(lái)所有涉及到硬件的課程的一次大綜合，她所涉及到的知識(shí)面涵括了計(jì)算機(jī)組成原理和微機(jī)接口技術(shù)等?？梢哉f(shuō)，這次的課程設(shè)計(jì)是對(duì)我們所學(xué)硬件知識(shí)的一次大融合，有助于我們?cè)诟邔哟紊习盐蘸屠斫庥布A(chǔ)知識(shí)