計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)--實(shí)驗(yàn)報(bào)告抑或運(yùn)算

1、<p><b>　　計(jì)算機(jī)組成原理</b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)報(bào)告</b></p><p>　　專(zhuān)業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)</p><p><b>　　班級(jí) </b></p><p><b>　　學(xué)號(hào) </b></p

2、><p><b>　　姓名 </b></p><p><b>　　2015年12月</b></p><p><b>　　創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)</b></p><p><b>　　一.課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　在試驗(yàn)六和實(shí)驗(yàn)八的基

3、礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)新的功能，并設(shè)計(jì)新的微代碼表實(shí)現(xiàn)此功能。</p><p>　　熟悉掌握24位微代碼的含義</p><p><b>　　二. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：</b></p><p>　　EL-JY-II型計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，排線(xiàn)若干。</p><p><b>　　三.模型機(jī)結(jié)構(gòu)：</b></p&g

4、t;<p>　　圖1 模型機(jī)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　圖1中運(yùn)算器ALU由U7—U10四片74LS181構(gòu)成，暫存器1由U3、U4兩片74LS273構(gòu)成，暫存器2由U5、U6兩片74LS273構(gòu)成。微控器部分控存由U13—U15三片2816構(gòu)成。除此之外，CPU的其它部分都由EP1K10集成（其原理見(jiàn)系統(tǒng)介紹部分）。</p><p>　　存儲(chǔ)器部分由兩片6116構(gòu)成16

5、位存儲(chǔ)器，地址總線(xiàn)只有低八位有效，因而其存儲(chǔ)空間為00H—FFH。</p><p>　　輸出設(shè)備由底板上的四個(gè)LED數(shù)碼管及其譯碼、驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，當(dāng)D-G和W/R均為低電平時(shí)將數(shù)據(jù)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)送入數(shù)碼管顯示。在開(kāi)關(guān)方式下，輸入設(shè)備由16位電平開(kāi)關(guān)及兩個(gè)三態(tài)傳輸芯片74LS244構(gòu)成，當(dāng)DIJ-G為低電平時(shí)將16位開(kāi)關(guān)狀態(tài)送上數(shù)據(jù)總線(xiàn)。在鍵盤(pán)方式或聯(lián)機(jī)方式下，數(shù)據(jù)可由鍵盤(pán)或串口輸入，然后由監(jiān)控程序直接送上數(shù)據(jù)總線(xiàn)，因

6、而外加的數(shù)據(jù)輸入電路可以不用。</p><p>　　注：本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線(xiàn)為16位，指令、地址和程序計(jì)數(shù)器均為8位。當(dāng)數(shù)據(jù)總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)打入指令寄存器、地址寄存器和程序計(jì)數(shù)器時(shí)，只有低8位有效。</p><p><b>　　四.工作原理：</b></p><p><b>　　1．?dāng)?shù)據(jù)格式</b></p><

7、p>　　本實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)采用定點(diǎn)補(bǔ)碼表示法表示數(shù)據(jù)，字長(zhǎng)為16位，其格式如下：</p><p>　　其中第16位為符號(hào)位，數(shù)值表示范圍是：-32768≤X≤32767。</p><p><b>　　2．指令格式</b></p><p><b>　　算術(shù)邏輯指令</b></p><p>　　設(shè)計(jì)9條

8、單字長(zhǎng)算術(shù)邏輯指令，尋址方式采用寄存器直接尋址。其格式如下：</p><p>　　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(shù)邏輯指令的名稱(chēng)、功能和具體格式見(jiàn)表1。</p><p><b>　　4．設(shè)計(jì)微代碼</b></p><p>　　微程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一是處

9、理好每條微指令的下地址，以保證程序正確高效地進(jìn)行。本系統(tǒng)采用分段編碼的指令格式，采用斷定方式確定下一條微指令的地址。</p><p>　　圖2 斷定方式微程序控制部件示圖</p><p>　　每條微指令由24位組成，</p><p><b>　　其控制位順序如下：</b></p><p><b>　　.<

10、;/b></p><p>　　MS24—MS16對(duì)應(yīng)于微指令的第24—16位，S3S2S1S0MCn為運(yùn)算器的方式控制， WE為外部器件的讀寫(xiě)信號(hào)，‘1’表示寫(xiě)，‘0’表示讀；控制總線(xiàn)上的WR為外部讀寫(xiě)控制電路的輸出，其控制電路為：</p><p>　　1A、1B用于選通外部器件，通常接至底板IO控制電路的1A1B端，四個(gè)輸出Y0Y1Y2Y3接外部器件的片選端。（注：Y3被系統(tǒng)占用，

11、用于輸入中斷，Y0Y1Y2能被用戶(hù)使用）。I/O控制電路由一片74LS139構(gòu)成，用于為外部器件提供選通信號(hào)。其原理和邏輯關(guān)系如下圖所示：</p><p>　　圖6 I/O控制電路</p><p>　　微指令中的uA5-uA0為6位的后續(xù)微地址。</p><p>　?。疲薄ⅲ疲?、Ｆ３三個(gè)字段的編碼方案如表2：</p><p>　　表2 Ｆ１

12、、Ｆ２、Ｆ３編碼方案</p><p>　　功能由S1、S0、M控制，具體功能如下表： </p><p>　　圖5中MS9—MS7對(duì)應(yīng)于微指令中的F3，經(jīng)鎖存譯碼后產(chǎn)生6個(gè)輸出信號(hào)：P1、P2、P3、P4、AR、LPC。其中P1、P2、P3、P4位測(cè)試字，其功能是對(duì)機(jī)器指令進(jìn)行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實(shí)現(xiàn)微程序的順序、分支和循環(huán)運(yùn)行

13、；AR為運(yùn)算器的進(jìn)位輸出控制；LPC為程序計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘控制。以上信號(hào)均為‘1’有效。</p><p>　　這次實(shí)驗(yàn)我們創(chuàng)新加入抑或運(yùn)算這一功能，所以微代碼表如下：</p><p>　　設(shè)計(jì)三個(gè)控制操作微程序：</p><p>　　存儲(chǔ)器讀操作（MRD）：撥動(dòng)清零開(kāi)關(guān)CLR對(duì)地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸入CA1、CA2為“00”時(shí)，按“單步”鍵，可對(duì)RAM連續(xù)讀

14、操作。</p><p>　　存儲(chǔ)器寫(xiě)操作（MWE）：撥動(dòng)清零開(kāi)關(guān)CLR對(duì)地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸入CA1、CA2為“10”時(shí)，按“單步”鍵，可對(duì)RAM連續(xù)寫(xiě)操作。</p><p>　　啟動(dòng)程序（RUN）：撥動(dòng)開(kāi)關(guān)CLR對(duì)地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸入CA1、CA2為“11”時(shí)，按“單步”鍵，即可轉(zhuǎn)入到第01號(hào)“取指”微指令，啟動(dòng)程序運(yùn)行。</p><p&

15、gt;　　注：CA1、CA2由控制總線(xiàn)的E4、E5給出。鍵盤(pán)操作方式時(shí)由監(jiān)控程序直接對(duì)E4、E5賦值，無(wú)需接線(xiàn)。開(kāi)關(guān)方式時(shí)可將E4、E5接至控制開(kāi)關(guān)CA1、CA2，由開(kāi)關(guān)來(lái)控制。</p><p>　　系統(tǒng)涉及到的微程序流程見(jiàn)圖9（圖中各方框內(nèi)為微指令所執(zhí)行的操作，方框外的標(biāo)號(hào)為該條微指令所處的八進(jìn)制微地址）?？刂撇僮鳛镻4測(cè)試，它以CA1、CA2作為測(cè)試條件，出現(xiàn)了寫(xiě)機(jī)器指令、讀機(jī)器指令和運(yùn)行機(jī)器指令3路分支，占

16、用3個(gè)固定微地址單元。當(dāng)分支微地址單元固定后，剩下的其它地方就可以一條微指令占用控存一個(gè)微地址單元隨意填寫(xiě)。</p><p>　　圖8 指令譯 </p><p>　　圖9 微程序流程圖（1）</p><p>　　機(jī)器指令的執(zhí)行過(guò)程如下：首先將指令在外存儲(chǔ)器的地址送上地址總線(xiàn)，然后將該地址上的指令傳送至指令寄存器，

17、這就是“取指”過(guò)程。之后必須對(duì)操作碼進(jìn)行P1測(cè)試，根據(jù)指令的譯碼將后續(xù)微地址中的某幾位強(qiáng)制置位，使下一條微指令指向相應(yīng)的微程序首地址，這就是“譯碼”過(guò)程（其原理見(jiàn)圖8）。然后才順序執(zhí)行該段微程序，這是真正的指令執(zhí)行過(guò)程。</p><p>　　在所有機(jī)器指令的執(zhí)行過(guò)程中，“取指”和“譯碼”是必不可少的，而且微指令執(zhí)行的操作也是相同的，這些微指令稱(chēng)為公用微指令，對(duì)應(yīng)于圖9中01、02、75地址（8進(jìn)制）的微指令。75

18、地址為“譯碼”微指令，該微指令的操作為P（1）測(cè)試，測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)多路分支。本實(shí)驗(yàn)用指令寄存器的前4位（I7-I4）作為測(cè)試條件，出現(xiàn)12路分支，占用12個(gè)固定微地址單元。如I7—I4相同，則還需進(jìn)行P2測(cè)試，以指令寄存器的I3、I2位作為測(cè)試條件，以區(qū)分不同的指令，如MOV指令和IN、OUT指令。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p><p>　　計(jì)算

19、53H抑或21H</p><p><b>　　機(jī)器指令：</b></p><p>　　運(yùn)算結(jié)果為72與計(jì)算結(jié)果一致，實(shí)驗(yàn)成功</p><p><b>　　六.心得體會(huì)</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我體會(huì)到自己所學(xué)的東西太少了，很多都不知道。雖然這次設(shè)計(jì)的只是一個(gè)小程序，但是這其間我

20、還是學(xué)到了不少東西。在這次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程，有些很基本的知識(shí)出現(xiàn)記混淆的現(xiàn)象，通過(guò)查書(shū)及詢(xún)問(wèn)同學(xué)，最終明白了。 </p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)我們要設(shè)計(jì)一臺(tái)微程序控制的模型機(jī)，以對(duì)計(jì)算機(jī)能有一個(gè)整機(jī)的概念,完成對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理這門(mén)課程的綜合應(yīng)用，達(dá)到學(xué)習(xí)本書(shū)的作用。作為一個(gè)計(jì)算機(jī)系學(xué)生這是必需掌握的，使我們對(duì)數(shù)據(jù)選擇器，移位器，加法器，運(yùn)算器，存儲(chǔ)器和微程序控制器，有了比較透徹的認(rèn)識(shí)。 &l

21、t;/p><p>　　由于計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的部件較多，結(jié)構(gòu)原理較復(fù)雜，對(duì)于我們這樣的初設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)感到無(wú)從下手，所以我們?cè)谡麄€(gè)過(guò)程中采取由淺入深，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的放法，通過(guò)這次設(shè)計(jì)，使我們能清楚的了解計(jì)算機(jī)的基本組成，基本原理和設(shè)計(jì)步驟，設(shè)計(jì)思路和調(diào)試步驟，最終能清晰的建立起整機(jī)概念，為獨(dú)立完成計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。 </p><p>　　課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，從中我們也學(xué)到了不少知識(shí)。雖然計(jì)算機(jī)組