計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)---復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 書(shū)</p><p>　　所屬課程名稱(chēng) 計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) </p><p>　　題 目 復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)　　 　　</p><p>　　2012年6 月 8日 </p><p><b>　　目錄</b></p&

2、gt;<p>　　第一章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求2</p><p>　　第二章 總體設(shè)計(jì)3</p><p>　　第三章 數(shù)據(jù)格式及指令系統(tǒng)4</p><p>　　第四章實(shí)驗(yàn)步驟8</p><p>　　第五章課程設(shè)計(jì)心得14</p><p>　　第六章參考文獻(xiàn)14</p>

3、<p>　　第一章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求</p><p>　　綜合運(yùn)用所學(xué)計(jì)算機(jī)原理知識(shí)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)較為完整的計(jì)算機(jī)。</p><p>　?、拍Ｐ蜋C(jī)規(guī)定采用定點(diǎn)補(bǔ)碼表示法表示數(shù)據(jù),且字長(zhǎng)為8位。</p><p>　　⑵模型機(jī)設(shè)計(jì)四大類(lèi)指令共16條，其中包括算術(shù)邏輯指令、I/O指令、存數(shù)指令、取數(shù)指令、轉(zhuǎn)移指令和停機(jī)指令，設(shè)計(jì)一臺(tái)微程序控制的模型機(jī)。</

4、p><p>　?、歉鶕?jù)設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上組裝調(diào)試通過(guò)。</p><p>　　⑷用16條指令，編寫(xiě)一個(gè)匯編語(yǔ)言程序，調(diào)試通過(guò)。</p><p>　　第二章 總體設(shè)計(jì)</p><p>　　復(fù)雜模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路框圖如圖3—16所示。根據(jù)復(fù)雜模型機(jī)的硬件電路設(shè)計(jì)監(jiān)控軟件（機(jī)器指令），再根據(jù)機(jī)器指令要求，設(shè)計(jì)微程序流程圖及微程序，最后形成16進(jìn)制文件。&

5、lt;/p><p>　　第三章 數(shù)據(jù)格式及指令系統(tǒng)</p><p><b>　　1、數(shù)據(jù)格式</b></p><p>　　模型機(jī)規(guī)定采用定點(diǎn)補(bǔ)碼表示法表示數(shù)據(jù)，且字長(zhǎng)為8位，其格式如下：</p><p>　　其中第7位為符號(hào)位，數(shù)值表示范圍是：－1≤X＜1。</p><p><b>　　2

6、、指令格式</b></p><p>　　模型機(jī)設(shè)計(jì)四大類(lèi)指令共十六條，其中包括算術(shù)邏輯指令、I/O指令、存數(shù)指令、取數(shù)指令、轉(zhuǎn)移指令和停機(jī)指令。</p><p><b>　?、?算術(shù)邏輯指令</b></p><p>　　設(shè)計(jì)9條算術(shù)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(shù)邏輯指令的名稱(chēng)、功能具體見(jiàn)表3－8。</p><p>　?、?訪問(wèn)指令及轉(zhuǎn)移指令</p><p>　　模型機(jī)設(shè)計(jì)2條訪問(wèn)指令：即存數(shù)STA、取數(shù)LDA；2條轉(zhuǎn)移指令：即無(wú)條件轉(zhuǎn)移JMP、有進(jìn)位轉(zhuǎn)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(fù)均可），M為尋址模式，其定義如下：</p><p>　　本模型機(jī)規(guī)定變址RI指定為寄存器R2。</p><p><b>　?、?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(shí)，選中輸入數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)組KD0～KD7作為輸入設(shè)備，addr=10時(shí)，選中2位數(shù)碼管作為輸出設(shè)備。</p><p><b>　?、?停機(jī)指令</b></p><p><b>　　指令格式如下：</b></p><p>　　HALT指令，用于實(shí)現(xiàn)停機(jī)操作。</p>

10、<p><b>　　3、指令系統(tǒng)</b></p><p>　　本模型機(jī)共有16條基本指令，其中算術(shù)邏輯指令7條，訪問(wèn)內(nèi)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(hào)、指令功能。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p>　?、?設(shè)計(jì)復(fù)雜模型機(jī)

11、的監(jiān)控軟件，詳細(xì)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(jù)復(fù)雜模型機(jī)的監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)微程序流程圖</p><

13、p><b>　　如圖3—17所示</b></p><p>　　按照實(shí)驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)的微指令格式,參照微指令流程圖，設(shè)計(jì)微指令，并形成二進(jìn)制代碼表。</p><p>　?、?將二進(jìn)制代碼表轉(zhuǎn)換為聯(lián)機(jī)操作時(shí)的十六進(jìn)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(shí)驗(yàn)接線</b></p><p>　　在實(shí)驗(yàn)八的基礎(chǔ)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(xì)如下：</p><p>　　

28、a、跳線器J1～J12全部撥在右邊（自動(dòng)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(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)查線無(wú)誤后接通電源。</p><p><b>　?、?寫(xiě)微程序和程序</

31、b></p><p>　?、?手動(dòng)方法寫(xiě)微程序參看實(shí)驗(yàn)六。</p><p>　　手動(dòng)方法寫(xiě)代碼程序（機(jī)器指令）步驟如下：</p><p>　　通過(guò)上一步將機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的微代碼正確地寫(xiě)入E2ROM 2816芯片后，再進(jìn)行機(jī)器指令程序的裝入和檢查。</p><p>　　A. 將“編程開(kāi)關(guān)”置“運(yùn)行”位置，“運(yùn)行方式”開(kāi)關(guān)置“單步”位置。&l

32、t;/p><p>　　B. 撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)（0→1），微地址寄存器清零，程序計(jì)數(shù)器清零。然后使控制開(kāi)關(guān)SWC、SWA開(kāi)關(guān)置為“0 1”，按動(dòng)一次“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，微地址顯示燈LUA0～LUA5顯示“001001”，再按動(dòng)一次“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，微地址顯示燈LUA0～LUA5顯示“001100”，此時(shí)數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)的內(nèi)容置為要寫(xiě)入的機(jī)器指令，再按動(dòng)一次“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，即完成該條指令的寫(xiě)入。若仔細(xì)閱讀微程序流程，就不難發(fā)現(xiàn)，機(jī)器

33、指令的首地址只要第一次給入即可，PC會(huì)自動(dòng)加1，所以，每次按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，只有在微地址燈顯示“001100”時(shí)，才設(shè)置內(nèi)容，直到所有機(jī)器指令寫(xiě)完。</p><p>　　C. 寫(xiě)完程序后須進(jìn)行檢驗(yàn)。撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)(0→1)后，微地址清零，PC程序計(jì)數(shù)器清零，然后使控制開(kāi)關(guān)SWC、SWA為“0 0”,按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，微地址燈將顯示“001000”，再按“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，微地址燈顯示為“001010”，第三次

34、按“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，微地址燈顯示為“111011”，此時(shí)總線數(shù)據(jù)顯示燈LZD0～LZD7顯示為該首地址的內(nèi)容，再次按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，微地址燈顯示為“001000”，此時(shí)，2位數(shù)碼管顯示的內(nèi)容即為RAM中的數(shù)據(jù)，不斷按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，可檢查后續(xù)單元內(nèi)容。</p><p>　　注意：每次僅在微地址燈顯示為“001000”時(shí)，2位數(shù)碼管顯示的內(nèi)容才是相應(yīng)地址中的機(jī)器指令內(nèi)容。</p><p&

35、gt;　　② 聯(lián)機(jī)讀/寫(xiě)微程序和程序</p><p>　　用聯(lián)機(jī)軟件的裝載功能將16進(jìn)制格式文件（文件名為C8JHE3）裝入實(shí)驗(yàn)機(jī)即可（詳細(xì)操作見(jiàn)聯(lián)機(jī)軟件的README）。</p><p><b>　?、?運(yùn)行程序</b></p><p><b>　　① 單步運(yùn)行程序</b></p><p>　　A

36、. “編程開(kāi)關(guān)”置“運(yùn)行”狀態(tài)，“運(yùn)行方式”開(kāi)關(guān)置為“單步”狀態(tài),“運(yùn)行控制”開(kāi)關(guān)置為“運(yùn)行”狀態(tài)。</p><p>　　B. 撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)(0→1)，微地址清零，PC計(jì)數(shù)器清零，程序首地址為OOH。</p><p>　　C. 按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，即單步運(yùn)行一條微指令。對(duì)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(yùn)行程序</b></p><p>　　A. “編程開(kāi)關(guān)”置“運(yùn)行”狀態(tài)，“運(yùn)行方式”開(kāi)關(guān)置為“連續(xù)”狀態(tài),“運(yùn)行控制”開(kāi)關(guān)置為“運(yùn)行”狀態(tài)。</p><p>　　B. 撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)，清微地址及PC計(jì)數(shù)器，按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行程序。如果要停止程序的運(yùn)行，只需將“運(yùn)行控制”開(kāi)關(guān)置為“停止”狀態(tài)，系統(tǒng)就停機(jī)。</p><p>　?、?采用單步或

38、連續(xù)運(yùn)行方式執(zhí)行機(jī)器指令，參照機(jī)器指令及微程序流程圖，將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與理論分析比較，驗(yàn)證系統(tǒng)執(zhí)行指令的正確性。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)心得</b></p><p>　　通過(guò)對(duì)模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，我學(xué)會(huì)了如何將一套理論用于實(shí)踐，把學(xué)過(guò)的知識(shí)轉(zhuǎn)化成真正的東西，學(xué)會(huì)了如何融會(huì)貫通，雖然在設(shè)計(jì)的過(guò)程中也遇到了許多的困難和瓶頸，但是都可以通過(guò)努力來(lái)解決，這樣自己會(huì)很有

39、成就感，也學(xué)會(huì)了做任何事都要細(xì)心，不然就可能功虧一簣，通過(guò)反思這次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程，我發(fā)現(xiàn)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(xué)會(huì)掌握速度，要高效率，高準(zhǔn)確度的完成工作，要目的明確，這次設(shè)計(jì)，讓我很有成就感，對(duì)這門(mén)課的知識(shí)的掌握也達(dá)到了一個(gè)新的高度與。！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]蔣本珊.計(jì)算機(jī)組成原理

40、[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2012年2月.</p><p>　　[2]計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)[M].華東交通大學(xué)理工院</p><p>　　[3]黃穎.計(jì)算機(jī)組成原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008年</p><p><b>　　5月</b></p><p>　　[4]楊光煜.計(jì)算機(jī)組成原理[M].北京：