基本模型及设计与实现资料.docx

《基本模型及设计与实现资料.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基本模型及设计与实现资料.docx（15页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、计算机组成原理课程设计报告书题目基本模型机的设计与实现系别信息工程系专业软件技术班级 2010025201姓名 卢德强学号201002520119指导老师刘登峰2011年7月1日一、课程设计目的2二、实验内容21 实验原理22、微代码定义如下：43、微程序流程图如下所示： 54本实验设计机器指令程序如下 7三、二进制微代码表设计 7四、实验步骤91、线线路连接图92、写程序93、运行程序104、内 部寄存 器 选 择 电 路 ：11五、心得体会：11六、参考文献12、课程设计目的1.在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统构造一台基本模型 计算机。2.为其定义五条机器指令，并编写相应

2、的微程序，具体上机调试掌握整机二、实验内容1、实验原理部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实验将能在微 程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路 的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个 指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。本实验采用五条机器指令：IN （输入）、ADD （二进制加法）、STA （存数）、OUT （输出）、JMP （无条件转移）。其指令格式如下（前四位为操作吗）：内容（二进制）助记符0000 00000001 00000010 00000011

3、00000100 0000INADD addrSTA addrOUT addrJMP addrXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX说明输入设备上的数据送到R0RO+addr RORO - addr addr - BUSXXXXXXXXX addr- PC其中IN为单字长（8位），其余为双字长指令。,XXXXXXXX为add为对 应的二进制地 址码为了向RAM中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，还必须设计三个控制台操作微程序。存储器读操作（KRD :拨动总清开关CLR后，控制台开关SWBSWA为“ 00”时，按START微动开关，可对RAM!续手动读操作。存储器写操

4、作（KW :拨动总清开关CLR后，控制台开父SWBSWA为“ 01 ”时，按START微动开关，可对RAM进行连续手动写入。启动程序：拨动总清开关CLR后，控制台开父SWB SWAS为“11”时，按START微动开关，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行上述三条控制台指 令用两个开关SWB SWA勺状态来设置，其定义如下：SWBSWA控制台指令00读内存（KRD01写内存（KWE11启动程序（RP系统涉及到的微程序流程见下图，当拟定“取址”微指令时，该微指令的判别测试字段为P （ 1）测试。由于“取址”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P（1）的测试结果出现多路分支。本机用指

5、令寄存器的前4位（IR74R4）作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定微地址单元。151413选择000001LDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDARA字段B字段121110选择000001RS-B010RD-B011Rl-B100299-B101ALU-B110PC-Bc字段987选择000001P(1)010P(2)011P(3)100P(4)101AR110LDPCA9A8选择00输入设 备01存储 器10输出设 备112、微代码定义如下24232221201918171615 14 1312 11 10987654321S3S2S1soMCn

6、WEA9A8ABcuA5uA4uA3uA2uA1uAO系统涉及到的微程序流程见下图，当拟定“取址”微指令时，该微指令的判别测试字 段为P （ D测试。由于“取址”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P（1）的测试结果出现多路分支。本机用指令寄存器的前4位（IR74R4）作为测试条 件，出现5路分支，占用5个固定微地址单元。控制台操作为P （ 4）测试，它以控制台开关SWB SWA乍为测试条件，出现了 3路分 支，占用3个固定微地址单元。当分支微地址单元固定后，剩下的其它地方就可以一条微 指令占用一个微地址单元随意填写。3、微程序流程图如下所示:01:微地址采用八进制/01控制台00当全部

7、微指令设计完毕后，应将每条伪指令代码化，在微控制器试验中我们已经将所有微 指令写入了控制存储器下面介绍指令寄存器（IR）：指令寄存器用来保存当前正在执行 的一条指令当执行一条指令时，先把它从内存取到缓冲器中，然后再传送至指令寄存器。 指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必须对操 作码进行测试P（1）,通过节拍脉冲T4的控制以便识别要求的操作“指令译码器”（实验板上边有“INS DECODE的芯片）根据指令中的操作码译码强置微控制器单元的 微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。我们的试验有两种外部I/O设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备（工PUT

8、 DEVICE）;另一种是数码块，它作为输出设备（。UTPUT DEVICE）。例如：输入 时，二进制开关数据直接经过三台门送到总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不 变。输出时，将输出数据送到数据总线上，当写信号（W/R）有效时，将数据打入输出锁 存器，驱动数码显示。4、本实验设计机器指令程序如下：地址（二进制）内容（二进制） 助记符0000 00000000 0000IN说明INPUT DEVICE0000 00010001 0000ADD OAHR0+0AH-R00000 00100000 10100000 00110010 0000STA OBHR0-OBH0000 01000000

9、 10110000 01010011 0000OUT OBHOBH-LED0000 01100000 01110000 10110100 0000JMP OOHOOH-PC0000 10000000 00000000 1001xxxx xxxx自定义0000 10100000 0001求和结果0000 1011三、二进制微代码表设计微地址S3 S2 S1 SO M CN WE A9 A8ABcUA5UA0000000000110000001 000100000 100 0 0000 1 11 1 01 1 01 1 0000010020000000011 0000000 10010000300

10、00000011 1 0000000000100040000000010 1 1000000000101050000000110 1 000 100000011006100 10 10 1100 11 0 1000000001070000000011 1 00000000111111 000000000000 10000000000011 10000000111 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 11 20000000111 1 01 1 01 1 00001111 30000000111 1 01 1 01 1 00011101 40000000111 1 01 1 01 1 0

11、0101101 50000000111 1 000 10000110011 60000000011 1 00000000011111 70000000010 1 0000000010101200000000111 1 01 1 01 1 00100102 10000000111 1 01 1 01 1 0010100220000000010 1 000000001011123000000011000000000000001240000000000 1 0000000011000250000011100001 0 1000000001260000000011 0 10001 1 00000012

12、70000011100001 0 1000010000300000011010001 0 1000010001四、实验步骤1、线线路连接图2、写程序采用手动写入的方式：A、现将机器指令对应的微代码正确的写入到2 8 16中，由于在微程序控制实验中已将 微代码写入EA2 PROO M芯片中，对照表4-2再对照一遍，并将错误的指令修改过来。B、使控制台KEW和KRD微程序进行机器指令程序的装如何检查。a、使编程开关处于“ RUN ”状态，STEP为“ STEP”状态，STOP为“ RUN ”状 态。B、微地址寄存器清零。然后使控制台SWB SWAT关置为“ 01”，按动一次启动 开父START微地

13、址显示“ 010001(八进制21)在按动一次START开关，微地 址显示 “ 010100 (24),此时数据开关的内容只为要写入的机器指令，连续两次按下STTAR-开关后，即完成该条指令的写入。仔细阅读KWE勺流程，不难发现：机器指令的首地址 总清后为零，以后每个循环PC会自动加一。所以，每次按动START，只有在微地址灯显示“ 010100”(24)时，才置内容，直到所有的机器指令写 完。C、校验，这是学完程序后必须进行的一个擦作。先对位地址进行清零(拨动清零开关 CLR1 一 0 1 )o Pc程序计数器清零，然后使控制台开关SWBSWA位“ 00，按动启动 START开关，微地址灯显

14、示“ 010010 (22),第三次按 下START微地址灯显示位 “ 010111” (27)，再按动START后，此时输出单元的 数码管显示为该首地址中的内容。不断按动START开关，以后每个循环PC会自动加1，可检查后续单元内容。每次在 微地址灯显示位“ 010000”时，是将当前地址指令写入到输出设备中显示。3、运行程序A ,使“ STATE UNIT n中的STEP开关置于“ EXEC ”状态，STOP开关 置为 “ RUN ”状态。B.拨动总清零开关CLR ( 1 0 A 1)，对伪指令和程序计数器清零。程序首地 址00H。然后按动START，系统连续运行程序，稍后将STOP拨至“

15、 STOP”时，系 统停机。C .停机后，可检查存数单元(0BH )结果是否正确。4、内部寄存器选择电路:1JXH)1JMIRitDStbDRMIKI 用 o五、心得体会：经过两个下午的努力终于把计算机组成原理的课程设计搞定了，通过这次课程设计， 我对计算机内部元件的工作原理里有了更进一步的认识和了解。许多东西以前不太懂的， 在课程设计中彻底暴露出来才知道自己的知识的缺乏，不过通过这次课程设计我把这些明 显的漏洞补上了，我以前对机器指令及微指令计算机各部件和工作原理都不是很了解，为 了搞懂这些我又把课本翻了一遍复习了相关的章节。但是虽然理论学会了实际操作还是有 问题比如说：微指令检查了两遍也没

16、把所有的错误找出来到了第三次才把所有的指令错误 找出来接线还把一根接漏针像老师说的做事不认真是不行的认真了还要加上细心我就是不 够细心所以才会差生错误不过在老师的指导下还有自己的不懈努力这些问题最后都迎刃而 解了。这次的课程设计题目是基本模型机的设计与实现，在掌握部件单元电路实验的基础 上，进一步将其组成系统构造一台基本模型计算机。并为其定义五条机器指令，并编写相 应的微程序，具体上机调试掌握整机概念。以前都只是在使用计算机，对它内部的部件组 成和构造不是特别的清楚，在课程设计的最初阶段，老师叫我们不要急于进行具体的设 计，而是先理清思路，先检查微指令是否错误，数码管是否能显示。明确自己要做的

17、工作 是什么后，就是如何来实现基本模型机的相关功能。这些前期的准备工作虽然用去了我很 多的时间，但是最后的结果证明，我这样的方法是正确的。课程设计就像是一个系统工 程，内容多而复杂，必须先在整体上进行宏观的把握，然后再具体的进行实施。如果开始 的方向就不对，那后面的改进就会很麻烦。温故了这个学期所学的相关知识，心里也更加有信心。后面的相关设计参照课程设计 任务书的内容进行了相应的改变，并顺利的在计算机上得到了实现将实验设备通过串口连 接计算机，通过联机软件将机器指令程序和编写的微指令程序存入主存中，并运行此段程 序，通过联机软件显示和观察该段程序的运行，验证编写的指令和微指令的执行情况是否 符合设计要求。计算机组成原理更倾向于计算机底层部件的应用，而不像我们平时都在使 用的那些界面友好交互性很强的软件，所以有些错误不是很容易发现，只能通过自己耐心 的反复调 试来解决。这中间也请教老师，他对我的帮助很大。通过这次课程设计，我的收获很多。课程设计不仅巩固我的理论知识，将 理论和实践 结合起来，锻炼了我的动手能力，更感谢老师的指导让我认识到自己的不足之处，争取以 后能克服这些缺点，更进一步提高自己各个方面的能力。六、参考文献计算机组成原理高国红主编付俊辉李学勇副主编西北工业大学出版社2008年4月第一版