計算機(jī)組成原理課程設(shè)計--復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計實驗

1、<p>　　計算機(jī)組成原理課程設(shè)計</p><p><b>　　實 </b></p><p><b>　　驗</b></p><p><b>　　報</b></p><p><b>　　告</b></p><p>　　院系

2、：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 </p><p>　　專業(yè): 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1002班</p><p><b>　　復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計實驗</b></p><p><b>　　一 實驗?zāi)康?lt;/b></p><p>　　綜合運用所學(xué)計算機(jī)原理知識，設(shè)計并實現(xiàn)較為完整的計算機(jī)</p><p&

3、gt;<b>　　二 實驗類型</b></p><p><b>　　設(shè)計型實驗</b></p><p>　　三 實驗原理及內(nèi)容</p><p><b>　　1.數(shù)據(jù)格式</b></p><p>　　模型機(jī)規(guī)定數(shù)據(jù)采用定點整數(shù)補(bǔ)碼表示，字長為8位，其格式如下</p>

4、;<p>　　其中，第7位為符號位，數(shù)值的表示范圍是：-27≤X≤27-1。</p><p><b>　　2.指令格式</b></p><p>　　模型機(jī)設(shè)計四大類指令共16條，其中包括算術(shù)邏輯指令、I/0指令、訪問及轉(zhuǎn)移指令和停機(jī)指令。</p><p><b>　　1）算術(shù)邏輯指令</b></p>

5、;<p>　　設(shè)計九條算術(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>　　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>　　九條算術(shù)邏輯指令的助記符、功能和具體格式見表8-1</p><p><b>　　訪問指令及轉(zhuǎn)移指令</b></p>

6、<p>　　模型機(jī)設(shè)計兩條訪問指令，即存數(shù)（STA）、取數(shù)（LDA），兩條顓臾指令，即無條件轉(zhuǎn)移（JMP）、結(jié)果為零或有進(jìn)位轉(zhuǎn)移（BZC），指令格式如下：</p><p>　　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>　　本模式機(jī)規(guī)定變址寄存器RI指定為寄存器R2。<

7、/p><p><b>　　I/O指令</b></p><p>　　輸入（1N）和輸入（OUT）指令采用單字節(jié)指令，其格式如下：</p><p>　　其中，addr=01時，選中“INPUT DEVICE”中的開關(guān)組作為輸入設(shè)備，addr=10時，選中“INPUT DEVICE”中的數(shù)碼塊作為輸入設(shè)備。</p><p>&

8、lt;b>　　停機(jī)指令</b></p><p><b>　　停機(jī)指令格式如下：</b></p><p>　　MALT指令，用于實現(xiàn)停機(jī)操作。</p><p>　　表8-1 算術(shù)邏輯指令的助記符、功能和具體格式</p><p><b>　　2）指令系統(tǒng)</b></p>

9、<p>　　本模型機(jī)共有16條基本指令，其中算術(shù)邏輯指令七條，移位指令兩條，訪問內(nèi)存指令和程序控制指令四條，輸入/輸出指令兩條，其他指令一條。表8-1列出了各條指令的格式、助記符和功能。</p><p><b>　　3）總體設(shè)計</b></p><p>　　本模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路框圖如圖8-1所示。根據(jù)機(jī)器指令系統(tǒng)要求，設(shè)計微程序流程圖確定微地址，如圖8-2所

10、示.</p><p>　　圖8-2 數(shù)據(jù)通路框圖</p><p>　　按照系統(tǒng)建議的微指令格式，參照微指令流程圖，將每條微指令代碼化，譯成二進(jìn)制代碼表，并將二進(jìn)制代碼表轉(zhuǎn)換為聯(lián)機(jī)操作時的十六進(jìn)制格式文件，見表8-2。</p><p>　　表8-2 微指令代碼定義表</p><p><b>　　實驗程序以下：</b>

11、</p><p>　　程序 助記符</p><p>　　$P0044 IN 00,R0</p><p>　　$P0146 IN 10,R2</p><p>　　$P0298 ADC R2,R0</p><p>　　$P0381

12、 MOV R0,R1</p><p>　　$P04F5 RLC R1,R1</p><p>　　$P050C BZC 00,00</p><p><b>　　$P0600</b></p><p><b>　　四. 實驗步驟</b>

13、</p><p>　　（1） 按圖8-3連接實驗線路，仔細(xì)查找無誤后接通電源。</p><p>　?。?） 寫微程序。與PC聯(lián)機(jī)，將實驗微程序裝入實驗裝置中或脫機(jī)時手動將本實驗微程序?qū)懭雽嶒炑b置中，手動寫入的具體方法如下：</p><p><b>　　1.編程</b></p><p>　　將編程開關(guān)置為“PROM”（編程

14、）狀態(tài)</p><p>　　將實驗板上“STATEUNIT”中的“STEP”置為“STEP”標(biāo)志，“STOP”置“RUN”狀態(tài)。</p><p>　　用二進(jìn)制模擬開關(guān)置地址MA5---MA0(如圖8-6須將此六線排陣接開關(guān)單元)。</p><p>　　在MK24---MK1開關(guān)上置微代碼，24位開關(guān)對應(yīng)24位顯示燈，開關(guān)量為“0”時燈亮開關(guān)量為“1”時燈滅。<

15、/p><p>　　啟動時序電路（按動啟動按鈕“START”），即將微代碼寫入到EPROM 2816的相應(yīng)地址對應(yīng)的單元中。</p><p>　　重復(fù)編程第三---五步，將本實驗給出的十六進(jìn)制格式文件轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制代碼寫入2816.</p><p><b>　　2.校驗</b></p><p>　　將編程開關(guān)設(shè)置為“READ(校

16、驗)”狀態(tài)。</p><p>　　將實驗板的“STEP”開關(guān)置為“STEP”狀態(tài)?！癝TOP”開關(guān)置為“RUN”狀態(tài)</p><p>　　用二進(jìn)制開關(guān)置好微地址UA5---UA0.</p><p>　　圖8-3 微程序流程圖</p><p>　　圖8-4 實驗連接線路圖</p><p>　　按動“START”鍵，啟

17、動時序電路，讀出微代碼。觀察顯示燈MD24---MD1的狀態(tài)（燈亮為“0”，燈滅為“1”），檢查讀出的微代碼是否與寫入的相同，如果不同，則將開關(guān)置于“PROM”編程狀態(tài)，重新執(zhí)行①即可。</p><p><b>　　3.寫程序</b></p><p><b>　　方法一：手動寫入</b></p><p>　　使用控制臺KW

18、E和KRD微程序進(jìn)行及其指令程序的裝入和檢查。</p><p>　　使編程開關(guān)處于“RUN”狀態(tài)，“STEP”為“STEP”狀態(tài)，“STOP”為“RUN”狀態(tài)。</p><p>　　撥動總清開關(guān)CLR（1→0→1），微地址寄存器清零，程序計數(shù)器清零，然后控制臺SWB、SWA開關(guān)置為“01”，按動一次啟動開關(guān)START，微地址顯示燈顯示“001001”，再按動一次START，微地址燈顯示“0

19、01100”，此時數(shù)據(jù)開關(guān)的內(nèi)容置為要寫入的機(jī)器指令，撥動兩次START后，即完成該條指令的寫入。若仔細(xì)閱讀KWE的流程，就不難發(fā)現(xiàn)，機(jī)器指令的首地址總清后為00H，以后每個循環(huán)PC自動加1，所以，每次撥動START，只有在微地址燈顯示“001100”時，才設(shè)置內(nèi)容，直到所有機(jī)器指令寫完。</p><p>　　寫完程序后須進(jìn)行校驗。撥動總清開關(guān)CLR（1→0→1）后，微指令清零。程序計數(shù)器清零，然后使控制臺開關(guān)S

20、WB、SWA為“00”，按動啟動開關(guān)START，微地址燈將顯示“001000”，再按START，微地址燈顯示為“001010”，第三次按START,微地址燈顯示為“111011”，再按START后，此時輸入單元的數(shù)碼顯管示為該首地址中的內(nèi)容。不斷按動START，以后每個循環(huán)PC會自動加1，可檢查后續(xù)單元內(nèi)容。</p><p>　　每次在微地址燈顯示為“001000”時，系統(tǒng)將當(dāng)前地址中的機(jī)器指令寫入到輸出設(shè)備中顯

21、示。</p><p>　　方法二：聯(lián)機(jī)讀/寫程序</p><p>　　選擇聯(lián)機(jī)軟件的【轉(zhuǎn)儲】→【裝載】功能菜單將該實驗對應(yīng)的文件載入實驗系統(tǒng)即可。</p><p><b>　　4.運行程序</b></p><p><b>　　方法一：本機(jī)運行。</b></p><p><

22、;b>　　單步運行程序：</b></p><p>　　使編程開關(guān)處于“RUN”狀態(tài)，“STEP”為“STEP”狀態(tài)，“STOP”為“RUN”狀態(tài)。</p><p>　　撥動總清開關(guān)CLR（1→0→1），微地址清零，程序計數(shù)器清零，程序首址為00H。</p><p>　　單步運行一條微指令，每按動一次START，即單步運行一條微指令。對照微程序流程圖

23、，觀察微地址顯示燈是否和流程一致。</p><p><b>　?、谶B續(xù)運行程序</b></p><p>　　“STATE UNIT”中的“STEP”開關(guān)置為“ECEX”狀態(tài)?！癝TOP”開關(guān)置為“RUN”狀態(tài)。</p><p>　　撥動總清開關(guān)CLR，清微地址及程序計數(shù)器，然后按動START，系統(tǒng)連續(xù)運行程序，稍后將STOP撥至“STOP”時，

24、系統(tǒng)停機(jī)。</p><p><b>　　方法二：聯(lián)機(jī)運行。</b></p><p>　　聯(lián)機(jī)運行程序時，進(jìn)入軟件界面，裝載機(jī)器指令及微指令后，選擇【運行】→【通路圖】→【復(fù)雜模型機(jī)】功能菜單打開相應(yīng)動態(tài)數(shù)據(jù)通路圖，按相應(yīng)功能鍵即可聯(lián)機(jī)運行、臨控、調(diào)試程序.</p><p>　　總清開關(guān)CLR清零（1→0→1）后，使程序首地址及微程序地址為00H

25、，程序可從頭開始運行。</p><p><b>　　5.二進(jìn)制代碼</b></p><p><b>　　6. 微程序： </b></p><p>　　$M00018108 $M0101ED82</p><p>　　$M0200C050

26、 $M0300A004</p><p>　　$M0400E0A0 $M0500E006</p><p>　　$M0600A007 $M0700E0A0</p><p>　　$M0801ED8A $M090

27、1ED8C</p><p>　　$M0A00A03B $M0B018001</p><p>　　$M0C00203C $M0D00A00E</p><p>　　$M0E01B60F $M0F95EA25</p><

28、p>　　$M1001ED83 $M1101ED85</p><p>　　$M1201ED8D $M1301EDA6</p><p>　　$M14001001 $M15030401</p><p>　　$M16018016

29、 $M173D9A01</p><p>　　$M18019201 $M1901A22A</p><p>　　$M1A01B22C $M1B01A232</p><p>　　$M1C01A233

30、 $M1D01A236</p><p>　　$M1E318237 $M1F318239</p><p>　　$M20009001 $M21028401</p><p>　　$M2205DB81 $M230180E4&l

31、t;/p><p>　　$M24018001 $M2595AAA0</p><p>　　$M2600A027 $M2701BC28</p><p>　　$M2895EA29 $M2995AAA0</p><p>

32、;　　$M2A01B42B $M2B959B41</p><p>　　$M2C01A42D $M2D65AB6E</p><p>　　$M2E0D9A01 $M2F01AA30</p><p>　　$M300D8171

33、 $M31959B41</p><p>　　$M32019A01 $M3301B435</p><p>　　$M3405DB81 $M35B99B41</p><p>　　$M360D9A01 $M3

34、7298838</p><p>　　$M38019801 $M3919883A</p><p>　　$M3A019801 $M3B070A08</p><p>　　$M3C068A09</p><p><b>　　五. 實驗測試</

35、b></p><p><b>　　實驗程序如下：</b></p><p>　　采用條機(jī)器指令:IN,ADD,STA,OUT,JMP,RLC,BZC,HLAT,MOV</p><p>　　地址內(nèi)容助記符說明</p><p>　　---------------------------------------

36、-------</p><p>　　0044IN輸入41</p><p>　　0104STA[40H]41->[40H]</p><p><b>　　0240</b></p><p>　　0344IN輸入40</p><p>　　04

37、04STA[41H]40->[41H]</p><p><b>　　0541</b></p><p>　　0608JMP 09H跳到09H執(zhí)行</p><p><b>　　0709</b></p><p>　　0860HLAT停機(jī)</p>

38、;<p>　　------------------------------------</p><p>　　0944IN輸入80</p><p>　　0A58OUT輸出80</p><p>　　0BB0INC加1</p><p>　　0C58OUT輸出81</

39、p><p>　　------------------------------------</p><p>　　0D45IN輸入0F</p><p>　　0EC1AND</p><p>　　0F59OUT輸出0E</p><p>　　-------------------------

40、------------</p><p>　　1081MOVRS->RD</p><p>　　1159OUT輸出7E</p><p>　　-------------------------------------</p><p>　　1244IN輸入81</p><p&

41、gt;　　13F0RLC帶進(jìn)位循環(huán)左移,CY燈滅</p><p>　　1458OUT輸出3</p><p>　　1545IN輸入1</p><p>　　1691ADC帶進(jìn)位加</p><p>　　1759OUT輸出5</p><p><

42、;b>　　六. 實驗總結(jié)</b></p><p>　　這次計算機(jī)組成原理課程設(shè)計一開始對于我們來說就以為是簡單的連接線路圖，經(jīng)過老師講述對于這次試驗的目的時，又感覺很迷茫，我們是四人一組結(jié)合完成本次實驗，大家互相配合，經(jīng)過請教了幾個大三的同學(xué)之后，才慢慢感覺有了頭緒，最后經(jīng)過仔細(xì)的分析，才慢慢有了一定的理解，總體來說本次的實驗還是很認(rèn)真的完成的。</p><p>　　在本