組成原理課程設(shè)計(jì)---基于微程序控制器的簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、<p>　　組成原理課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告</p><p>　　基于微程序控制器的簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　（主控存分開(kāi))</b></p><p>　　專 業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)</p><p>　　班 級(jí): CS </p><p>

2、;　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　同組人姓名: </p><p>　　實(shí)驗(yàn) 臺(tái)號(hào): </p><p><b>　　2011/3/26</b></p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)

3、題目及要求</p><p>　　計(jì)算機(jī)組成原理是計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課。課程設(shè)計(jì)是學(xué)完該課程并進(jìn)行了多個(gè)單元實(shí)驗(yàn)后，綜合利用所學(xué)的理論知識(shí)，并結(jié)合在單元實(shí)驗(yàn)中所積累的計(jì)算機(jī)部件設(shè)計(jì)和調(diào)試方法，設(shè)計(jì)出一臺(tái)支持自有指令系統(tǒng)的簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能在基于EDA的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上運(yùn)行一段基于自有指令的程序，通過(guò)檢查程序結(jié)果的正確性來(lái)判斷所設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)正確性。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)屬

4、于設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，不僅鍛煉學(xué)生簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力，而且通過(guò)進(jìn)行主機(jī)系統(tǒng)及底層功能部件電路的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)的故障分析與定位、系統(tǒng)調(diào)式等環(huán)節(jié)的鍛煉，進(jìn)一步提高分析和解決問(wèn)題的能力。</p><p><b>　　1．課程設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),并調(diào)試通過(guò)。圍繞這一主要目標(biāo)，課程設(shè)計(jì)的題目可以根據(jù)自己的設(shè)計(jì)內(nèi)容、

5、實(shí)現(xiàn)方式、所設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)從下列備選題中選取，也可以自己命題。</p><p>　　1)基于微程序控制器的簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　2)基于硬布線控制器的簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　3)基于微程序控制和硬布線相結(jié)合的簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　4)支持流水線的簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與

6、實(shí)現(xiàn)</p><p>　　5)基于總線結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　6)基于FPGA的簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　7)支持中斷的簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　還可以在上述機(jī)器中支持其它功能,如溢出判斷功能、浮點(diǎn)運(yùn)算功能等。</p><p>　　2．簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的

7、設(shè)計(jì)目標(biāo)</p><p>　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)是設(shè)計(jì)模型機(jī)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和時(shí)序信號(hào)。在對(duì)該模型機(jī)系統(tǒng)中的部件功能利用EDA軟件的仿真功能進(jìn)行仿真分析和功能驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，將部分電路下載到FPGA，并與適當(dāng)?shù)耐鈬骷?包括部分芯片、輸入/輸出開(kāi)關(guān)、LED顯示等)相配合，實(shí)現(xiàn)模型機(jī)的主機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　要求所設(shè)計(jì)的主機(jī)系統(tǒng)能支持自動(dòng)和單步運(yùn)行方式，能正確地執(zhí)行存放在

8、主存中程序的功能，對(duì)主要的數(shù)據(jù)流和控制流通過(guò)LED適時(shí)顯示信息。</p><p>　　3．本課程設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　1)支持算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)器讀寫(xiě)、寄存器間數(shù)據(jù)傳送等幾類指令。</p><p>　　2)支持立即數(shù)尋址、直接尋址、隱含尋址、間接尋址、寄存器尋址等幾種基本的數(shù)據(jù)尋址方式和順序?qū)ぶ?、跳躍尋址兩種指令的尋址方式。</p>

9、;<p>　　3)支持10條以上的指令。</p><p>　　4)能運(yùn)行由自己所設(shè)計(jì)的指令系統(tǒng)構(gòu)成的一段程序，程序執(zhí)行功能正確。</p><p><b>　　4．系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1)根據(jù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)的要求，選定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案；</p><p>　　2)畫(huà)出自己所設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的原

10、理框圖和器件連接圖，分析器件連接圖中各器件不同引腳的功能，哪些可以固定連接，哪些需要通過(guò)微程序來(lái)控制，以及這些控制信號(hào)的有效形式；</p><p>　　3)畫(huà)出各指令的指令周期流程圖和所需要的控制信號(hào)；</p><p>　　4)設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)指令功能的微程序控制器或硬布線控制器；</p><p>　　5)布線、調(diào)試、驗(yàn)收；</p><p>　　6

11、)課程設(shè)計(jì)報(bào)告和總結(jié)。</p><p>　　5．課程設(shè)計(jì)成績(jī)的評(píng)定</p><p>　　1)成績(jī)根據(jù)課程設(shè)計(jì)的過(guò)程、課程設(shè)計(jì)的效果、課程設(shè)計(jì)報(bào)告的質(zhì)量綜合評(píng)定，三部分的比例為2:5:3。</p><p>　　2)課程設(shè)計(jì)的成績(jī)?cè)u(píng)定等級(jí)為不及格、及格、中、良好、優(yōu)秀五級(jí)，具體的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)評(píng)分規(guī)則。</p><p>　　3)對(duì)基本功能進(jìn)行擴(kuò)展或具

12、有非常鮮明特征或具有一定程度的創(chuàng)新的課程設(shè)計(jì)，可根據(jù)實(shí)際情況加分,但總分仍然以優(yōu)秀為最高等級(jí)。</p><p>　　6．對(duì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告的要求</p><p>　　1)課程設(shè)計(jì)報(bào)告是體現(xiàn)和總結(jié)課程設(shè)計(jì)成果的載體，主要內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)題目、設(shè)計(jì)目的、所選用芯片、設(shè)計(jì)方案、指令周期流程圖、主要功能部件電路和系統(tǒng)電路圖、指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、微指令和微程序的設(shè)計(jì)(硬布線控制器中各控制信號(hào)的設(shè)計(jì)與實(shí)

13、現(xiàn)電路)、遇到的問(wèn)題及解決方法、設(shè)計(jì)總結(jié)、課程設(shè)計(jì)感想、參考文獻(xiàn)等。</p><p>　　2)在課程設(shè)計(jì)報(bào)告的適當(dāng)位置配合相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)原理圖、數(shù)據(jù)通路圖、微程序流程圖、實(shí)驗(yàn)接線圖、微指令代碼表等圖表進(jìn)行說(shuō)明。應(yīng)做到文理通順，內(nèi)容正確完整，書(shū)寫(xiě)工整，裝訂整齊。</p><p>　　3)設(shè)計(jì)總結(jié)部分主要寫(xiě)本人完成工作簡(jiǎn)介以及自己的設(shè)計(jì)體會(huì)，包括通過(guò)課程設(shè)計(jì)學(xué)到了什么，哪里遇到了困難，解決的辦法以

14、及今后的目標(biāo)。</p><p>　　4)課程設(shè)計(jì)報(bào)告打印時(shí)采用A4紙，頁(yè)邊距均為20mm，正文采用宋體小四號(hào)字，行間距18磅。文中大標(biāo)題采用黑體小三號(hào)字，一級(jí)節(jié)標(biāo)題采用黑體四號(hào)字，二級(jí)節(jié)標(biāo)題采用黑體小四號(hào)字，表題與圖題采用宋體五號(hào)字。</p><p><b>　　7．特別強(qiáng)調(diào)</b></p><p>　　1)不能帶電插拔導(dǎo)線。</p>

15、;<p>　　2)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不能插拔下載電纜。</p><p>　　3)不能插拔其它實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的FPGA芯片。</p><p>　　4)不能拔插實(shí)驗(yàn)臺(tái)上與自己實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)的芯片。</p><p>　　8．課程設(shè)計(jì)時(shí)間安排</p><p>　　課程設(shè)計(jì)的總體時(shí)間為2周，總體安排如下:</p><p>　　第一

16、天：到實(shí)驗(yàn)室布置任務(wù)和集中講解；</p><p>　　第二天：學(xué)生自己設(shè)計(jì),選擇并熟悉自己所要的芯片；</p><p>　　第三天：領(lǐng)取導(dǎo)線和芯片,進(jìn)行芯片功能和導(dǎo)線連通性能測(cè)試，在此基礎(chǔ)上修改和完善原設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　第四天到第十天：實(shí)驗(yàn)室調(diào)試、驗(yàn)收(期間根據(jù)實(shí)際情況加開(kāi)１～２個(gè)晚班)。</p><p><b>　　

17、9．參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)(自編)</p><p>　　2.番松 潘明. 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成原理.北京:科學(xué)技術(shù)出版社,2007年第一版.</p><p>　　3.易小琳 朱文軍 魯鵬程. 計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)踐教程,基于EDA平臺(tái).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006年第一版.</p><p

18、>　　4.謝樹(shù)煜 周繼群 李潮激. 計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),北京:清華大學(xué)出版社,2004年第一 版.</p><p>　　5.方愷晴. 基于EDA技術(shù)的計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn).長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)出版社,2006年第一版.</p><p><b>　　二、課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　1．加深對(duì)馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成及其各部分功能

19、的理解，進(jìn)一步建立整機(jī)的概念。</p><p>　　2．加深對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通路的理解、加深對(duì)計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)、微指令的認(rèn)識(shí)，并通過(guò)時(shí)序控制，完整地設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　3．鍛煉學(xué)生初步的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)能力。</p><p>　　4．鍛煉學(xué)生分析、定位、和排除故障的能力。</p><p><b>　　課程設(shè)

20、計(jì)步驟</b></p><p><b>　　1．選用的芯片</b></p><p>　?、?4L373芯片4片分別用做數(shù)據(jù)寄存器，累加器，指令寄存器</p><p><b>　　功能表如下：</b></p><p>　　②74L244芯片2片一個(gè)是用做主存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)輸入，另一個(gè)充當(dāng)三態(tài)門(mén)

21、的角色</p><p><b>　　功能表如下：</b></p><p>　?、?81芯片2片用于ALU</p><p>　　④161芯片1片用于程序計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　功能表如下：</b></p><p>　?、?116芯片1片用于主存儲(chǔ)器</p>

22、;<p>　?、?2816芯片2片用做控制存儲(chǔ)器</p><p><b>　　功能表如下:</b></p><p>　?、?57芯片1片，用于指令寄存器的輸入選擇，功能表如下：</p><p>　?、?95芯片1片，用做微地址寄存器</p><p><b>　　功能表如下:</b>&l

23、t;/p><p><b>　　功能表如下：</b></p><p>　　2．ALU功能模塊的設(shè)計(jì)和分析</p><p>　　ALU主要由兩片181和AC，DR組成。從主存出來(lái)的數(shù)據(jù)送到181的B端，AC中數(shù)據(jù)送到181的A端，從而進(jìn)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算得到的結(jié)果送到DR中再回送到AC中參與下次的運(yùn)算 。 </p><p>　　2

24、．1、ALU的框圖如下：</p><p>　　2．2、AC的功能分析</p><p>　　AC由一片373組成，373具有鎖存已建議的數(shù)據(jù)電平的功能，因此具有寄存數(shù)據(jù)的功能。</p><p>　　并且AC只能接到181的A端，理由如下：當(dāng)計(jì)算3+4-5時(shí)，首先3+4的結(jié)果會(huì)送到AC中，然后再減去5。如果AC接的是181的B端，運(yùn)算的結(jié)果將會(huì)是5-（3+4），與計(jì)算相

25、反，這與181的特性有關(guān)。</p><p>　　2．3、181的功能分析</p><p>　　181是運(yùn)算器的核心部件，運(yùn)算器之所以工作就是因?yàn)?81能實(shí)現(xiàn)各種邏輯和算術(shù)運(yùn)算。在這里用到了兩塊181串行連接形成一個(gè)8位數(shù)據(jù)運(yùn)算器。</p><p>　　兩塊181的S0—S3端接在一起，低四位的進(jìn)位輸出接到高四位的進(jìn)為輸入，低四位的進(jìn)為輸入由控制信號(hào)控制，M端，S0—

26、S1端也由控制信號(hào)控制。</p><p>　　2．4、DR的功能分析</p><p>　　DR由兩塊373組成的，一塊用于將從主存中出來(lái)的數(shù)據(jù)輸入181的B端，即DR1；另一個(gè)是DR2，主要用于寄存181的運(yùn)算結(jié)果，并且把結(jié)果送到AC中。</p><p>　　2．5、181的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算表如下：</p><p>　　3．主存儲(chǔ)器功能模塊

27、的設(shè)計(jì)和分析</p><p>　　主存儲(chǔ)器是存儲(chǔ)機(jī)器指令和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，運(yùn)算器的輸入來(lái)自主存儲(chǔ)器，運(yùn)算器的輸出也送到主存儲(chǔ)器中。</p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)中選用6116組成8位的主存。6116芯片容量為2K*8，在本次試驗(yàn)中我們只用了低四位地址（A0—A3），8根數(shù)據(jù)線（I/O1—I/O8）。</p><p>　　程序計(jì)數(shù)器pc是161，用于產(chǎn)生6116的

28、地址。當(dāng)給pc一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，pc的值就會(huì)自動(dòng)加1，形成四位的地址送往157進(jìn)過(guò)157的二路選擇后送到6116。</p><p>　　157用于選擇輸入到AR的地址是pc產(chǎn)生的還是從IR中指令的低四位操作數(shù)的地址而來(lái)。因?yàn)閜c加一產(chǎn)生的地址是用于取指令的地址，而從IR中操作數(shù)的地址而來(lái)的是用于取操作數(shù)。所以這里要用二路選擇器157來(lái)選擇。</p><p>　　6116的輸出接到AC,DR1

29、,和IR,當(dāng)輸出時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，輸出送到AC或DR1，若是指令，就送到IR中。</p><p><b>　　主存儲(chǔ)器框圖如下：</b></p><p>　　4．控制存儲(chǔ)功能模塊的設(shè)計(jì)和分析</p><p>　　微程序控制器主要由控制存儲(chǔ)器，微地址寄存器，微指令寄存器和地址轉(zhuǎn)移邏輯組成。</p><p>　　由于我們當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)的比

30、較簡(jiǎn)單，就沒(méi)有微指令寄存器和地址轉(zhuǎn)移邏輯，控存直接由微地址寄存器 送來(lái)的微指令地址給出微指令，再與時(shí)序電路相與，送到各個(gè)芯片的控制端。</p><p>　　控制存儲(chǔ)器保存解釋所有指令的全部微程序，我們采用了兩片2816組成控存，地址有4位，每條微指令有 16位，一共有11條微指令，存放在控存的前11個(gè)存儲(chǔ)單元中。</p><p>　　微地址寄存器存放控存中微指令的地址，因?yàn)橹挥玫搅饲懊娴氖?/p>

31、幾個(gè)地址，4位地址就夠了，所以用395作為微地址寄存器。實(shí)驗(yàn)中每條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一條微指令，所以微指令中沒(méi)有下址字段，取址操作只在程序開(kāi)始執(zhí)行的時(shí)候執(zhí)行一次。</p><p>　　時(shí)序控制信號(hào)主要與從控制存儲(chǔ)器中讀出的控制信號(hào)相結(jié)合得到在不同時(shí)間段的控制信號(hào)，從而控制指令的取和執(zhí)行。一個(gè)cpu周期由4個(gè)T組成，一條機(jī)器指令需要一個(gè)cpu周期完成。</p><p><b>　　5．指

32、令系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1、指令周期流程圖</p><p>　　5.2、指令格式設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)器指令格式通常由操作碼字段OP和地址碼字段A兩部分組成，OP表明指令的功能，A表示操作數(shù)或操作數(shù)地址?；靖袷饺缦拢?lt;/p><p>　　實(shí)驗(yàn)中采用單字長(zhǎng)指令，由于主存只有8位，相應(yīng)的指令也只有8位。地址

33、碼字段A有4位，操作碼OP也是4位。這里只有有單操作數(shù)指令、無(wú)操作數(shù)指令。由于指令較短，只實(shí)現(xiàn)了兩種尋址方式，隱含尋址和直接尋址。</p><p><b>　　四、微指令設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.微指令格式</b></p><p>　　模型機(jī)中微指令的格式采用水平型微指令，因?yàn)闆](méi)有下地址字段，微指令只包

34、含操作控制字段，用來(lái)發(fā)出控制全機(jī)工作的控制信號(hào)。</p><p><b>　　2.微命令表</b></p><p><b>　　3.設(shè)置情況</b></p><p>　　3.1寄存器的設(shè)置：</p><p>　　IR為指令寄存器，8位。</p><p>　　PC程序計(jì)數(shù)器，4

35、位。</p><p>　　uAR為微地址寄存器，4位。</p><p>　　3.2加法器的設(shè)置：</p><p>　　采用8位帶串行進(jìn)位并行加法器。</p><p><b>　　3.3數(shù)據(jù)通路：</b></p><p>　　數(shù)據(jù)通路的設(shè)計(jì)，在總體結(jié)構(gòu)中是最重要的一個(gè)問(wèn)題，以CPU為核心的。<

36、/p><p><b>　　信息的傳送路徑：</b></p><p><b>　　取指令：</b></p><p>　　PC的CLK控制PC加1，157控制端選擇低， 6116為RD狀態(tài)，IR打開(kāi)，PC+1,。</p><p><b>　　mov指令執(zhí)行：</b></p>

37、<p>　　IR輸出，157控制端打高，6116RD狀態(tài)，244給高，AC打開(kāi),DR2輸出控制給高。</p><p><b>　　ALU指令執(zhí)行：</b></p><p>　　IR輸出，157控制端打高，6116RD狀態(tài)，DR1打開(kāi)，運(yùn)算，結(jié)果寫(xiě)到AC。</p><p><b>　　4.時(shí)序設(shè)計(jì)</b><

38、;/p><p>　　微指令的操作控制字段給出的有效信號(hào)全是節(jié)拍電位信號(hào)，持續(xù)時(shí)間都是一個(gè)cpu周期，且從控存讀出后同時(shí)有效，而操作部件需要的控制信號(hào)有先后次序，且有的是脈沖信號(hào)，因此需要對(duì)操作控制信號(hào)進(jìn)行同步。本次試驗(yàn)中每條指令只需一個(gè)cpu周期，T1時(shí)，DR1打開(kāi)，T2時(shí)，DR2打開(kāi)，T3時(shí)，AC打開(kāi)，T4時(shí)，IR打開(kāi)，cp加1，IR的高四位寫(xiě)入uAR.</p><p><b>　

39、　時(shí)序控制邏輯如下：</b></p><p>　　LDAR=T3.AC,</p><p>　　LDDR1=T1.DR1，</p><p>　　LDIR=T4.IR,</p><p>　　LDDR2=T2.DR2，</p><p>　　DR2輸出控制= DR2輸出控制，</p><p>

40、;<b>　　CP=T4.161</b></p><p>　　395 =Uar.T4,</p><p>　　244控制端=244，</p><p><b>　　157控制端= ，</b></p><p>　　S0—S3,M, 都接電平信號(hào)。</p><p><b>

41、　　五、測(cè)試流程</b></p><p><b>　　1連接線路</b></p><p>　　按照?qǐng)D用排線連接好電路</p><p><b>　　2寫(xiě)程序</b></p><p>　　因?yàn)槔蠋熃o我們出的那個(gè)題目現(xiàn)在想不起來(lái)了，所以我用開(kāi)始我們寫(xiě)的一段程序3+4-5來(lái)做說(shuō)明。</p&

42、gt;<p><b>　　程序：</b></p><p>　　0001 00011000</p><p>　　0002 00101001</p><p>　　0003 00111010</p><p><b>　　數(shù)據(jù)：</b></p>&l

43、t;p>　　1000 00000011</p><p>　　1001 00000100</p><p>　　1010 00000101</p><p><b>　　微程序：</b></p><p>　　0000 001011110</p><p>　　

44、0001 101001111</p><p>　　0010 111111110</p><p>　　0011 111111110</p><p>　　0100 111111110</p><p>　　0101 111111110</p><p>　　0110

45、111111110</p><p>　　0111 111111110</p><p>　　1000 111111110</p><p>　　1001 111111110</p><p>　　1010 111111110</p><p><b>　　3.測(cè)試程序</

46、b></p><p><b>　　手動(dòng)運(yùn)行程序：</b></p><p>　　A．撥動(dòng)開(kāi)關(guān)給 PC，，UAR清零。</p><p>　　B．按一下脈沖給出T1，再按一下給出T2依次給出T3，T4。完成取指操作</p><p>　　C．再依次按脈沖給出T1—T4，完成指令的執(zhí)行。如此反復(fù)直到所有質(zhì)量都執(zhí)行完</

47、p><p>　　D．手動(dòng)運(yùn)行結(jié)束后，檢查AC中的結(jié)果是否和理論值一致。</p><p><b>　　自動(dòng)運(yùn)行程序：</b></p><p>　　把T1—T4接到實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的幾個(gè)時(shí)序產(chǎn)生器上，STR觸角和PC,uAR的清零端一起接到一個(gè)單脈沖，stop觸角接另一個(gè)單脈沖</p><p>　　A.撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)時(shí)序發(fā)生器產(chǎn)生時(shí)序,

48、直到最后停機(jī)</p><p>　　B.自動(dòng)運(yùn)行結(jié)束后，檢查AC中的結(jié)果是否和理論值一致。</p><p><b>　　4.結(jié)果檢查</b></p><p>　　3+4-5的理論結(jié)果是00000010</p><p>　　手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中，AC的值依次是00000011,00000111,00000010.結(jié)果正確

49、，說(shuō)明程序運(yùn)行過(guò)程正確，</p><p>　　六、遇到的問(wèn)題和解決方法</p><p>　　1.在連完數(shù)據(jù)通路后，我們輸了兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)去測(cè)試一下數(shù)據(jù)通路有沒(méi)有問(wèn)題，然后發(fā)現(xiàn)做加法的時(shí)候結(jié)果總是不對(duì)，檢查的時(shí)候發(fā)現(xiàn)送到181里面的數(shù)據(jù)是對(duì)的，輸出的結(jié)果卻不對(duì)，我們以為是181出了問(wèn)題，換了一個(gè)之后，發(fā)現(xiàn)結(jié)果還是不對(duì)，再仔細(xì)的檢查了一遍電路之后，又對(duì)照書(shū)檢查181的控制信號(hào)，這才發(fā)現(xiàn)是控制信號(hào)給

50、錯(cuò)了，我們把F=A加B的信號(hào)給成了F=A+B,結(jié)果導(dǎo)致181不是做的加法。</p><p>　　2.在做連續(xù)運(yùn)算的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)運(yùn)算器總是算錯(cuò)，給出的結(jié)果莫名其妙。我們討論了一下，發(fā)現(xiàn)是幾個(gè)數(shù)據(jù)寄存器的信號(hào)沒(méi)有給對(duì)，導(dǎo)致往AC里面寫(xiě)了數(shù)據(jù)之后，運(yùn)算器立刻把運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)到DR2里面，DR2里面的數(shù)據(jù)又立刻送到AC中，這樣一直循環(huán)下去，結(jié)果就一直變化，我們?cè)诎呀Y(jié)果寫(xiě)到AC的時(shí)候把DR2鎖起來(lái)，這樣結(jié)果就對(duì)了。</p&

51、gt;<p>　　3.一開(kāi)始我們沒(méi)有在6116和AC之間接一個(gè)244做三態(tài)門(mén)，然后在往AC中寫(xiě)數(shù)據(jù)的時(shí)候就會(huì)有數(shù)據(jù)沖突，加了一個(gè)244之后這個(gè)問(wèn)題就解決了。</p><p>　　4.向6116里寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)要用到244，一開(kāi)始寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)沒(méi)掌握方法，寫(xiě)完一個(gè)地址之后沒(méi)有把6116置為讀狀態(tài)再換地址，而是先換地址再改為讀狀態(tài)，這樣寫(xiě)進(jìn)去的數(shù)據(jù)經(jīng)常會(huì)出錯(cuò)，失敗了兩次之后我們就發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問(wèn)題。有的時(shí)候161計(jì)數(shù)

52、器不是按順序計(jì)數(shù)，中間會(huì)有跳變，這時(shí)候CP是接的單脈沖，接到自動(dòng)的脈沖它就又正常了，交換幾次之后再把CP接單脈沖又好了，寫(xiě)數(shù)據(jù)的時(shí)候遇到這種事情很頭疼，但是又不清楚是為什么。</p><p>　　5.連接好主要的芯片之后，就開(kāi)始寫(xiě)微指令。這個(gè)時(shí)候感覺(jué)很茫然，完全不知道要怎么做，一開(kāi)始感覺(jué)需要的控制信號(hào)太多，16位微指令可能不夠，統(tǒng)計(jì)了一遍所需要的控制信號(hào)后，發(fā)現(xiàn)還是可以的。然后就要確定在4個(gè)T中分別做什么事情，這

53、個(gè)問(wèn)題又想了很久，在寫(xiě)微指令的過(guò)程中慢慢的把這個(gè)問(wèn)題弄懂了。</p><p>　　6.對(duì)于如何設(shè)置取指公操作，在這個(gè)問(wèn)題上我們想了很久。一開(kāi)始我們打算寫(xiě)這么一條微指令，寫(xiě)完控存和主存再運(yùn)行一段程序之后才發(fā)現(xiàn)根本取不了指令，395中一直放的是取指公操作的地址，程序沒(méi)有往下走，我們和另外一組同學(xué)都面臨這個(gè)問(wèn)題，討論之后發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題不太好解決，最后放棄了這個(gè)想法，改為在一條偽指令的T4時(shí)期把下一條偽指令的地址打入U(xiǎn)ar

54、,T4上升沿時(shí)CP加1，把主存中的指令送到IR,T4下降沿時(shí)把IR的高四位數(shù)據(jù)打入uAR。</p><p>　　7.實(shí)驗(yàn)的時(shí)候還有一個(gè)問(wèn)題就是作為DR2的373鎖不住數(shù)據(jù)，雖然我們給的是一個(gè)低電平，但是373中的數(shù)據(jù)卻會(huì)突然發(fā)生變化。開(kāi)始我們認(rèn)為是電壓不夠，就把幾個(gè)電源全都接了起來(lái)，結(jié)果還是不行，然后換芯片，沒(méi)什么變化。之后我們發(fā)現(xiàn)保存在AC中的數(shù)據(jù)一直是對(duì)的，因?yàn)镈R2中的數(shù)據(jù)變化之前，正確的結(jié)果已經(jīng)保存在AC

55、中了。于是就把AC的輸出接了顯示燈。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)中碰到的問(wèn)題不止這些，有時(shí)候會(huì)有些像線斷了，引腳接錯(cuò)了之類的毛病，雖然造成了很多困擾，但是仔細(xì)檢查之后一般都能排除，最后終于完成了實(shí)驗(yàn)。</p><p><b>　　七、實(shí)驗(yàn)體會(huì)</b></p><p>　　做完這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我可以毫不猶豫的說(shuō)這是我做過(guò)的課程設(shè)計(jì)中最困難的了，沒(méi)有之一。

56、我記得在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中說(shuō)的最多的一句話就是：“怎么會(huì)有這么變態(tài)的東西啊！”不過(guò)越是困難的題目，當(dāng)你做完之后，就越是會(huì)有成就感。我們的課設(shè)是在規(guī)定的檢查時(shí)間的前一天完成的，當(dāng)老師檢查完了，用贊許的語(yǔ)氣說(shuō)道：“嗯，還行，雖然沒(méi)什么新意，但是基本要求都滿足了，你們兩個(gè)都對(duì)電路非常了解，好了，可以通過(guò)了?！蹦菚r(shí)，我心中除了一陣輕松以外，最多的就是感到無(wú)比的自豪，因?yàn)槲医K于用自己的雙手、用自己學(xué)過(guò)的知識(shí)，做出了一個(gè)和我所學(xué)的專業(yè)相關(guān)的東西。說(shuō)實(shí)話，

57、這還是我第一次覺(jué)得我在學(xué)校里面學(xué)到的東西并非是那么的泛泛而談，還是有它的用處的。我覺(jué)得，對(duì)我們這些平時(shí)動(dòng)手實(shí)踐很少的本科生來(lái)說(shuō)，多做些這種動(dòng)手的課設(shè)來(lái)說(shuō)還是非常好的，雖然說(shuō)很累，但是成功之后的那種滿足感是平時(shí)很難體會(huì)到的，而且，多做做實(shí)踐，能夠幫助我們更加的理解我們學(xué)過(guò)的知識(shí)，對(duì)我們以后的工作有很大的好處。</p><p>　　這次的實(shí)驗(yàn)既考驗(yàn)了我們的整體規(guī)劃、宏觀測(cè)控的能力，又考驗(yàn)了我們?cè)诩?xì)節(jié)方面的處理能力，實(shí)

58、驗(yàn)中從電路的整體規(guī)劃、芯片的選擇、微指令的設(shè)計(jì)，都需要一定的整體規(guī)劃能力，要能夠預(yù)測(cè)到運(yùn)行時(shí)的狀況和可能出現(xiàn)的問(wèn)題；在測(cè)試芯片、連接導(dǎo)線時(shí)又必需要絕對(duì)細(xì)心，你的一個(gè)小疏忽就肯能會(huì)導(dǎo)致你全盤(pán)皆輸，那時(shí)候結(jié)果就只有一個(gè)，全部重新再來(lái)。在這次實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)樽约旱淖鍪埋R虎和學(xué)習(xí)的知識(shí)不夠扎實(shí)，鬧出了許多的笑話，也造成了很多的無(wú)奈，走了許多的彎路。還要多謝這次實(shí)驗(yàn)，讓我確實(shí)收獲不小啊。</p><p>　　我們平時(shí)一直都在說(shuō)

59、，習(xí)慣很重要，說(shuō)的很多，但卻沒(méi)有真正的理解和重視。在這次的實(shí)驗(yàn)中，我就是因?yàn)榱?xí)慣不好，浪費(fèi)了不少時(shí)間。我在學(xué)數(shù)字邏輯時(shí)，就習(xí)慣把“+”讀成“加”，在學(xué)習(xí)組成原理時(shí)同樣也沒(méi)有改正過(guò)來(lái)，在這次設(shè)計(jì)微指令時(shí)，要設(shè)計(jì)一條加法的微指令，參照書(shū)上，都沒(méi)有多想，就把“+”那一欄的指令輸進(jìn)去的，結(jié)果必然會(huì)不對(duì)啦，然后我和我的搭檔就找問(wèn)題，從指令到線路，發(fā)瘋似的找，花了大概一天的時(shí)間還是一無(wú)所獲，那時(shí)候真的有一種想全部拆了重新來(lái)的沖動(dòng)，后來(lái)還是我們旁邊的

60、同學(xué)發(fā)現(xiàn)了我們的錯(cuò)誤，當(dāng)時(shí)真是苦笑不得，就因?yàn)榱?xí)慣不好，導(dǎo)致我們白白浪費(fèi)了一天的時(shí)間在那里做無(wú)用功。還有就是我們連線時(shí)從來(lái)都沒(méi)有規(guī)劃，連到最后連自己都看不下去了，一團(tuán)糟，全是線，想找個(gè)錯(cuò)誤都難于上青天，看著幾個(gè)女生的線有條有理，還用夾子把各種線夾在一起，不同功能的線用不同的顏色，我們就感慨，為什么我們當(dāng)時(shí)就沒(méi)有想到呢！說(shuō)到底，還是習(xí)慣不好，雖然養(yǎng)成這個(gè)習(xí)慣的時(shí)候自己并不在意，也沒(méi)有造成多大影響，但當(dāng)它的影響浮現(xiàn)出來(lái)時(shí)，你就后悔莫及了，我

61、想我以后肯定會(huì)注意自己生活中的一些習(xí)慣了吧，至少我這輩子都不會(huì)再把“+”讀成“加”（在邏輯運(yùn)算中）了。</p><p>　　還有一個(gè)讓我記憶很深的事就是關(guān)于細(xì)心問(wèn)題的。記得第一天讓我們測(cè)芯片和導(dǎo)線的時(shí)候，看著發(fā)給我們的導(dǎo)線看起來(lái)都是新的，所以在測(cè)的時(shí)候就沒(méi)有過(guò)多的留意，也正因?yàn)檫@樣，才導(dǎo)致后來(lái)我們用了一根斷了一點(diǎn)、接觸不良的導(dǎo)線，然后就是導(dǎo)致我們又花了半天的時(shí)間來(lái)研究到底是哪里出錯(cuò)了，當(dāng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤以后我們又是免不了

62、一陣的無(wú)奈啊。這個(gè)實(shí)驗(yàn)就是這樣，你不僅要有足夠的耐心，還要有足夠的細(xì)心，畢竟那么復(fù)雜的一個(gè)系統(tǒng)，那么多的線路，哪里都有出錯(cuò)的可能，所以你的細(xì)心就顯得尤為重要了，平時(shí)細(xì)心點(diǎn)，到時(shí)候就可以少走冤枉路。</p><p>　　我們?cè)谠O(shè)計(jì)微指令的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)我們的控點(diǎn)剛好有16個(gè)，然后我們直接把我們的微指令設(shè)計(jì)成了16位，連了很多不必要的線，在檢查的時(shí)候，老師把我們的指令表拿去看了一下，說(shuō)：“這么多全是0和全是1的你也敢說(shuō)你

63、有16位微指令？難道你不知道不發(fā)生改變的指令就不能叫做微指令？”出丑了才知道，原來(lái)不發(fā)生改變的“指令”不能稱做微指令，只能叫時(shí)序控制，看來(lái)雖說(shuō)我們做出了一個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)算系統(tǒng)，但我們對(duì)它的具體運(yùn)作機(jī)制了解的確實(shí)還是不夠深入，書(shū)本給我們的東西確實(shí)太少，不自己去做拓展的話，你對(duì)它的了解永遠(yuǎn)都只是皮毛。</p><p>　　我們最開(kāi)始是打算設(shè)計(jì)取指公操作的，設(shè)計(jì)的思想是利用395當(dāng)做微地址寄存器，并在控存的第一個(gè)地址即0號(hào)

64、地址放取指公操作，然后利用395的總清功能來(lái)實(shí)現(xiàn)取指公操作的執(zhí)行，為了使每條指令執(zhí)行結(jié)束后都會(huì)去執(zhí)行取指功操作，我們就在每條指令的第4個(gè)周期把395的控制端MR清零（總清），這就需要MR在第四個(gè)周期為低；但是為了保證每條指令中的微地址能夠傳到控存當(dāng)中去，又必須要在這條指令的某個(gè)周期給MR一個(gè)高電平，并且這個(gè)電平不能一直有，只能出現(xiàn)在一個(gè)周期，這樣就產(chǎn)生了邏輯上的矛盾，用現(xiàn)有的芯片無(wú)法解決這個(gè)問(wèn)題，后來(lái)沒(méi)辦法，這里遇到了行不通的阻礙，我們

65、就只有改變我們的設(shè)計(jì)，取消了取指公操作。我現(xiàn)在依然無(wú)法理解到底要怎么做才能正確實(shí)現(xiàn)取指公操作，也沒(méi)有其他人給我一個(gè)正確的解答，看來(lái)以后要通過(guò)更多的學(xué)習(xí)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題了。</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)室中，每天不是在設(shè)計(jì)電路和微指令，就是在檢查電路錯(cuò)誤，可能是大腦一直處于高度運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，總覺(jué)得時(shí)間過(guò)的好快，總是不大一會(huì)半天就結(jié)束了，完全不夠用。雖然每天回到宿舍后都非常的疲憊，但是卻給了我平時(shí)上課難以體會(huì)到的一種充實(shí)感，