計算機組成原理課程設計--具有運算及跳轉(zhuǎn)功能的復雜模型機的設計

1、<p>　　本 科 課 程 設 計</p><p>　　課程設計題目：具有運算及跳轉(zhuǎn)功能的復雜模型機的設計 </p><p>　　學 生 姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　系 別：計算機學院</p><p>　　專 業(yè) 班 級： </p>

2、;<p><b>　　指導教師姓名： </b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　課程設計目的·················

3、3;·····················3</p><p>　　2. 所用的設備及軟件·········

4、83;·························3</p><p>　　3. 課程設計的基本工作原理····

5、3;························3</p><p>　　課程設計的詳細設計·······

6、;··························5</p><p>　　5. 課程設計的調(diào)試步驟····

7、83;····························8</p><p>　　6. 課程設計的運行結(jié)果及回答問題·&#

8、183;····················12</p><p>　　7. 課程設計的心得體會··········

9、;······················15</p><p>　　1. 課程設計目的：</p><p>　　題目3：具有運算及跳轉(zhuǎn)功能的復雜模型機的設計</p&

10、gt;<p><b>　　機器指令程序如下：</b></p><p>　　START:IN 01,R0 ；設計時同學們可以給R0送入同學1的學號</p><p>　　IN 01,R1 ；設計時同學們可以給R0送入同學2的學號</p><p>　　ADC R0,R1 </p>

11、;<p>　　CLR R0 </p><p><b>　　OUT 10,R0</b></p><p><b>　　OUT 10,R1</b></p><p>　　RLC R1,R2 </p><p>　　STA 00,20H,R2

12、 </p><p>　　JMP 00,START</p><p>　　綜合運用所學計算機原理的知識，設計并實現(xiàn)較為完整的計算機。</p><p>　　2.明確算數(shù)邏輯指令的助記符、功能和具體格式。</p><p>　　3.學習編制機器指令及微代碼。</p><p>　　4.理解具有邏輯運算及跳轉(zhuǎn)功能的復雜模型機的運行過

13、程。</p><p>　　5.通過調(diào)試，加深對計算機系統(tǒng)各模塊的工作原理及相互聯(lián)系的認識。</p><p>　　2. 所用的設備及軟件： 硬件：EL-JY-II型計算機組成原理實驗系統(tǒng)一套，排線若干</p><p>　　軟件：TDN-CM+或 TDN-CM++教學實驗系統(tǒng)一臺。</p><p>　　課程設計的基本工作原理</p&g

14、t;<p>　　根據(jù)指令格式、功能、助記符編寫機器指令（2.機器指令設計文檔），具體如下：</p><p><b>　　1.指令格式</b></p><p>　　模型機設計四大類指令共16條，其中包括算術邏輯指令、I/O指令、訪問及轉(zhuǎn)移指令和停機指令。</p><p>　　（1）算術邏輯指令。</p><p&g

15、t;　　設計九條算是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為原寄存器，RD為目的寄存器，并規(guī)定：</p><p>　?。?）訪問指令及轉(zhuǎn)移指令。</p><p>　　模型機設計兩條訪問指令，即存數(shù)（STA）、取數(shù)（LDA），兩條轉(zhuǎn)移指令，即無條件轉(zhuǎn)移（JMP）、結(jié)果為零或有進位轉(zhuǎn)移（B

16、ZC），格式指令如下：</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（正負均可），M為尋址模式，其定義如下：</p><p>　　本模型機規(guī)定變址寄存器RI指定為寄存器R2。</p><p><b>　?。?）I/O指令。</b></p><p>　　輸入（

17、IN）和輸出（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”中的開關組作為輸入設備，addr=10時，選中“OUTPUT DEVICE”中的數(shù)碼塊作為輸出設備。</p><p><b>　?。?）停機指令。</b></p><p><b>　　停機指令格式如下：&

18、lt;/b></p><p>　　HALT指令，用于實現(xiàn)停機操作。</p><p><b>　　2.指令系統(tǒng)</b></p><p>　　本模型機共有16條基本指令，其中算術邏輯指令7條，訪問內(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8-1 列出了各條指令的格式、匯編符號、指令功能。</p><

19、p>　　4. 課程設計的詳細設計</p><p>　　1.根據(jù)題目給出的機器指令程序及表1的指令格式，寫出機器指令和功能如下：</p><p>　　2.（3.設計微程序流程圖及確定微地址）</p><p>　　設計微程序流程圖如下圖所示，其中微地址在圖中用十六進制表示：</p><p><b>　　微代碼設計文檔)</b

20、></p><p>　　3.本模型機的數(shù)據(jù)通路圖如圖所示</p><p><b>　　數(shù)據(jù)通路框圖</b></p><p><b>　　課程設計的調(diào)試步驟</b></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，譯成二進制代碼表，并將二進制代碼表換為聯(lián)機操作

21、時的十六進制格式文件，見表2：</p><p><b>　　表2</b></p><p><b>　　對表2的解釋：</b></p><p>　　S3、S2、S1、S0、M、Cn：微運算器74LS181芯片的控制信號及移位控制信號，詳見表3.</p><p>　　WE：對RAM和OUT進行寫操作信號

22、，高電平有效。</p><p>　　A9A8：為外部設備（RAM、OUTPUT、INPUT）地址進行譯碼，</p><p>　　A9A8=00時，INPUT選中；</p><p>　　A9A8=01時，RAM選中；</p><p>　　A9A8=10時，OUTPUT選中；</p><p>　　A9A8=11時，外部設備

23、不選中。</p><p>　　根據(jù)數(shù)據(jù)通路和微指令格式,編寫二進制微代碼如下，然后譯成微指令：</p><p>　　根據(jù)上表，寫出微程序如下：</p><p>　　$M0101ED82</p><p>　　$M0200C050</p><p>　　$M1001ED92</p><p>　　$M1

24、4001001</p><p>　　$M1901A22A</p><p>　　$M2A01B42B </p><p>　　$M2B959B41</p><p>　　$M173D9A01</p><p>　　$M15030401</p><p>　　$M1F318239 </p>&

25、lt;p>　　$M3919883A </p><p>　　$M3A019801 </p><p>　　$M0300A004</p><p>　　$M0400E0A0 </p><p>　　$M21028401 </p><p>　　$M2205DB81</p><p><b>

26、　?。?.畫接線圖）</b></p><p>　　復雜模型機課程設計的實驗接線圖如下：</p><p>　　課程設計的運行結(jié)果及回答問題。</p><p>　　1.在實驗箱上，按照接線路圖連接實驗線路，檢查無誤后接通電源。</p><p>　　2.把實驗箱與電腦聯(lián)機，將編寫的機器指令和微指令保存到“題目3.TXT”文件中。<

27、/p><p>　　3.在電腦上，打開實驗軟件“唐都實驗”，裝載“題目3.TXT”文件；裝載成功后，選擇“運行”→“通路圖”→“復雜模型機”功能菜單打開相應動態(tài)數(shù)據(jù)通路圖；撥動實驗箱的總清零開關CLR清零，輸入任意一個數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)。</p><p>　　4.檢測完成后，再次撥動實驗箱的總清開關CLR清零，使程序首地址及微程序地址為00H。</p><p>　　5.選擇單

28、步運行微指令選項，按動一次，則運行一條微指令。以下是指令運行的過程：</p><p>　　6.驗證程序的運算結(jié)果：</p><p>　　START：IN 01，R0 輸入(R0)=02H=00000010B</p><p>　　IN 01,R1 輸入(R1)=02H=00000010B</p><p>　　AD

29、C R0，R1 (R0)+(R1)=00000010+00000010=00000100=04H,(R1)=04H；</p><p>　　CLR R0 (R0)=0</p><p>　　OUT 10, R0 顯示器顯示R0的數(shù)據(jù)00</p><p>　　OUT 10, R1 顯示器顯示R1的數(shù)據(jù)04&l

30、t;/p><p>　　RLC R1，R2 04H=00000100帶進位左環(huán)移后→00001000=08H→(R2)</p><p>　　STA 00,20H,R2 將（R2）=08H存儲到以20H為地址的儲存單元中</p><p>　　JMP 00，START 跳轉(zhuǎn)到START</p><p>　　最后驗

31、證結(jié)果為04H與上機運行結(jié)果相符正確。</p><p><b>　　課程設計的心得體會</b></p><p>　　在這次課程設計中，我收獲很多，但在設計的過程遇見較多棘手的問題。</p><p>　　首先是實驗箱接線問題，我們組試過無數(shù)的接線方法，例如把4個接口變成2個2接口的，也把進入輸出、數(shù)字對號等方面細節(jié)做到位了，還是失敗，最后還是在同

32、學的幫助下完成，這個真是一個很細心專注的活，也是考驗脾氣耐心的活。</p><p>　　然后是解析機器指令，這要求有一定的指令格式，然后轉(zhuǎn)化為機器碼，即2進制，再轉(zhuǎn)化為16進制的$PXXXX格式，另外還需要讀懂每個指令。</p><p>　　接下來是解析微程序圖和微指令，這比機器指令更加細心，第一要讀懂該指令格式，每個部分是干什么的，第二是要根據(jù)自己組設計的微程序圖，寫出每個機器指令含有的

33、幾條微指令，每個微指令涉及到細微部件，第三根據(jù)給出的細微部分名稱，寫出該微指令的具體2進制數(shù)據(jù)，再轉(zhuǎn)化微指令格式$MXXXXXXXX。這一大步驟較復雜，但是可以知道指令是什么細微而來的，怎么在計算機上運行。</p><p>　　最后是需要理解在“唐都”軟件上，顯示的圖，它具體是怎么運行的。這便是最后檢驗代碼是否有錯的關鍵步驟。</p><p>　　整個過程，需要自己看懂word文件上東西和

34、不斷請教別人。收獲的是，一方面，自己和不同的同學合作，增加了之間的情感，組員之間團結(jié)互助。另一方面，自己也懂了不少，以前是對這些代碼方面很懵懂模糊，現(xiàn)在清晰很多了，知道計算機是如何根據(jù)那些枯燥的01組成二進制的代碼運行，也非常佩服在計算機方面做出貢獻的人，再次激起我好奇心。</p><p><b>　　注意：</b></p><p>　　[1] 課程設計的性質(zhì)、目的和

35、任務；</p><p>　　[2] 機器指令設計文檔；</p><p>　　[3] 設計微程序流程圖及確定微地址；</p><p>　　要求：微程序流程圖除了分支地址不能改變之外，對于每一條機器指令對應的微程序執(zhí)行部分地址連續(xù)。例如：</p><p>　　[4] 微代碼設計文檔；、</p><p>　　要求：一組的兩個

36、同學分別把所有機器指令在執(zhí)行階段各條微指令所需要的控制信號寫出來，比如題目一，同學A可以寫前3條機器指令在執(zhí)行階段各條微指令所需要的控制信號，同學B寫后4條指令的控制信號。</p><p><b>　　[5] 畫接線圖；</b></p><p>　　[6] 完整的調(diào)試步驟和結(jié)論；</p><p>　　[7] 課程設計過程中遇到的問題及其解決方法