機(jī)組課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　計(jì)算機(jī)組成原理</b></p><p><b>　　——課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　學(xué) 院： </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　學(xué) 號(hào)：

2、 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p><b>　　2013年1月5日</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><

3、b>　　一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?</b></p><p><b>　　二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備3</b></p><p><b>　　三、實(shí)驗(yàn)原理3</b></p><p>　　1. 微程序控制電路3</p><p><b>　　2、微指令格式4</b></p>

4、;<p>　　3、三條機(jī)器指令5</p><p>　　4、微程序流程圖6</p><p><b>　　四、實(shí)驗(yàn)步驟7</b></p><p>　　1、連接實(shí)驗(yàn)線路7</p><p>　　2、根據(jù)指令系統(tǒng)編寫程序8</p><p><b>　　3、運(yùn)行程序9<

5、;/b></p><p><b>　　五、心得體會(huì)10</b></p><p><b>　　一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　掌握微程序控制器的組成原理。</p><p>　　掌握微程序的編制、寫入，觀察微程序的運(yùn)行。</p><p>　　在“微程序控制器的組

6、成與微程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”的基礎(chǔ)上，將第一部分中的各單元組成系統(tǒng)，構(gòu)造一臺(tái)基本模型計(jì)算機(jī)。</p><p>　　根據(jù)定義的五條機(jī)器指令，編寫相應(yīng)的微程序，并運(yùn)行，形成整機(jī)概念。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)設(shè)備</b></p><p>　　EL-JY-II型計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，排線若干。</p><p><b

7、>　　實(shí)驗(yàn)原理</b></p><p><b>　　1.微程序控制電路</b></p><p>　　圖中運(yùn)算器ALU由U7—U10四片74LS181構(gòu)成，暫存器1由U3、U4兩片74LS273構(gòu)成，暫存器2由U5、U6兩片74LS273構(gòu)成。微控器部分控存由U13—U15三片2816構(gòu)成。除此之外，CPU的其它部分都由EP1K10集成（其原理見系統(tǒng)介

8、紹部分）。</p><p>　　存儲(chǔ)器部分由兩片6116構(gòu)成16位存儲(chǔ)器，地址總線只有低八位有效，因而其存儲(chǔ)空間為00H—FFH。</p><p>　　輸出設(shè)備由底板上的四個(gè)LED數(shù)碼管及其譯碼、驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，當(dāng)D-G和W/R均為低電平時(shí)將數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)送入數(shù)碼管顯示。在開關(guān)方式下，輸入設(shè)備由16位電平開關(guān)及兩個(gè)三態(tài)緩沖芯片74LS244構(gòu)成，當(dāng)DIJ-G為低電平時(shí)將16位開關(guān)狀態(tài)送上數(shù)據(jù)

9、總線。在鍵盤方式或聯(lián)機(jī)方式下，數(shù)據(jù)可由鍵盤或上位機(jī)輸入，然后由監(jiān)控程序直接送上數(shù)據(jù)總線，因而外加的數(shù)據(jù)輸入電路可以不用</p><p>　　注：本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線為16位，指令、地址和程序計(jì)數(shù)器均為8位。當(dāng)數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)打入指令寄存器、地址寄存器和程序計(jì)數(shù)器時(shí)，只有低8位有效。</p><p>　　圖1.微程序控制電路</p><p><b>　　微指令格

10、式</b></p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的微程序字長(zhǎng)共24位，其控制位順序如下：</p><p>　　Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３三個(gè)字段的編碼方案如表1： </p><p><b>　　表1</b></p><p>　　系統(tǒng)涉及到的微程序流程見圖8-2（圖中各方框內(nèi)為微指令所執(zhí)行的操作，方框外的標(biāo)號(hào)為該條微指

11、令所處的八進(jìn)制微地址）?？刂撇僮鳛镻4測(cè)試，它以CA1、CA2作為測(cè)試條件，出現(xiàn)了寫機(jī)器指令、讀機(jī)器指令和運(yùn)行機(jī)器指令3路分支，占用3個(gè)固定微地址單元。當(dāng)分支微地址單元固定后，剩下的其它地方就可以一條微指令占用控存一個(gè)微地址單元隨意填寫。</p><p>　　機(jī)器指令的執(zhí)行過程如下：首先將指令在外存儲(chǔ)器的地址送上地址總線，然后將該地址上的指令傳送至指令寄存器，這就是“取指”過程。之后必須對(duì)操作碼進(jìn)行P1測(cè)試，根據(jù)

12、指令的譯碼將后續(xù)微地址中的某幾位強(qiáng)制置位，使下一條微指令指向相應(yīng)的微程序首地址，這就是“譯碼”過程。然后才順序執(zhí)行該段微程序，這是真正的指令執(zhí)行過程。</p><p>　　在所有機(jī)器指令的執(zhí)行過程中，“取指”和“譯碼”是必不可少的，而且微指令執(zhí)行的操作也是相同的，這些微指令稱為公用微指令，對(duì)應(yīng)于圖1中01、02、75地址的微指令。75地址為“譯碼”微指令，該微指令的操作為P（1）測(cè)試，測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)多路分支。本實(shí)驗(yàn)

13、用指令寄存器的前4位（I7-I4）作為測(cè)試條件，出現(xiàn)12路分支，占用12個(gè)固定微地址單元。如I7—I4相同，則還需進(jìn)行P2測(cè)試，以指令寄存器的I3、I2位作為測(cè)試條件，以區(qū)分不同的指令，如MOV指令和IN、OUT指令。</p><p><b>　　三條機(jī)器指令</b></p><p><b>　　其指令格式如下：</b></p>&

14、lt;p><b>　　表2</b></p><p>　　在機(jī)器指令的執(zhí)行過程中，從CPU從內(nèi)存取出一條機(jī)器指令到執(zhí)行結(jié)束為一個(gè)指令周期，指令由微指令組成的序列來完成，一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一段微程序。另外，讀、寫機(jī)器指令也分別由相應(yīng)的微程序段來完成。</p><p>　　為了向RAM中裝入程序和數(shù)據(jù)，檢查寫入是否正確，并能啟動(dòng)程序執(zhí)行，必須設(shè)計(jì)三個(gè)控制操作微程序。&l

15、t;/p><p>　　存儲(chǔ)器讀操作（MRD）：撥動(dòng)清零開關(guān)CLR對(duì)地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸入CA1、CA2為“00”時(shí)，按“單步”鍵，可對(duì)RAM連續(xù)讀操作。</p><p>　　存儲(chǔ)器寫操作（MWE）：撥動(dòng)清零開關(guān)CLR對(duì)地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸入CA1、CA2為“10”時(shí)，按“單步”鍵，可對(duì)RAM連續(xù)寫操作。</p><p>　　啟動(dòng)程序（RUN）

16、：撥動(dòng)開關(guān)CLR對(duì)地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸入CA1、CA2為“11”時(shí)，按“單步”鍵，即可轉(zhuǎn)入到第01號(hào)“取指”微指令，啟動(dòng)程序運(yùn)行。</p><p>　　注：CA1、CA2由控制總線的E4、E5給出。鍵盤操作方式時(shí)由監(jiān)控程序直接對(duì)E4、E5賦值，無需接線。開關(guān)方式時(shí)可將E4、E5接至控制開關(guān)CA1、CA2，由開關(guān)來控制</p><p><b>　　微程序流程圖<

17、/b></p><p><b>　　控制開關(guān) </b></p><p><b>　　00 </b></p><p><b>　　P(4)測(cè)試 </b></p><p>　　MWE（01） MRD(00)

18、 RUN(11)</p><p>　　PC AR,PC+1 11 PC AR,PC+1 10 13</p><p>　　(D_INPUT) D_BUS LT1 14 RAM D_BUS LT1 12

19、 01</p><p>　　LT1 RAM 74 LT1 LED 73</p><p><b>　　開始</b></p><p><b>　　圖2微程序流程圖</b></p><p>　　根據(jù)本實(shí)驗(yàn)程序流程圖設(shè)計(jì)的二進(jìn)制微代碼表：</p>

20、<p>　　表3 二進(jìn)制微代碼表</p><p><b>　　四、實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p><b>　　1、連接實(shí)驗(yàn)線路</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)連線圖如圖8-3所示。</p><p>　　連線時(shí)應(yīng)按如下方法：對(duì)于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對(duì)于豎排

21、座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。</p><p>　　在圖8－3接線圖上更改如下接線：</p><p>　　斷開控制總線C1——C6和F4——F1上的接線</p><p>　　數(shù)據(jù)輸入電路DIJ1 接 數(shù)據(jù)總線BD7-----BD0</p><p>　　數(shù)據(jù)輸入電路DIJ2

22、 接 數(shù)據(jù)總線BD15-----BD8</p><p>　　數(shù)據(jù)輸入電路DIJ-G 接 I/O控制電路Y3</p><p>　　微控器接口UAJ1 接 控制開關(guān)電路UA5---UA0</p><p>　　脈沖源及時(shí)序電路fin 接 脈沖源及

23、時(shí)序電路f/8</p><p>　　脈沖源及時(shí)序電路T4—T1 接 控制總線T4---T1</p><p>　　控制開關(guān)電路CA1 接 控制總線E4</p><p>　　控制開關(guān)電路CA2 接 控制總線E5</p><p>　　根據(jù)指令系統(tǒng)編寫

24、程序</p><p>　　地址 機(jī)器指令 助記符</p><p>　　00H 0000 0100 37H—>Ax</p><p>　　01H 0011 0111 </p><p>　　02H

25、 0000 0101 45H—>Bx</p><p>　　03H 0100 0101</p><p>　　04H 1010 0100 Ax Bx—>Ax</p><p>　　05H 010

26、0 0100 Ax—>DISP</p><p>　　06H 0100 1000 a—>Ax</p><p>　　07H 0100 1001 b—>Bx</p><p>　　08H 0100 1010

27、 c—>Cx</p><p>　　09H 1001 0100 a+b+c—>DISP</p><p>　　0AH 0100 0100 Ax—>DISP</p><p>　　0BH 0100 10

28、00 d—>Ax</p><p>　　0CH 0100 1001 e—>Bx</p><p>　　0DH 1100 0100 Ax Bx—>Ax</p><p>　　0EH 0100 0100

29、 Ax—>DISP</p><p>　　0FH 0000 1000 JMP—>00H</p><p>　　10H 0000 0000 </p><p>　　表4 </p><p><b>　　

30、3．運(yùn)行程序：</b></p><p><b>　　1).寫微代碼 ：</b></p><p>　　首先將微程序控制電路上的開關(guān)K1K2K3撥到寫入狀態(tài)，即K1 off、K2 on、K3 off，然后將24位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān)K4撥到on狀態(tài)。置控制開關(guān)UA5 …… UA0=“000000”，輸入微地址“000000”， 置24位微代碼開關(guān)MS2

31、4---MS1為：“00000000 01111111 10001000”，輸入24位二進(jìn)制微代碼,即“007F88”，按【單步】，微地址燈顯示“000 000”，寫入微代碼。保持K1K2K3K4狀態(tài)不變，寫入表3的所有微代碼。</p><p>　　2).讀微代碼并驗(yàn)證結(jié)果：</p><p>　　將微程序控制電路上的開關(guān)K1K2K3撥到讀出狀態(tài)，即K1 off、K2 off、K3 on，然

32、后將24位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān)K4撥到off狀態(tài)。置控制開關(guān)UA5 …… UA0=“000000”，輸入微地址“000000”， 按【單步】，微地址燈顯示“000 000”，24位微代碼顯示“00000000 01111111 10001000”，即第一條微代碼。保持K1K2K3K4狀態(tài)不變，改變UA5 …… UA0微地址的值，讀出相應(yīng)的微代碼，并和表3的微代碼比較，驗(yàn)證是否正確。如發(fā)現(xiàn)有誤，則需重新輸入該微地址相應(yīng)的微代碼。&

33、lt;/p><p><b>　　3).寫機(jī)器指令</b></p><p>　　將微程序控制電路上的開關(guān)K1K2K3撥到運(yùn)行狀態(tài)，即K1 on、K2 off、K3 on，然后將24位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān)K4撥到off狀態(tài)。撥動(dòng)控制開關(guān)電路上的清零開關(guān)CLR，對(duì)地址寄存器、指令寄存器清零。確定清零后，把控制開關(guān)ＣＡ１、ＣＡ２置為“10”，按動(dòng)一次【單步】按鈕，微地址顯

34、示燈顯示“001001”，再按動(dòng)一次【單步】，微地址燈顯示 “001100”，此時(shí)通過數(shù)據(jù)輸入電路的開關(guān)輸入要寫入的機(jī)器指令，置D15----D0=“000000000100 1000”，按【單步】，即完成本實(shí)驗(yàn)的第一條機(jī)器。再按【單步】，微地址顯示燈（黃色）顯示“111100”，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“0000000001001000”，即輸入的機(jī)器指令。再連續(xù)按【單步】，微地址顯示燈（黃色）顯示“001100”時(shí)，按上面的方法通過數(shù)據(jù)輸

35、入電路的開關(guān)輸入第二條機(jī)器指令指令“000000000000 0101”，直至寫完表4的所有二進(jìn)制機(jī)器指令。注意，每當(dāng)微地址顯示燈顯示“001100”時(shí)，地址指示燈自動(dòng)加1顯示。</p><p>　　4).讀機(jī)器指令及校驗(yàn)機(jī)器指令：</p><p>　　撥動(dòng)控制開關(guān)電路上的清零開關(guān)CLR，對(duì)地址寄存器、指令寄存器清零，清零結(jié)果是微地址指示燈（6個(gè)黃色指示燈）和地址指示燈（8個(gè)黃色指示燈，在

36、地址寄存器電路上）全滅，置ＣＡ１、ＣＡ２開關(guān)置為“00”， 連續(xù)按【單步】鍵，微地址顯示燈（黃色）顯示從“000000”開始，然后按“001000”、 “001010” 、“111011”方式循環(huán)顯示。當(dāng)微地址燈再次顯示為“001000”時(shí)，輸出顯示數(shù)碼管上顯示寫入的機(jī)器指令。讀的過程注意微地址顯示燈，地址顯示燈和數(shù)據(jù)總線指示燈的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如果發(fā)現(xiàn)機(jī)器指令有誤，則需重新輸入機(jī)器指令。機(jī)器指令存放在RAM里，掉電丟失，故斷電后需重新輸入。

37、</p><p><b>　　5).運(yùn)行程序</b></p><p>　　將微程序控制電路上的開關(guān)K1K2K3撥到運(yùn)行狀態(tài)，即K1 on、K2 off、K3 on，然后將24位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān)K4撥到off狀態(tài)。撥動(dòng)控制開關(guān)電路上的清零開關(guān)CLR，對(duì)地址寄存器、指令寄存器清零，清零結(jié)果是微地址指示燈和地址指示燈全滅，使程序的入口地址位00H，置ＣＡ１、ＣＡ

38、２開關(guān)置為“11”連續(xù)按【單步】，當(dāng)微地址顯示燈顯示“010 100”時(shí)，通過數(shù)據(jù)輸入電路輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)， 再連續(xù)按【單步】來運(yùn)行程序。實(shí)驗(yàn)結(jié)果參照鍵盤實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。00H~05H是邏輯異或非運(yùn)算，對(duì)0037H~0045H進(jìn)行邏輯非運(yùn)算結(jié)果為FF8DH與計(jì)算結(jié)果相符。06~0AH是三個(gè)數(shù)相加運(yùn)算。0B~0EH是邏輯異或運(yùn)算。</p><p><b>　　心得體會(huì)</b></p>

39、<p>　　通過這次的計(jì)組課程設(shè)計(jì)，自己對(duì)計(jì)算機(jī)CPU又有了更深入的了解。知道了機(jī)器指令與微指令之間的關(guān)系：一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序，而一個(gè)微程序還有多個(gè)微指令。一條微指令前6個(gè)控制運(yùn)算器，1A和1B控制外部片選信號(hào)，WE來控制對(duì)寄存器的讀寫，F(xiàn)1控制寄存器的入口，F(xiàn)2控制寄存器的出口，F(xiàn)3控制對(duì)指令的測(cè)試和PC的自增，最后6位來指定下一條微指令的地址。知道這些就可以來給微指令控制存儲(chǔ)器進(jìn)行編寫指令，并且可以知道哪些代碼對(duì)應(yīng)