計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告11

1、計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：1、設(shè)計(jì)一個(gè)具有帶進(jìn)位加法和立即數(shù)尋址方式的模型機(jī)2、設(shè)計(jì)一個(gè)具有帶進(jìn)位加法和條件跳轉(zhuǎn)的模型機(jī)專(zhuān) 業(yè)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí)： 10級(jí)37-4班 學(xué) 號(hào)： 11003070407 姓 名： 何岑 指導(dǎo)教師： 王勇 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 20125.2527 實(shí)驗(yàn)一：設(shè)計(jì)一個(gè)具有帶進(jìn)位加法和立即數(shù)尋址方式的模型機(jī)1、問(wèn)題描述本題目設(shè)計(jì)的是一臺(tái)具有輸入、輸出、帶進(jìn)位加法、儲(chǔ)存和跳轉(zhuǎn)功能的模型計(jì)算機(jī)，并寫(xiě)出工作程序和測(cè)試數(shù)據(jù)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的指令系統(tǒng)。2、設(shè)計(jì)目標(biāo)在設(shè)計(jì)完本程序后，所設(shè)計(jì)模型機(jī)能夠完成從一個(gè)外設(shè)輸入一個(gè)數(shù)到指定的寄存器中，另外輸入立即數(shù)并將其存入另一個(gè)、寄存器

2、中，兩數(shù)進(jìn)行進(jìn)位相加并將結(jié)果保存到第一個(gè)寄存器，輸出結(jié)果，并顯示。另外，實(shí)現(xiàn)無(wú)條件跳轉(zhuǎn)至開(kāi)始。3、指令格式助記符號(hào)機(jī)器指令碼功 能in0000 0000input - r0adc imm1110 0000 xxxx xxxxr0+imm+cy - r0sta addr0010 0000 xxxx xxxxr0 - addrout addr0011 0000 xxxx xxxxaddr - ledjmp addr0100 0000 xxxx xxxxaddr - pc4、設(shè)計(jì)微指令（1）定義指令碼，及定義一個(gè)下地址為08h指令指令編碼微地址in0000 000008adc0001 000009s

3、ta0010 000010out0011 000011jmp0100 000012 （2）設(shè)計(jì)微指令編碼表微地址s3s2s1s0mcnwea9a8abcua5-ua000000000011000000000000001010000000111101101100000100200000000110000000100100008000000000001000000000001090000000111101101100000110300000000101100000000010004000000011010001000000101051001000110011010000000010a0000000

4、1111011011000011006000000001110000000000111070000001010000010000000010b0000000111101101100011010d0000000011100000000011100e0000000010010000000011110f0000001100000010000000010c00000001111011011001000010000000001101000110000001（3）微程序流程圖（4）由編碼得到微程序根據(jù)以上編寫(xiě)的微程序，以及微指令代碼化的方法得到的微程序代碼為：$m00018001$m0101ed82$m0

5、200c048$m08001001$m0901ed83$m0300b004$m0401a205$m05919a01$m0a01ed86$m0600e007$m07028201$m0b01ed8d$m0d00e00e$m0e00900f$m0f030201$m0c01ed90$m1000d181（5）寫(xiě)工作程序$p0000$p0110$p0222$p0320$p0401$p0530$p0601$p0740$p0800（6）建立聯(lián)機(jī)操作文件為了從pc機(jī)下載工作程序和微程序，需要建立聯(lián)機(jī)操作文件，該文件是普通的文本文件，擴(kuò)展名為txt，可用記事本來(lái)建立的，要求：a、 測(cè)試用的工作程序排在文件的前面，

6、每個(gè)內(nèi)存地址及代碼占一行；b、 微指令代碼排在文件的后面，每個(gè)微地址及微指令代碼占一行；（7）按照實(shí)驗(yàn)電路圖連接實(shí)驗(yàn)線路實(shí)驗(yàn)采用復(fù)雜模型機(jī)系統(tǒng)連線圖，電路圖如下：（8）運(yùn)行（a）系統(tǒng)與pc機(jī)聯(lián)機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)安裝有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的db型9針rs-232c串口插座，使用配套的串行通信電纜分別插在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及pc機(jī)的串口，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與pc機(jī)的聯(lián)機(jī)操作。（b）下載工作程序和微程序使用唐都軟件將工作程序和微程序下載到實(shí)驗(yàn)箱的內(nèi)存和控制存儲(chǔ)器中。其中，自帶電 線的實(shí)驗(yàn)箱用ncmp53軟件，啟動(dòng)軟件后使用f4裝載進(jìn)行下載；外接電源線的實(shí)驗(yàn)箱用cmpp軟件，啟動(dòng)軟件后在菜單中選擇轉(zhuǎn)儲(chǔ)/裝載進(jìn)行下載。（c）運(yùn)行實(shí)驗(yàn)原理圖

7、，及數(shù)據(jù)流程圖如下：（9）調(diào)試以及調(diào)試過(guò)程（把寫(xiě)好的程序下載到唐都實(shí)驗(yàn)箱，打開(kāi)軟件復(fù)雜模型機(jī)的原理圖，按步驟點(diǎn)擊單步運(yùn)行，查看運(yùn)行的指令和微指令的過(guò)程）調(diào)試發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：a、 剛開(kāi)始時(shí)點(diǎn)擊時(shí)，機(jī)器不運(yùn)行。b、 dr1與dr2相加結(jié)果不正確。c、 從r0到內(nèi)存sta存數(shù)指令的存數(shù)操作有誤，r0-b打開(kāi)的同時(shí)把a(bǔ)r的ldar也打開(kāi)了，造成指向內(nèi)存單元改變。也就造成輸出時(shí)的數(shù)據(jù)不正確和。d、 修改上一條錯(cuò)誤后，誤把r0數(shù)據(jù)存在01單元，覆蓋了原來(lái)的指令，當(dāng)跳轉(zhuǎn)指令跳轉(zhuǎn)回到原來(lái)程序的開(kāi)頭時(shí)，執(zhí)行第二次就發(fā)生了錯(cuò)誤。所以針對(duì)以上問(wèn)題，都一一地找到相應(yīng)的錯(cuò)誤之處和解決方法：a1、連線有錯(cuò)誤，檢查后發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤之處

8、，并改正b2、改變s3到s0 ，改為1001（帶進(jìn)位加法）c3、由于疏忽造成，修改對(duì)應(yīng)的ldar開(kāi)關(guān)編碼d4、修改$p程序，存到?jīng)]用的內(nèi)存上述問(wèn)題解決之后，程序便可運(yùn)行出結(jié)果。（10）運(yùn)行結(jié)果在上圖中會(huì)執(zhí)行input到r0，然后從內(nèi)存中取出一個(gè)數(shù)放到dr2中，r0內(nèi)的數(shù)放到dr1中，dr1+dr2+cy放到r0中，再將r0內(nèi)的數(shù)顯示到led上。實(shí)驗(yàn)二：設(shè)計(jì)一個(gè)具有帶進(jìn)位加法和條件跳轉(zhuǎn)的模型機(jī)1、問(wèn)題描述本題目設(shè)計(jì)的是一臺(tái)具有輸入、輸出、數(shù)據(jù)傳送、帶進(jìn)位加法、條件跳轉(zhuǎn)，停機(jī)功能的模型計(jì)算機(jī)，并寫(xiě)出工作程序和測(cè)試數(shù)據(jù)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的指令系統(tǒng)。2、指令格式助記符號(hào)指令格式功 能movrs,rdxxxx

9、rs rdrs-rdadcrs,rdxxxx rs rdrs+rd+cy - r0bzcd00 00 00 00 d當(dāng)cy=1或z=1時(shí)，d-pc否則，順序執(zhí)行。inrdxxxx 01 rdsw-rdoutrdxxxx 10 rdrd - ledhaltxxxx 0000停機(jī)3、設(shè)計(jì)微指令（1）定義一個(gè)下地址為20h指令指令編碼微地址in0011 000023mov0010 000022adc0001 000021bzcd0000 000020out0100 000024halt0101 000025（2）設(shè)計(jì)微指令微地址s3s2s1s0mcnwea9a8abcua5-ua0000000000

10、110000000000000010100000001111011011000001002000000001100000001100000200000000110000000110000011100000001111011011000001103000000001101000110000001210000000110100100000001000400000001101100100000010105100100011001101000000001220000000110010010000000012300000000000100000000000124000000010000001000000

11、00125000000011000000000100101（3）畫(huà)出微程序流程圖(4) 微程序代碼根據(jù)以上編寫(xiě)的微程序，以及微指令代碼化的方法得到的微程序代碼為：$m00018001$m0101ed82$m0200c060$m200180c1$m1101ed83$m0300d181$m2101a404$m0401b205$m05919a01$m22019201$m23001001$m24030201$m25018025（5）設(shè)計(jì)工作程序代碼，以測(cè)試微程序$p0035$p0124$p0235$p0314$p0444$p0500$p0607$p0750（6）按照實(shí)驗(yàn)一建立聯(lián)機(jī)文檔并按照書(shū)本計(jì)算機(jī)組

12、成原理課程設(shè)計(jì)的附錄2（系統(tǒng)連線參考圖）進(jìn)行連線。（7）運(yùn)行與調(diào)試把程序下載但唐都實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行運(yùn)行和調(diào)試。通過(guò)調(diào)試發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題：a、 不知道r1、r2、r0三個(gè)寄存器的關(guān)系（請(qǐng)教老師解決）。b、 運(yùn)行第一條指令后便停滯，不再執(zhí)行下面的操作。c、 解決a后，從輸入模塊輸入到r1或r2都不能實(shí)現(xiàn)。d、 條件跳轉(zhuǎn)指令后，執(zhí)行非設(shè)計(jì)程序，程序跑飛了。通過(guò)前面的幾次實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)獲得部分解決方法的經(jīng)驗(yàn)b1、檢查連線未能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，估計(jì)可能是哪里接觸不良，故而棄之，換實(shí)驗(yàn)箱，重新調(diào)試，發(fā)現(xiàn)可以運(yùn)行的。c2、自己未能找出錯(cuò)誤所在，請(qǐng)教老師，指出連線上，我們?nèi)圆捎玫氖窃瓉?lái)電路圖，因而沒(méi)有把r1、r2寄存器連到電路中。d

13、3、未設(shè)置好跳轉(zhuǎn)的方向，最后使其跳轉(zhuǎn)到停機(jī)指令，使其處于停機(jī)狀態(tài)。（8）運(yùn)行結(jié)果程序會(huì)先從sw讀一個(gè)數(shù)放到r1中，然后將r1內(nèi)的數(shù)轉(zhuǎn)移到r0中，然后將r0內(nèi)的數(shù)放到dr1，r1中的數(shù)放到dr2，然后dr1+dr2+cy放到r0中，然后將r1內(nèi)的數(shù)顯示到led上，下一步就進(jìn)入了停機(jī)的死循環(huán)。實(shí)驗(yàn)總結(jié)與心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)鞏固和實(shí)踐了本學(xué)期所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)。我沒(méi)有單純的為設(shè)計(jì)指令而設(shè)計(jì)指令，而是采取了以所要實(shí)現(xiàn)的功能為驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而決定需要哪些指令，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣不僅達(dá)到了設(shè)計(jì)指令的目的，而且體驗(yàn)到了指令在實(shí)際編程中的工作方式，加深了對(duì)機(jī)器指令的理解。這次課程設(shè)計(jì)我設(shè)計(jì)指令實(shí)現(xiàn)了“一個(gè)具有帶進(jìn)位加

14、法和立即數(shù)尋址方式的模型機(jī)”，在指令設(shè)計(jì)的過(guò)程中，遇到了很多的問(wèn)題，我最初設(shè)想了三種方案，經(jīng)過(guò)跟同學(xué)討論否定了一種，后又在老師的指導(dǎo)下，分析了另外兩種方案，最終選擇了通過(guò)p3測(cè)試，在微程序內(nèi)部實(shí)現(xiàn)流程轉(zhuǎn)移。這種方法不僅使得指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單，而且由于采用硬件實(shí)現(xiàn)，速度很快，而我原來(lái)的那兩套方案都是用軟件實(shí)現(xiàn)類(lèi)似功能，速度慢，且邏輯復(fù)雜，不符合指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和要求。通過(guò)這個(gè)方案選擇的過(guò)程，我加深了指令系統(tǒng)性能要求的理解，對(duì)指令系統(tǒng)的工作方式有了更清晰的認(rèn)識(shí)。在本次課程設(shè)計(jì)之前，我對(duì)程序計(jì)數(shù)器pc的理解并不深刻，經(jīng)常會(huì)將其和微程序的地址控制邏輯弄混。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我才真正理解：pc就是一個(gè)地址指針，只能指示內(nèi)存