計(jì)算機(jī)硬件課程設(shè)計(jì)--復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、.硬 件 課 程 設(shè) 計(jì)復(fù)雜模型機(jī)設(shè)計(jì)報(bào)告 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模航?jīng)過(guò)一系列硬件課程的學(xué)習(xí)及相關(guān)實(shí)驗(yàn)后，做一個(gè)綜合的系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)，這在硬件方面是一個(gè)提高，進(jìn)一步培養(yǎng)實(shí)踐能力。二 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：搭建一臺(tái)8位模型機(jī)，指令系統(tǒng)要求有10條 以上，其中包括運(yùn)算類指令、傳送類指令、 控制轉(zhuǎn)移類指令、輸入輸出指令、停機(jī)指令等。三 實(shí)驗(yàn)思路：1、確定設(shè)計(jì)目標(biāo)：確定所設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的功能和用途。2、確定指令系統(tǒng)：確定數(shù)據(jù)的表示格式、位數(shù)、指令的編碼、類型、需要設(shè)計(jì)哪些指令及使用的尋址方式。3、確定總體結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通路：總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含確定各部件設(shè)置以及它們之間的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)，列出各種信息傳送路徑以及實(shí)現(xiàn)這些傳送所需要的微命令。

2、4、設(shè)計(jì)指令執(zhí)行流程：數(shù)據(jù)通路確定后，就可以設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)中每條指令的執(zhí)行流程。根據(jù)指令的復(fù)雜程度。每條指令所需要的機(jī)器周期數(shù)。對(duì)于微程序控制的計(jì)算機(jī)，根據(jù)總線結(jié)構(gòu)，需要考慮哪些微操作可以安排在同一個(gè)微指令中。5、確定微程序地址：根據(jù)后續(xù)微地址的形成方法，確定每條微程序地址及分支轉(zhuǎn)移地址。6、根據(jù)微指令格式，將微程序流程中的所有微操作進(jìn)行二進(jìn)制代碼化，寫入到控制存儲(chǔ)器中的相應(yīng)單元中。7、組裝、調(diào)試：在總裝調(diào)試前，先按功能模塊進(jìn)行組裝和分調(diào)，因?yàn)橹挥泄δ苣K工作正常后，才能保證整機(jī)的運(yùn)行正確。四 實(shí)驗(yàn)原理：1. 指令系統(tǒng)及指令格式：指令系統(tǒng)包括：算術(shù)邏輯運(yùn)算指令、訪存指令、控制轉(zhuǎn)移指令、I/O指令

3、、停機(jī)指令。 一般指令格式：DATA/ADDROP-CODERSRD DATA/ADDR00 MOPCODERD 指令系統(tǒng)如: ADD RS,RD MOV DATA,RD MOV RS,ADDR JZ ADDR IN RD HALT其中RS 、RD為R0、R1、R2中之一 ，DATA為立即數(shù)，ADDR為內(nèi)存地址。2. 微指令格式：WEA9A8000INPUT001RAM讀101RAM寫110LED,寫接口011無(wú)010寫接口3微程序地址入口的形成：P（1）是用來(lái)譯碼指令寄存器的I7、I6、I5、I4 ,用于一般指令,微程序入口址為OP+10HP（2）是用來(lái)譯碼指令寄存器的I3、I2 ,用于不同

4、尋址方式指令，入口地址轉(zhuǎn)OP+20HP（3）是用來(lái)譯碼判斷標(biāo)志位C、Z ,用于條件轉(zhuǎn)移指令,條件成立轉(zhuǎn)OP+30H,條件不成立轉(zhuǎn)OP+20HP（4）是用來(lái)譯碼控制臺(tái)操作的SWB、SWA ,用于手動(dòng)操作。5模型機(jī)數(shù)據(jù)通路：6模型機(jī)組裝電路圖：7微程序裝載格式：機(jī)器指令格式：$PXXXX微指令格式： $MXXXXXXXX把它們保存為 *.TXT 文件實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：1 機(jī)器指令設(shè)計(jì)：根據(jù)后面微指令的設(shè)計(jì)，我們定義了11條指令，它們分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)編碼：指令操作操作碼 IN0000OUT0001ADD0010SUB0011MOV(直接尋址)0100MOV(間接尋址)0101JMP Ri 0110JMP imm

5、0111XOR1000OR1001P(3)1010這我們?cè)O(shè)計(jì)的這些指令中MOV(直接尋址)，JMP imm和P(3)均為雙字節(jié)指令，其余都為單字節(jié)指令。以下是我們?cè)O(shè)計(jì)的模型機(jī)機(jī)器指令：機(jī)器指令機(jī)器指令碼微程序入口地址IN R00000 000000ADD R0,R10001 000101OUT R10010 010102MOV RO,R10011 000103STA R0 20H0100 0000040010 000005LOAD R1 20H0101 0101060010 000007AND R0,R10110 000108XOR R0,R10111 000109JMP 00H1000 00

6、000A0000 00000B2 微指令的設(shè)計(jì)：指令微操作流程圖：;3.最后指令裝載TXT文件：$P0000$P0120$P0211$P0331$P0441$P0527$P0651$P0700$P0871$P0981$P0A91$P0B00$P0C61$P0D00$M00018001$M0101ED82$M0200C050$M10001001$M12070201$M1101A203$M0301B404$M04959A01$M1301A205$M0501B406$M06619A01$M1401ED87$M0700E008$M08009001$M1501E209$M09009001$M1601EC

7、0A$M0A00D181$M1701D381$M1801A20B$M0B01B40C$M0C699A01$M1901A20D$M0D01B40E$M0EE99A01$M1A01ECE0$M20018001$M3000D181五 實(shí)驗(yàn)步驟：1 按照給定模型機(jī)組裝電路圖連接電路2 連通實(shí)驗(yàn)箱與PC機(jī)，打開(kāi)CMP軟件，測(cè)試實(shí)驗(yàn)箱是否正常3 設(shè)計(jì)10條微指令，畫(huà)出其微操作流程圖，并翻譯所有微操作成指定格式4 設(shè)計(jì)包含這11條微指令的機(jī)器指令程序，并翻譯成相應(yīng)機(jī)器指令格式5 把設(shè)計(jì)好微指令和機(jī)器指令保存為TXT文件，然后裝載入CMP6 打開(kāi)復(fù)雜模型機(jī)，然后用單步機(jī)器指令運(yùn)行程序并調(diào)試7 檢查OUTPUT

8、 DEVICE LED 輸出結(jié)果是否正確，最后寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告六 實(shí)驗(yàn)總結(jié)及感想： 楊鎰銘： 本次硬件課程設(shè)計(jì)我們要設(shè)計(jì)微程序控制的模型機(jī)，完成對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理這么課程的綜合應(yīng)用。雖說(shuō)這次設(shè)計(jì)最后只需要一個(gè)設(shè)計(jì)好的微指令的txt文本，但是還是能從中學(xué)到一些東西。從設(shè)計(jì)指令，到設(shè)計(jì)詳細(xì)的微操作，設(shè)計(jì)初步完成后在編寫指令進(jìn)行測(cè)試，不斷調(diào)試直到成功，整個(gè)過(guò)程在一開(kāi)始不是很明確。有些書(shū)本上的基本知識(shí)出現(xiàn)混淆的現(xiàn)象，通過(guò)查書(shū)和詢問(wèn)同學(xué)才明白和理解。到第二天上午的時(shí)候就把整個(gè)流程弄清楚了，下午就開(kāi)始詳細(xì)設(shè)計(jì)微操作的指令流程，并完成10條指令的編寫和測(cè)試工作。整個(gè)過(guò)程還是很順利完成的。 其實(shí)第一天上午老師把所以該

9、注意的地方都給我們講了一遍，但有的還是遺忘了。所以在設(shè)計(jì)p(3)操作的時(shí)候碰到了問(wèn)題。在置標(biāo)志位的時(shí)候，要把C字段置為101,選擇AR。一些細(xì)節(jié)的問(wèn)題要注意的。 整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程讓我們了解計(jì)算機(jī)的組成，基本原理和設(shè)計(jì)步驟，設(shè)計(jì)思路和調(diào)試步驟，最終能建立起一個(gè)模型機(jī)的概念。通過(guò)具體動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)，也提高了我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力及創(chuàng)新能力。胡文 ：總體就實(shí)驗(yàn)的兩大部分，連線和設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，可能在設(shè)計(jì)方面花的時(shí)間多了一點(diǎn)。在連線的時(shí)候還是遇到了一些問(wèn)題，在測(cè)試R1測(cè)試的時(shí)候，出現(xiàn)了測(cè)試錯(cuò)誤的情況。在反復(fù)查找的時(shí)候還是沒(méi)有找到錯(cuò)誤在哪兒，索性就又重插了一遍。最后發(fā)現(xiàn)可能是由于接線的部分沒(méi)有插緊的原因。再設(shè)計(jì)部分遇到了一些問(wèn)題。比如在jmp指令的時(shí)候需要把BUS傳PC但是由于A字段沒(méi)有寫LOAD所以一直寫不進(jìn)去。在做減法的時(shí)候，沒(méi)