組成原理課程設(shè)計(復雜模型機設(shè)計實驗)

1、實用文案復雜模型機設(shè)計實驗一、實驗目的綜合運用所學計算機原理知識，設(shè)計并實現(xiàn)較為完整的計算機。二、實驗設(shè)備TDNCM計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)。三、數(shù)據(jù)格式及指令系統(tǒng)1.數(shù)據(jù)格式模型機規(guī)定采用定點補碼表示法表示數(shù)據(jù)，且字長為8 位，其格式如下：D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0符號尾數(shù)2. 指令格式模型機設(shè)計四大類指令共十六條，其中包括算術(shù)邏輯指令、I/O 指令、訪問及轉(zhuǎn)移指令和停機指令。1) 算術(shù)邏輯指令設(shè)計 7 條算術(shù)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：D7 D6 D5 D4D3 D2D1 D0OP CODErsrd其中， OP CODE為操作碼， r

2、s 為源寄存器， rd 為目的寄存器， 并規(guī)定：rs 或 rd選定的寄存器00R001R110R27 條算術(shù)邏輯指令的名稱、功能和具體格式見表2) 訪存指令及轉(zhuǎn)移指令標準實用文案模型機設(shè)計 2 條訪存指令存數(shù)（ STA）和取數(shù)（ LDA）， 2 條轉(zhuǎn)移指令無條件轉(zhuǎn)移（ JMP）和結(jié)果為零或有進位轉(zhuǎn)移指令（ BZC），這 4 條指令長度為 2 個字節(jié)，其指令格式為：D7 D6D5 D4D3 D2D1 D00 0MOP CODErdD其中，OP CODE為操作碼， rd 為目的寄存器地址 （LDA、STA指令使用）。D 為偏移量（正負均可） ， M為尋址模式，其定義如下：尋址模式 M有效地址 E說

3、明00E D直接尋址01E（ D）間接尋址10E（ RI） DRI 變址尋址11E（ PC） D相對尋址本模型機規(guī)定變址寄存器RI 指定為寄存器 R2。3)I/O 指令輸入（ IN ）和輸出（ OUT）指令采用單字節(jié)指令，其格式如下：D7 D6 D5 D4D3 D2D1 D0OP CODEaddrrd其中， addr 01 時，選中“ INPUT DEVICE”中的開關(guān)組作為輸入設(shè)備，addr 10 時，選中“ OUTPUT DEVICE”中的數(shù)碼塊作為輸出設(shè)備。4) 停機指令指令格式如下：D7 D6 D5 D4D3 D2D1 D0OP CODE0000HALT指令用于實現(xiàn)停機操作。3. 指令

4、系統(tǒng)本模型機共有16 條基本指令，其中算術(shù)邏輯指令7 條，訪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，表列出了各條指令的標準格式、匯編符號、指令功能。表 1助記符號CLR rdMOV rs，rdADC rs ，rdSBC rs ，rdINC rdAND rs ，rdCOM rdRRC rs ，rdRLC rs ，rdLDA M, D, rdSTA M, D, rdJMP M, DBZC M, D實用文案指令格式011100rd1000rsrd1001rsrd1010rsrd1011rd1100rsrd1101rd1110rsrd1111rsrdr00M00dDr00M01

5、dr00M10dDr00M11dD功能0 rdrs rdrs+rd+cy rdrs-rd-cy rdrd+1 rdrs rd rdrd rdcyrsrs rdcyrsrs rdE rsrd EE PC當 CY 1或 Z 1， E PC標準實用文案010001raddr rdIN addr, rddrd addrOUT addr, rdr010101dHALT01000000停機四、總體設(shè)計本模型機的數(shù)據(jù)通路框圖如圖所示。BUS地址總線ALU-BS2S3AR(74273)ALU(74181)MLDARMEM （ 6116 ）S1CNT3S0CEPC-BW/RCEOUTPUTPC （74161 ）

6、 LOADDR1(74273)DR2(74273)CELDDRLDDRLDPCLED-BW/R1T42 T4T4數(shù)據(jù)總線R0-BR2-BR2(74374)W/RCS0CS1 SW-BR0(74374) R1-B R1(74374)時序微控器LDR0LDR1LDR2CS2T4CET4T4INPUTIR （ 74273 ）LDIRT3CPU圖 1： 數(shù)據(jù)通路圖根據(jù)機器指令系統(tǒng)的要求，設(shè)計微程序流程圖及確定微地址如下：標準實用文案12000S2序R程U R)A 1BI微+1C-(行C PM SPPAU運R B7912037左1C97R2位 移0L-R-進 環(huán)9096R7帶2900361C9位 移7R

7、20R進 環(huán)-R-90帶 右9R2516S13SdR6U0MUDBrBO-C-S1SdURU4rBDB5331261S6SdRR-0DUDUD2rBBR N-D-A-S-S+SsUdU1UrBrBRB3DS12d136CUR-r0BD1N+-I-1SSdURU2rB4DB562S113S555RUR-R位CUDBD2DBR進U-D-S-SMS-S帶sUAU1UrBR BRB13DS12S2d1355-CURUR2r0BDBDR DD-A-+SSSsUdU1UrBrBRB0Dd130VrO-MsrR7S1LC2Ud0B00r-020-臺=SUU制6LB1A控20PL OHTST1d0r-1RD3

8、)2A1W1S(,PBRWS()000(D2)WRKA 1 +(- CPC P P4102S12URBD-MSAURB7D2EL-1RD5S1)12U0TB12U0RO-(1dEArW+1K-C4SdCP0P2UrN B I - S W U S B367010)2S142551R4SR4對URR-RA 1BDUD2A2D相+BRR- C-D-D-(C PM S-S+S+S1PAUCU1U1U1RBPBRBRBDD256750)2S112141R1R4址1URR-RABDD2A2D+RR變-D-D-C-)+S+-(C PMS11U1S0PAURRBRU1RB(DDB15670)2SR0S10SR

9、R04接1UAURUAABBDB間+-C-(C PMSMSMS1PAUAUAU0RBRBRB0340)2S10SR04接1U RU RABDBA直+-C-S(C PM SM U0PAUAB0R BR4 S2U 1 B R D - ) -W SS UB()2(P03 MAR-1RD34DAL24SCPUPBM-J-S1URBD14SMAUABRTS-dSrUB04SdUrDBA-LSMUABR4140N416SC 0)UPB3(-P1SY RUDB101010標準實用文案圖 2：微程序流程圖根據(jù)流程圖，確定如下微程序：微程序：$M00018108$M2205DB81$M0101ED82$M230

10、180E4$M0200C050$M24018001$M0300A004$M2595AAA0$M0400E0A0$M2600A027$M0500E006$M2701BC28$M0600A007$M2895EA29$M0700E0A0$M2995AAA0$M0801ED8A$M2A01B42B$M0901ED8C$M2B959B41$M0A00A03B$M2C01A42D$M0B018001$M2D65AB6E$M0C00203C$M2E0D9A01$M0D00A00E$M2F01AA30$M0E01B60F$M300D8171$M0F95EA25$M31959B41$M1001ED83$M320

11、19A01$M1101ED85$M3301B435$M1201ED8D$M3405DB81$M1301EDA6$M35B99B41$M14001001$M360D9A01$M15030401$M37298838$M16018016$M38019801$M173D9A01$M3919883A$M18019201$M3A019801標準實用文案$M1901A22A$M3B070A08$M1A01B22C$M3C068A09$M1B01A232$M1C01A233$M1D01A236$M1E318237$M1F318239$M20009001$M21028401驗證程序：助記符機器碼IN 01, R

12、0$P0044IN 01, R2$P0146SBC R2,R0$P02A8MOV R0, R1$P0381RLC R1, R1$P04F5OUT R1,R1$P0559HALT$P0660指令功能 ：在實驗板的數(shù)據(jù)開關(guān)手動輸入一個數(shù)存到R0 寄存器里，在輸入另一個數(shù)到 R2 寄存器里，然后用R2-R0 存到 R0 寄存器里，接著把R0 里的數(shù)轉(zhuǎn)存到 R1 寄存器，然后再把 R1 的數(shù)左移一位存到 R1，接著在數(shù)碼管顯示輸出當前 R1 寄存器里的數(shù)，最后停止。五、實驗步驟1. 按圖連接實驗線路標準實用文案2. 寫入程序1) 手動寫入A.按如下步驟講微代碼寫入微控器中的存儲器2816 中：將編程開

13、關(guān)置為 PROM（編程）狀態(tài)。將實驗板上“ STATEUNIT”中的“ STEP”置為“ STEP”，“ STOP”置為“ RUN”狀態(tài)。用二進制模擬開關(guān)置微地址MA5MA0。在 MK24MK1開關(guān)上置微代碼，24 位開關(guān)對應(yīng) 24 位顯示燈，開關(guān)量置為“ 0”時燈亮，開關(guān)量為“1”時燈滅。啟動時序電路（按動啟動按鈕“START”），即將微代碼寫入到 2816的相應(yīng)地址對應(yīng)的單元中。重復步驟，將所有的微代碼寫入2816 中。B. 按如下步驟校驗微代碼將編程開關(guān)置為 READ（校驗）狀態(tài)。將實驗板上“ STATE UNIT”中的“ STEP”置為“ STEP”，“ STOP”置為“ RUN”狀態(tài)

14、。用二進制模擬開關(guān)置微地址MA5MA0。啟動時序電路（按動啟動按鈕“START”），讀出微代碼。觀察顯示燈 MD24 MD1的狀態(tài)（燈亮為“0”，滅為“ 1”），檢查讀出的微代碼是否與寫入的相同。如果不同，則將開關(guān)置于PROM編程狀態(tài)，重新執(zhí)行）即可。C.按如下步驟使用KWE微程序進行機器指令程序的裝入。使編程開關(guān)處于“RUN”， STEP為“ STEP”狀態(tài)， STOP為“ RUN”狀態(tài)。撥動總清開關(guān) CLR（0 1 0），微地址寄存器清零，程序計數(shù)器清零，然后使控制臺SWB、SWA開關(guān)置為“ 0 1 ”，并按動一次 START，微地址顯示燈顯示“ 010001”。再按動一次 START，微

15、地址燈顯示 “ 010100”，此時數(shù)據(jù)開關(guān)的內(nèi)容置為要寫入的機器指令。再按動兩次START鍵后，即完成該條指令的寫入，并且微地址顯示燈顯示“010001”。（注：由 KWE的流程圖可知，該流程每執(zhí)行一次，將向PC 寄存器所指向的存儲器單元中寫入一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，并且將PC加 1。）如果還需要向存儲器中輸入數(shù)據(jù)，則需重復重新執(zhí)行。D.按如下步驟使用KRD微程序進行機器指令程序的檢查。使編程開關(guān)處于“RUN”， STEP為“ STEP”狀態(tài)， STOP為“ RUN”狀態(tài)。撥動總清開關(guān) CLR（0 1 0），微地址寄存器清零，程序計數(shù)器清標準實用文案零，然后使控制臺SWB、SWA開關(guān)置為“ 0 0”

16、， 并按動一次啟動開關(guān) START，微地址顯示燈顯示“ 010000”。 再按動一次 START，微地址燈顯示“ 010010”，第三次按動 STRAT，微地址燈顯示為“ 010111”，再按動 STRAT后此時輸出單元的數(shù)碼管顯示為 PC寄存器所指單元的內(nèi)容。 （注：由 KRD的流程圖可知，該流程每執(zhí)行一次，將顯示 PC 寄存器所指向的存儲器單元中一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，并且將 PC加 1。）如果還需要檢查存儲器中其他單元的數(shù)據(jù)，則需重復重新執(zhí)行。2) 聯(lián)機讀 / 寫程序?qū)⑽⒋a寫入文本文件中，通過聯(lián)機軟件載入實驗系統(tǒng)。3. 運行程序1) 本機運行A. 單步運行程序使編程開關(guān)處于 “ RUN”狀態(tài)，

17、 STEP為“STEP”狀態(tài)， STOP為“ RUN”狀態(tài)。撥動總清開關(guān) CLR（0 1 0），微地址寄存器清零，程序計數(shù)器清零。單步運行一條微指令，每按動一次START鍵，即單步運行一條微指令。對照微程序流程圖，觀察微地址顯示燈是否與流程一致。當運行結(jié)束后，可檢查存數(shù)單元（0BH）中的結(jié)果是否和理論計算結(jié)果一致。B. 連續(xù)運行程序使編程開關(guān)處于 “ RUN”狀態(tài)， STEP為“EXEC”狀態(tài)， STOP為“ RUN”狀態(tài)。撥動總清開關(guān)CLR（0 1 0），微地址寄存器清零，程序計數(shù)器清零。按動 START鍵，系統(tǒng)將連續(xù)運行程序，直至將STOP撥至“ STOP”狀態(tài)。當運行結(jié)束后，可檢查存數(shù)單元（0BH）中的結(jié)果是否和理論計算結(jié)果一致。2) 聯(lián)機運行聯(lián)機運行程序時， 進入軟件界面， 裝載機器指令及微指令后，運行即可。標準實用文案圖 3：實驗連接圖六、實驗總結(jié)：這次課程設(shè)計中，基于前幾次實驗中，對計算機的大致組成以及運行原理有了初步的了解，并且對實驗板也比較熟悉了，所以按照實驗連接圖連線也比較上手了，經(jīng)過那么多次實驗，覺得標準實用文案連線最重要的就是認真，如果一開小差就會出錯，每連完一條線之后，都要檢查一遍，看是否連錯，這告訴我們，做每一件事都要認認真真的完成，容不得一絲馬虎，否則只會