復(fù)雜模型機的設(shè)計與實現(xiàn)

1、復(fù)雜模型機的設(shè)計與實現(xiàn)一 課程設(shè)計題目：復(fù)雜模型機的設(shè)計與實現(xiàn)二設(shè)計目的綜合運用所學(xué)計算機原理知識，設(shè)計并實現(xiàn)較為完整的計算機。三實驗環(huán)境1硬件環(huán)境：A.Dais-CMB+計算機組成原理教學(xué)實驗系統(tǒng)一臺，排線若干。B.PC機2軟件環(huán)境A.操作系統(tǒng)。B.Dais-CMB+應(yīng)用軟件。四設(shè)計要求1熟悉Dais-CMB+應(yīng)用軟件的工作環(huán)境，掌握各種功能的使用。2擬定數(shù)據(jù)格式及指令系統(tǒng):A.數(shù)據(jù)格式擬采用定點補碼表示數(shù)據(jù)，且字長為8位，其格式如下：76543210符號尾數(shù)其中第7位為符號位，數(shù)值表示范圍是：-1X<1。B.指令格式模型機設(shè)計四大類指令格式共16條，其中包括算術(shù)邏輯指令、I/O指令、

2、訪問及轉(zhuǎn)移指令和停機指令。算術(shù)邏輯指令:設(shè)計9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： 76543210OP-CODERSrd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：RS或rd選定的寄存器000110R0R1R29條算術(shù)邏輯指令的名稱、功能和具體格式見表1。訪問指令及轉(zhuǎn)移指令:模型機設(shè)計2條訪問;指令，即存數(shù)（STA）、取數(shù)（LDA）,2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)移指令(BZC),指令格式為:76 543 21 00M0OP-CODErdD其中,OP-CODE為操作碼, 為目的寄存器地址(LDA、STA指令

3、使用)。D為位移量（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說明00011011E=DE=（D）E=（RI）+DE=（PC）+D直接尋址間接尋址RI變址尋址相對尋址本模型機規(guī)定變址寄存器RI指定為寄存器R2。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：7 6 5 43 21 0OP-CODEaddrRd其中，addr =10時，選中“INPUT DEVICE”中的開關(guān)作為輸入設(shè)備，addr =11時，選中“OUTPUT DEVICE”中的LED作為輸出設(shè)備。停機指令: 指令格式如下： 7 6 5 43 21 0OP-CODE 0 0 0 0HALT

4、指令，用于實現(xiàn)停機操作。C.指令系統(tǒng)本模型機共有16條指令，其中算術(shù)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，其他指令1條。表6-1列出了各條指令的格式、匯編符號、指令功能。匯編符號指令格式功能CLR rdMOV rs, rdADC rs, rdSBC rs, rd111000RD0 rdRS rdRS+rd+cy rdRS-rd-cy rd0001RSRD0011RSRD0101RSRDINC rdAND rs, rdCOCOM rdRRC rs, rdRLC rs, rd0111RSRDRd+1 rdRsrd rdRd rdCy rsCy rs1001RSRD1011

5、RSRD1101RSRD1111RSRDLDA M, D, rdSTA M, D, rdJMP M, DBZC M, D0M000RDE rsRd EE PC當(dāng)CY=1或Z-1時，EPC0M001RD0M010000M01100IN addr,rdOUT addr,rd100001RDAddr rd 101010RDRd addrHALT11000000停機表1 3.總體設(shè)計:模型機的數(shù)據(jù)通路框圖參照圖1，要求如下：(1) 選用適當(dāng)軟件畫出數(shù)據(jù)通路框圖；(2) 寫出圖中選用芯片的邏輯功能，并標出外引腳；(3) 說明圖中各芯片的作用；(4) 列出圖中所有微操作信號，說明其功能。 B寫出上圖中選用

6、芯片的邏輯功能，并標出外引腳；74LS161N芯片介紹：1. 芯片圖：2. 邏輯功能：74LS161為異步清零計數(shù)器RD LD ET EP CP D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 × × × × × × × × 0 0 0 0 1 0 × × D C B A D C B A 1 1 0 × × × × × × 保 持 1 1 × 0 × × × × × 保 持

7、 1 1 1 1 × × × × 計 數(shù)74LS161功能表74LS181芯片介紹：1.芯片圖：2.邏輯功能：74LS181為算術(shù)邏輯單元/函數(shù)產(chǎn)生器。181能執(zhí)行16種算術(shù)運算和16種邏輯運算，當(dāng)工作方式控制端（M）為低點平時執(zhí)行算術(shù)運算，當(dāng)工作方式控制端（M）為高電平時執(zhí)行邏輯運算。運算功能由選擇端（S0-S3）決定。其功能表如下：74LS273芯片介紹：1.芯片圖：2.邏輯功能：SN74LS273是一個8位的高速寄存器，這種觸發(fā)器由8種D觸發(fā)器組成，具有共同的時鐘和異步活動的低電平控制端。74LS299芯片介紹:1.芯片圖：2.邏輯功能：74LS3

8、73芯片介紹：1.芯片圖：2.邏輯功能:74LS273為8D觸發(fā)器，為低電平有效的清除端，當(dāng)=0時，輸出全為0且與其他輸入端無關(guān)；CP端是時鐘信號，當(dāng)CP由低電平向高電平跳變時刻，D端輸入數(shù)據(jù)傳送到Q輸出端。74LS373是帶三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器，由于單片機的三總線結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)線與地址線的低8位共用P0口，因此必須用地址鎖存器將地址信號和數(shù)據(jù)信號區(qū)分開。74LS373的鎖存控制端G直接與單片機的鎖存控制信號ALE相連，在ALE的下降沿鎖存低8位地址。6116芯片介紹：1.芯片圖2.邏輯功能6116有11條地址線A0A10；8條雙向數(shù)據(jù)線I/O0I/O7；為片選線，低電平有效；寫允許線，低電

9、平有效；讀允許線，低電平有效。6116的操作方式如下表所示。表： 6116功能表： 方式I/O0I/O7H××未選中高阻LLH讀O0O7LHL寫I0 I7LLL寫I0 I74.設(shè)計微程序流程:根據(jù)機器指令系統(tǒng)要求，設(shè)計微程序流程圖并確定微地址。（參考圖2）要求：l 擬出各指令的讀取與執(zhí)行流程，及其操作時間表。32 31 302928262524232221201918171615AAR備用A9A8CELOADCNMS0S1S2S3BLDARl 按照系統(tǒng)建議的微指令格式，參照微指令流程圖，將每條指令代碼化，譯成二進制代碼表，并將二進制代碼表轉(zhuǎn)移為聯(lián)機操作時的十六進制格式文件

10、1413121110987654321LDPCLDIRDDR2DDR1LDRiWEUA0UA1UA2UA3UA4UA5BSWA字段 323130選擇000001PC-B010AL-U-B011299-B100RS-B101RD-B110RI-BB字段162選擇測試字0001P（1）識別操作碼10P（2）判尋址方式11P（3）條件測試說明：DDR1表示LDDR1；DDR2表示LDDR25編寫程序:(1)利用PC機編寫程序，并記錄單步，宏單運行時的微指令顯示，微地址顯示，數(shù)碼管顯示結(jié)果；(2)分析單步運行時數(shù)據(jù)通路和各部件的運行情況。編寫的程序如下：P00 84 ； IN R0P01 85 ； I

11、N R1P02 21 ； ADD 30H ，R1P03 30P04 11 ； MOV R1，R2P05 F2 ； RLC R2P06 E0 ； RL R0P07 22 ； ADD R2 ，R0P08 C0 ； RRC R0P09 60 ； STA 0BH ，R0P0A 0BP0B 80 ； OUT BUS ，0AHP0C 0A P0D A0 ； JMP 00HP0E 00P0F C0 ； HAIT五. 處理程序：1機器程序和與其對應(yīng)的微控制程序的寫入：在聯(lián)機狀態(tài)下，首先應(yīng)打開cmb1.abs（模型機一機器指令及對應(yīng)微指令編輯文本），然后點擊“！”圖標進入連接裝載，一旦屏幕自動彈出動態(tài)調(diào)試窗口表

12、示代碼及微代碼下載已成功，進入Windows95在線集試調(diào)試環(huán)境。2運行程序：l 單步運行微程序鍵入數(shù)字鍵00（PC地址從00H開始），然后每按動一次“單步”命令鍵，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和流程一致。l 單步運行機器程序鍵入數(shù)字鍵00H（PC地址），然后每按動一次“宏步”命令鍵，運行一條機器指令。對照機器指令程序，觀察微地址顯示燈是否和流程一致。l 程序設(shè)連續(xù)運行與暫停程序鍵入數(shù)字鍵00H（PC地址），按動“運行”命令鍵使模型機進入實時運行狀態(tài)。在實時運行狀態(tài)按“宏單”鍵執(zhí)行的暫停命令，使模型機進入停機狀態(tài)，參照機器指令及微程序流程圖，將實驗現(xiàn)象與理論分析比較。

13、3程序裝載在聯(lián)機狀態(tài)下，首先應(yīng)打開 （模型機三機器指令及對應(yīng)微程序編輯文本），然后單擊“！”圖標進入連接裝載，一旦屏幕自動彈出動態(tài)調(diào)試框表示代碼代碼及微代碼已下載成功，已進入在線集試調(diào)試環(huán)境：使用者若打開示圖窗后再點擊與運行相關(guān)的圖標，PC以追蹤方式動態(tài)顯示模型機運行軌跡。六程序運行結(jié)果記錄及分析：七實習(xí)總結(jié)：通過對計算機組成原理的學(xué)習(xí)，深刻體會到了計算機的硬件和軟件是不可分割的整體，它們統(tǒng)一完成一項重要的任務(wù)，同時懂得硬件與軟件之間的可以相互替代，但是硬件完成的效率要快一些，而軟件完成要比較慢些。這次的微程序的設(shè)計運行及調(diào)試給了我們很深的影響，表現(xiàn)在我們的動手能力比較差。但是這次的任務(wù)比較重

14、，主要是對硬件知識了解的不夠透徹不夠熟悉，才導(dǎo)致了我們不能很快的完成任務(wù)。我們通過上網(wǎng)查資料，找書看各種渠道的方法找關(guān)于實驗的方面的資料，好比，各種芯片及其個引角的功能，仔細的研究各芯片之間的聯(lián)系，把所要設(shè)計的電路圖設(shè)計完整。通過這次的實驗我們懂得了不少的東西以及心得體會，主要有完成一件任務(wù)是要獨立的完成，養(yǎng)成一個良好的習(xí)慣，學(xué)會利用各種的資源來查找資料，（學(xué)會學(xué)習(xí)），還有是在設(shè)計當(dāng)中知道了很多芯片的功能，完成某項功能，如何進行巧妙的設(shè)計電路，懂得的算術(shù)器，控制器，存儲器的結(jié)構(gòu)和運行過程，這對我們來說是一次很大的收獲。還有就是在實驗當(dāng)中懂得怎么樣把匯編語言換成機器所能執(zhí)行的機器代碼，而不能直接執(zhí)行人門所能理解的語言，那是不行的，計算機只懂得它所固定格式的代碼命令，所以計算機執(zhí)行的都是固定格式的機器代碼，人們看到和編寫的只是人們所理解的字符，