計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)

1、邏輯加與減法指令在基本模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)背景與設(shè)計(jì)目標(biāo)通過計(jì)算機(jī)組成原理理論課和幾次實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，嘗試設(shè)計(jì)五條機(jī)器指令，并編寫相 應(yīng)的微程序，完成由基本單元電路構(gòu)成一臺(tái)基本模型機(jī)，再經(jīng)過調(diào)試指令和模型機(jī)使其 在微程序的控制下自動(dòng)產(chǎn)生各部件單元的正常工作控制信號(hào)。在設(shè)計(jì)基本模型機(jī)的實(shí)驗(yàn)過程中，個(gè)別部件單元的控制信號(hào)是人為模擬產(chǎn)生的，而 本課程設(shè)計(jì)將能在微程序控制下自動(dòng)產(chǎn)生各部件單元控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)特定指令的功能。 這里，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通路的控制將由微程序控制器來完成，CPU從內(nèi)存中取出一條機(jī)器指 令到指令執(zhí)行結(jié)束的一個(gè)指令周期，全部由微指令組成的序列來完成，即一條機(jī)器指令 對(duì)應(yīng)一條微程序。本課程設(shè)計(jì)

2、要求增加兩條機(jī)器指令，我組選擇：或OR （邏輯加），SUB （減法）設(shè)計(jì)儀器TDN-CM+計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)，排線若干；PC機(jī)一臺(tái)。設(shè)計(jì)原理微程序控制電路微程序控制器的組成見圖1-13。其中控制存儲(chǔ)器采用3片2816 E2PR0M，具有掉電 保護(hù)功能。微命令寄存器18位，用兩片8D觸發(fā)器（74LS273）和一片4D （74LS175） 觸發(fā)器組成。微地址寄存器6位，用三片上升沿觸發(fā)的雙D觸發(fā)器（74LS74）組成，它 們帶有清“0”端和置“1”端。在不判別測(cè)試的情況下，T2時(shí)刻打入微地址寄存器的 內(nèi)容即為下一條微指令地址。當(dāng)T4時(shí)刻進(jìn)行測(cè)試判別時(shí)，轉(zhuǎn)移邏輯滿足條件后輸出的 負(fù)脈沖通

3、過強(qiáng)置端將某一觸發(fā)器設(shè)置為“1”狀態(tài)，完成地址修改。在該實(shí)驗(yàn)電路中，在CONTROL UNIT有一個(gè)編程開關(guān)，它具有三種狀態(tài)：WRITE （編 程）、READ （校驗(yàn)）、RUN （運(yùn)行）。當(dāng)處于“編程狀態(tài)”時(shí)，實(shí)驗(yàn)者可根據(jù)微地址和 微指令格式將微指令二進(jìn)制代碼寫入到控制存儲(chǔ)器2816中。當(dāng)處于“校驗(yàn)狀態(tài)”時(shí)， 可以對(duì)寫入控制存儲(chǔ)器中的二進(jìn)制代碼進(jìn)行驗(yàn)證，從而可以判斷寫入的二進(jìn)制代碼是否 正確。當(dāng)處于“運(yùn)行狀態(tài)”時(shí)，只要給出微程序的入口微地址，則可根據(jù)微程序流程圖 自動(dòng)執(zhí)行微程序。圖中微地址寄存器輸出端增加了一組三態(tài)門74LS245，目的是隔離觸 發(fā)器的輸出，增加抗干擾能力，并用來驅(qū)動(dòng)微地址顯示

4、燈微指令格式微指令字長24位，其控制位順序如下：表1-2 微指令結(jié)構(gòu)圖微程序242322212019181716151413121110987654321控制信號(hào)S3S2S1S0MCNWECELDPCABPuA5uA4uA3uA2uA1uA0A字段B字段P字段151413控制信號(hào)121110控制信號(hào)987控制信號(hào)000000000001LDRi001RS_B001P1010LDDR1010010011LDDR2011011100LDIR100299_B100P4101LOAD101ALU_B101110LDAR110PC_B110其中uA5 一 uA0為6位的后續(xù)微地址，A、B、P為三個(gè)譯碼字

5、段，分別由三個(gè)控 制位譯碼出多位。P字段中的Pl 一 P4是四個(gè)測(cè)試字位。其功能是根據(jù)機(jī)器指令及相應(yīng) 微代碼進(jìn)行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實(shí)現(xiàn)微程序的順序、分支、循 環(huán)運(yùn)行。AR為算術(shù)運(yùn)算是否影響進(jìn)位及判零標(biāo)志控制位，其為零有效。B字段中的RS_B、 RD_B、RI_B分別為源寄存器選通信號(hào)、目的寄存器選通信號(hào)及變址寄存器選通信號(hào)， 其功能是根據(jù)機(jī)器指令來進(jìn)行三個(gè)工作寄存器R0、R1及R2的選通譯碼。實(shí)驗(yàn)步驟1按照基本模型機(jī)的同路框圖設(shè)計(jì)微程序流程圖數(shù)據(jù)通路圖：EDGL D I R微程序流程圖的控制臺(tái)部分:EDGL D I R微程序流程圖的控制臺(tái)部分:+ OOfJRMBUSBUS

6、DR1P01PC-ARPC+1RAM-BUSINADDSTA06BUS-IRRAM-BUSBUS-ARJMPPC-ARPC+1OR 15PC-ARPC+134SUB16PC-ARPC+130I-27 R0-BUSBUS-RAMRAM-BUSPC-ARPC+1RAM-BUSINADDSTA06BUS-IRRAM-BUSBUS-ARJMPPC-ARPC+1OR 15PC-ARPC+134SUB16PC-ARPC+130I-27 R0-BUSBUS-RAMRAM-BUSBUS-DR1RAM-BUSBUS-AR35 R0-BUSBUS-DR036RAM-BUS31，R0-BUSBUS-DR02.Q32

7、R0-DR1DR1+DR2-R0l_/01R0-DR12下圖為將全部微程序按微指令格式變成二進(jìn)制代碼，可得下表的二進(jìn)制代碼 表微地址S3sCNWECE LDPCABPuA5suA0000 0 0 0 0 001 10 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 0010 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 0020 0 0 0 0 000 11 0 00 0 00 0 10 0 1 0 0 0030 0 0 0 0 000 11 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 0040 0 0 0 0 000 10 1 10 0 00 0 00 0 0

8、1 0 1050 0 0 0 0 001 10 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 0061 1 1 0 1 001 10 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1070 0 0 0 0 000 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 1100 0 0 0 0 000 10 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 1110 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 1120 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 0 0 1 1 1130 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 0 1

9、 1 1 0140 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 1 1 0 0 0150 0 0 0 0 010 10 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 1160 0 0 0 0 000 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 1170 0 0 0 0 000 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 0 1200 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 1 0 0 1 0210 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 0 0220 0 0 0 0 000 10 1 00 0 00 0 00 1

10、0 1 1 1230 0 0 0 0 001 10 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 1240 0 0 0 0 000 10 1 00 0 00 0 00 1 1 0 0 1300 0 0 0 0 000 11 1 00 0 00 0 00 1 1 0 0 1310 0 0 0 0 000 10 1 10 0 00 0 00 1 1 0 1 0320 0 0 0 0 001 10 1 00 0 10 0 00 1 1 0 1 1330 1 1 0 0 001 10 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1340 0 0 0 0 000 11 1 00 0 00 0 00 1

11、 1 1 0 1350 0 0 0 0 000 10 1 10 0 00 0 00 1 1 1 1 0360 0 0 0 0 001 10 1 00 0 10 0 00 1 1 1 1 0361 1 1 0 1 001 10 0 11 0 10 0 00 1 1 1 1 1371 1 1 0 1 001 10 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 13連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)檢查無誤BUiiutniLEEUlL-f ledejLJVKBMII 1+1311I器口I：3 總 劉iOGlTininiAUJ-E 口 -LUUNIIE7 IDEiOI ED-fOPOE 口ID.-JLQ-JUPC 口

12、J3ntE；!；!TINIIT.T1Q ms 倒:ZbiJVIICHlTtUT:riT;心lujei3連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)檢查無誤BUiiutniLEEUlL-f ledejLJVKBMII 1+1311I器口I：3 總 劉iOGlTininiAUJ-E 口 -LUUNIIE7 IDEiOI ED-fOPOE 口ID.-JLQ-JUPC 口J3ntE；!；!TINIIT.T1Q ms 倒:ZbiJVIICHlTtUT:riT;心lujei J. l_lLmK2BLl _ 廠I斑I；四nH7TTQHIT KlTEiIllUE.口 LDElLD?上LQJZi口 JVE 口中湍汨HJCED-CQTIE

13、nilJT.微控制器時(shí)序控制實(shí)驗(yàn)接線圖:以下為微程序內(nèi)容，用于驗(yàn)證指令是否可以執(zhí)行，按下表寫入程序地址(八位)機(jī)器指令碼助記符功能說明400000 0000INDATA-R0410101 0000OR 47HR0+47Hf R0420100 0111430000 0000INDATA-R0440110 0000SUB 47HR0-47HR0450100 011146470000 0001自定義數(shù)據(jù)4.運(yùn)行程序單步運(yùn)行程序使編程開關(guān)處于“RUN”狀態(tài)，STEP為“STEP”狀態(tài)，STOP為“RUN”狀態(tài)。撥動(dòng)總清開關(guān)CLR (0-1)，微地址清零，PC計(jì)數(shù)器清零，程序首地址為40H。單步運(yùn)行一條

14、微指令，每按動(dòng)一次START鍵，即單步運(yùn)行一條微指令。對(duì)照微程序 流程圖，觀察微地址顯示燈是否和流程一致?？捎^察地址等，數(shù)據(jù)等和微地址燈看結(jié)果。連續(xù)運(yùn)行程序使“STATE UNIT”中的STEP開關(guān)置于“EXEC”狀態(tài)，STOP開關(guān)置為“RUN”狀態(tài)。撥動(dòng)CLR開關(guān)，清微地址及PC計(jì)數(shù)器，按動(dòng)START，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行程序，稍后將STOP 撥至“STOP”時(shí)，系統(tǒng)停機(jī)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析經(jīng)老師檢查后，在鍵盤輸入8A與01做以上微程序的邏輯加與減法計(jì)算，最后得到 的邏輯加的結(jié)果是：8B，正確！減法的結(jié)果是89,結(jié)果也正確，增加的指令可行。課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)，在彭小紅老師和黃超英的幫助和指導(dǎo)下，

15、以及組員的積極配合，有 了兩天時(shí)間基本實(shí)現(xiàn)了課程設(shè)計(jì)的基本要求和功能。通過緊張有序的幾天的課程設(shè)計(jì)實(shí) 踐，不僅讓我們對(duì)基本模型機(jī)原理和微程序的編輯、寫入方法有了進(jìn)一步的了解，也讓 我們覺得自己的動(dòng)手能力有了很大的提高;在課程設(shè)計(jì)中自己思考解決遇到的問題，理 論知識(shí)得到實(shí)際體驗(yàn)，這鞏深化和鞏固了自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)；組員之間緊密配合工作，更 加理解了團(tuán)隊(duì)合作精神。本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于測(cè)試字位P(1)、P (4)的功能，只要理解了它是怎么實(shí)現(xiàn)程序的 順序、分支、循環(huán)運(yùn)行的，其它的步驟即可迎刃而解。通過這次實(shí)踐，使我們懂得，只要自己在每一次實(shí)踐中都能仔細(xì)思考，能親自動(dòng)手， 課程設(shè)計(jì)中遇到的難點(diǎn)都可以順利解決。每個(gè)同學(xué)都要多操作演示，理解各個(gè)步驟的意 義，只有多操作才能從中發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)解決問題，從而更好的掌握實(shí)驗(yàn)的基本原理。課 程設(shè)計(jì)目的除工作量和設(shè)計(jì)質(zhì)量之外,更重要的是認(rèn)真去對(duì)待，通過設(shè)計(jì)實(shí)踐對(duì)理論知 識(shí)有了更深刻的認(rèn)識(shí)