電子計算機(jī)組成原理課程設(shè)計---模擬機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn)

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計</b></p><p>　　二○一○年六月二十二日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一． 程序設(shè)計概述2</p><p>　　1.1 課程設(shè)計目的2</p><p>　　1.2課程設(shè)計任務(wù)和基本要

2、求2</p><p>　　二． 模型機(jī)的具體設(shè)計3</p><p>　　2.1.設(shè)計目標(biāo)3</p><p>　　2.2.設(shè)計原理3</p><p>　　2.2.2控制臺命令流程圖3</p><p>　　2.2.3內(nèi)存映象4</p><p>　　2.2.4微程序5</p>

3、<p>　　三． 課程設(shè)計具體實現(xiàn)步驟7</p><p>　　3.1按照圖2連線7</p><p>　　3.2.微指令代碼7</p><p><b>　　3.3分析8</b></p><p><b>　　3.4聯(lián)機(jī)實現(xiàn)8</b></p><p><

4、;b>　　3.5結(jié)果分析8</b></p><p><b>　　四．設(shè)計心得8</b></p><p><b>　　五. 參考文獻(xiàn)9</b></p><p><b>　　程序設(shè)計概述</b></p><p>　　1.1 課程設(shè)計目的</p>

5、<p>　　通過對一個簡單計算機(jī)的設(shè)計，對計算機(jī)的基本組成、部件的設(shè)計、部件間的連接、微程序控制器的設(shè)計、微指令和微程序的編制與調(diào)試等過程有更深的了解，加深對理論課程的理解。為今后的科研打下扎實的基礎(chǔ)。</p><p>　　1.2課程設(shè)計任務(wù)和基本要求 </p><p>　?。?）按給定的數(shù)據(jù)格式和指令系統(tǒng)，理解為程序控制器的設(shè)計原理。</p><p>

6、;　?。?）設(shè)計給定機(jī)器指令系統(tǒng)遺跡微程序流程圖，安慰指令格式寫出微程序的微指令代碼。</p><p>　?。?）連接邏輯電路，完成啟動、測試、編程、校驗和運(yùn)行，并觀測運(yùn)行過程及結(jié)果。</p><p>　?。?）將微程序控制器模塊與運(yùn)算器模塊、存儲器模塊聯(lián)機(jī)，組成一臺模擬計算機(jī)。</p><p>　?。?）用微程序控制器控制模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路。</p>

7、<p>　?。?）通過在模型機(jī)上運(yùn)行由機(jī)器指令組成的簡單程序，掌握機(jī)器指令與微指令的關(guān)系，建立計算機(jī)的整機(jī)概念，掌握計算機(jī)的控制機(jī)制。</p><p>　　按指定應(yīng)用項目進(jìn)行匯編指令格式及功能設(shè)計，并設(shè)計相應(yīng)的機(jī)器指令代碼，按照模型及數(shù)據(jù)通路設(shè)計實現(xiàn)機(jī)器指令功能的微程序。</p><p><b>　　模型機(jī)的具體設(shè)計</b></p><p

8、><b>　　2.1.設(shè)計目標(biāo)</b></p><p>　　設(shè)計一臺模型機(jī)實現(xiàn)IN(輸入)、ADD(加法)、STA(存數(shù))、OUT(輸出)、JMP(無條件轉(zhuǎn)移)指令系統(tǒng)。并通過給定的工作程序驗證上述指令系統(tǒng)。</p><p><b>　　2.2.設(shè)計原理</b></p><p><b>　　2.2.1機(jī)器指

9、令</b></p><p>　　本設(shè)計實現(xiàn)的模型機(jī)共包含五條機(jī)器指令：IN(輸入)、ADD(加法)、STA(存數(shù))、OUT(輸出)、JMP(無條件轉(zhuǎn)移)，其指令格式如下(前4位為操作碼)：</p><p>　　其中IN為單字長(8位)，其余為雙字長指令，XXXXXXXX為addr對應(yīng)的二進(jìn)制地址碼。</p><p>　　2.2.2控制臺命令流程圖<

10、/p><p>　　在測試程序裝入內(nèi)存后，機(jī)器自動執(zhí)行控存中00號的微指令，產(chǎn)生控制臺命令，其流程如下（01為取指微指令的地址）：</p><p><b>　　圖1</b></p><p><b>　　2.2.3內(nèi)存映象</b></p><p>　　本設(shè)計的工作程序的內(nèi)存映象(裝入起始地址00H)如下：&

11、lt;/p><p><b>　　2.2.4微程序</b></p><p>　　微程序（主要ADD部分）</p><p><b>　　2.3設(shè)計流程圖</b></p><p>　　課程設(shè)計具體實現(xiàn)步驟</p><p><b>　　3.1按照圖2連線</b>&l

12、t;/p><p><b>　　圖2</b></p><p><b>　　3.2.微指令代碼</b></p><p>　　聯(lián)機(jī)寫入程序（微指令），按照實驗要求的規(guī)定格式，將機(jī)器指令及微指令二進(jìn)制代碼表編輯成十六進(jìn)制的文件。</p><p><b>　　微指令代碼如下：</b><

13、/p><p>　　$M00018110$M0700E00D$M0E00E00F$M15070A01</p><p>　　$M0101ED82$M08001001$M0F00A015$M1600D181</p><p>　　$M0200C048$M0901ED83$M1001ED92$M17070A10</p><p

14、>　　$M0300E004$M0A01ED87$M1101ED94$M18068A11</p><p>　　$M0400B005$M0B01ED8E$M1200A017</p><p>　　$M0501A206$M0C01ED96$M13018001</p><p>　　$M06959A01$M0D028201$M140020

15、18</p><p><b>　　3.3分析</b></p><p>　　程序思想如下：首先將輸入數(shù)據(jù)送R0寄存器，然后送到ALU單元執(zhí)行ADD操作，加法完成后將結(jié)果再送到R0寄存器，然后STA跳轉(zhuǎn)，將R0寄存器的數(shù)據(jù)送到0BH，然后送顯示器顯示，送顯后立即JMP指令回到微程序的01步，即繼續(xù)執(zhí)行ADD加法，一直循環(huán)。</p><p>　　微程

16、序中，當(dāng)A9=0，A8=0時，選中Y0；</p><p>　　當(dāng)A9=0，A8=1時，選中Y1；</p><p>　　當(dāng)A9=1，A8=0時，選中Y2；</p><p>　　當(dāng)A9=1，A8=1時，選中Y3 </p><p>　　微指令解釋：指令中S3…CN為全0表示不執(zhí)行任何運(yùn)算操作，A9，A8如開始解釋的表示選擇外設(shè)，均為1表示選中擴(kuò)展單

17、元（EX UNIT）的Y3，而根據(jù)實驗接線圖可知，Y3表示不做任何操作，A，B，C字段為根據(jù)實驗線路圖中起作用的單元，從09開始A，B，C分別為110，110，110表示LDAR，PC-B，LDPC有效（附錄圖3），根據(jù)數(shù)據(jù)通路圖，即是PC->AR，PC并自動+1，UA5…UA0為000011，即下址為下一條微指令地址03H。09執(zhí)行完后根據(jù)下址到達(dá)03，其中 A9，A8為01即是選中Y1，Y1與WE相連表示存儲器工作，即RAM-

18、>BUS->AR，后續(xù)地址為04H。04指令中，A，B，C字段分別為011，000，000表示LDDR2有效，即表示將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)傳送到DR2寄存器中，RAM->BUS->DR2，后續(xù)地址為05H。05這條指令的A，B，C字段為010，001，000，即是LDDR1，RS-B有效，表示叫R0的數(shù)據(jù)傳送到DR1寄存器中，R0->DR1，后續(xù)地址為06H。06指令既為ADD運(yùn)算，S3…CN為100101，A，B

19、，C字段為001，101，000，即LDR</p><p><b>　　3.4聯(lián)機(jī)實現(xiàn)</b></p><p><b>　　測試數(shù)據(jù)：FEH</b></p><p>　　結(jié)果為：FE->FF->00->01->…->FE->FF->00->… 一直循環(huán)，每次加1。</p

20、><p><b>　　3.5結(jié)果分析</b></p><p>　　ADD執(zhí)行的是不產(chǎn)生進(jìn)位的加法，所以實驗結(jié)果只是每次在原來的數(shù)據(jù)上加01H。不產(chǎn)生進(jìn)位加。</p><p><b>　　四．設(shè)計心得</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計，對計算機(jī)的基本組成、部件的設(shè)計、部件間的連接、微程序控制器

21、的設(shè)計、微指令和微程序的編制與調(diào)試等過程有更深的了解，加深了對組成原理理論課程的理解。</p><p>　　通過自己對一系列微程序的編寫，對程序執(zhí)行的流程以及指令之間的跳轉(zhuǎn)有了更深的理解，能夠根據(jù)流程圖和機(jī)器指令寫出相應(yīng)微程序，對簡單模型機(jī)里的數(shù)據(jù)流向圖也有了一定的理解，能看懂根據(jù)自己編寫的微程序在模型機(jī)上的一步步流向，對ADD，ADC，BZC，RLC……等指令的運(yùn)用更加熟悉，對它們微程序的一步步流程也有了清晰的

22、認(rèn)識，通過對機(jī)器指令和微指令的分析和編寫，理解了指令代碼所對應(yīng)的功能。</p><p>　　本次實驗中，在微程序的調(diào)試中花費(fèi)不少時間，但通過觀察模型機(jī)上的操作流向來檢查錯誤收獲較大，模型機(jī)能比較準(zhǔn)確的看出自己出錯的地方（即數(shù)據(jù)沒有向題目要求的地方流動），通過對程序進(jìn)行多次調(diào)試修改以及老師的幫助指導(dǎo)下得到正確結(jié)果。在這次課程設(shè)計中，很多計算機(jī)組成原理的知識在實際中得到運(yùn)用，對組成原理的很多內(nèi)容有了一個直觀的認(rèn)識，自