計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)--具有運(yùn)算及跳轉(zhuǎn)功能的復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　本 科 課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目：具有運(yùn)算及跳轉(zhuǎn)功能的復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 生 姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　系 別：計(jì)算機(jī)學(xué)院</p><p>　　專 業(yè) 班 級(jí)： </p>

2、;<p><b>　　指導(dǎo)教師姓名： </b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)目的·················

3、3;·····················3</p><p>　　2. 所用的設(shè)備及軟件·········

4、83;·························3</p><p>　　3. 課程設(shè)計(jì)的基本工作原理····

5、3;························3</p><p>　　課程設(shè)計(jì)的詳細(xì)設(shè)計(jì)·······

6、;··························5</p><p>　　5. 課程設(shè)計(jì)的調(diào)試步驟····

7、83;····························8</p><p>　　6. 課程設(shè)計(jì)的運(yùn)行結(jié)果及回答問(wèn)題·&#

8、183;····················12</p><p>　　7. 課程設(shè)計(jì)的心得體會(huì)··········

9、;······················15</p><p>　　1. 課程設(shè)計(jì)目的：</p><p>　　題目3：具有運(yùn)算及跳轉(zhuǎn)功能的復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)</p&

10、gt;<p><b>　　機(jī)器指令程序如下：</b></p><p>　　START:IN 01,R0 ；設(shè)計(jì)時(shí)同學(xué)們可以給R0送入同學(xué)1的學(xué)號(hào)</p><p>　　IN 01,R1 ；設(shè)計(jì)時(shí)同學(xué)們可以給R0送入同學(xué)2的學(xué)號(hào)</p><p>　　ADC R0,R1 </p>

11、;<p>　　CLR R0 </p><p><b>　　OUT 10,R0</b></p><p><b>　　OUT 10,R1</b></p><p>　　RLC R1,R2 </p><p>　　STA 00,20H,R2

12、 </p><p>　　JMP 00,START</p><p>　　綜合運(yùn)用所學(xué)計(jì)算機(jī)原理的知識(shí)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)較為完整的計(jì)算機(jī)。</p><p>　　2.明確算數(shù)邏輯指令的助記符、功能和具體格式。</p><p>　　3.學(xué)習(xí)編制機(jī)器指令及微代碼。</p><p>　　4.理解具有邏輯運(yùn)算及跳轉(zhuǎn)功能的復(fù)雜模型機(jī)的運(yùn)行過(guò)

13、程。</p><p>　　5.通過(guò)調(diào)試，加深對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各模塊的工作原理及相互聯(lián)系的認(rèn)識(shí)。</p><p>　　2. 所用的設(shè)備及軟件： 硬件：EL-JY-II型計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，排線若干</p><p>　　軟件：TDN-CM+或 TDN-CM++教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)的基本工作原理</p&g

14、t;<p>　　根據(jù)指令格式、功能、助記符編寫(xiě)機(jī)器指令（2.機(jī)器指令設(shè)計(jì)文檔），具體如下：</p><p><b>　　1.指令格式</b></p><p>　　模型機(jī)設(shè)計(jì)四大類指令共16條，其中包括算術(shù)邏輯指令、I/O指令、訪問(wèn)及轉(zhuǎn)移指令和停機(jī)指令。</p><p>　?。?）算術(shù)邏輯指令。</p><p&g

15、t;　　設(shè)計(jì)九條算是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：</p><p>　　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：</p><p>　?。?）訪問(wèn)指令及轉(zhuǎn)移指令。</p><p>　　模型機(jī)設(shè)計(jì)兩條訪問(wèn)指令，即存數(shù)（STA）、取數(shù)（LDA），兩條轉(zhuǎn)移指令，即無(wú)條件轉(zhuǎn)移（JMP）、結(jié)果為零或有進(jìn)位轉(zhuǎn)移（B

16、ZC），格式指令如下：</p><p>　　其中，OP-CODE為操作碼，rd為目的寄存器地址（LDA/STA指令使用）。D為位移量（正負(fù)均可），M為尋址模式，其定義如下：</p><p>　　本模型機(jī)規(guī)定變址寄存器RI指定為寄存器R2。</p><p><b>　?。?）I/O指令。</b></p><p>　　輸入（

17、IN）和輸出（OUT）指令采用單字節(jié)指令，其格式如下：</p><p>　　其中，addr=01時(shí)，選中“INPUT DEVICE”中的開(kāi)關(guān)組作為輸入設(shè)備，addr=10時(shí)，選中“OUTPUT DEVICE”中的數(shù)碼塊作為輸出設(shè)備。</p><p><b>　?。?）停機(jī)指令。</b></p><p><b>　　停機(jī)指令格式如下：&

18、lt;/b></p><p>　　HALT指令，用于實(shí)現(xiàn)停機(jī)操作。</p><p><b>　　2.指令系統(tǒng)</b></p><p>　　本模型機(jī)共有16條基本指令，其中算術(shù)邏輯指令7條，訪問(wèn)內(nèi)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8-1 列出了各條指令的格式、匯編符號(hào)、指令功能。</p><

19、p>　　4. 課程設(shè)計(jì)的詳細(xì)設(shè)計(jì)</p><p>　　1.根據(jù)題目給出的機(jī)器指令程序及表1的指令格式，寫(xiě)出機(jī)器指令和功能如下：</p><p>　　2.（3.設(shè)計(jì)微程序流程圖及確定微地址）</p><p>　　設(shè)計(jì)微程序流程圖如下圖所示，其中微地址在圖中用十六進(jìn)制表示：</p><p><b>　　微代碼設(shè)計(jì)文檔)</b

20、></p><p>　　3.本模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路圖如圖所示</p><p><b>　　數(shù)據(jù)通路框圖</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)的調(diào)試步驟</b></p><p>　　按照系統(tǒng)建議的微指令格式，參照微指令流程圖，將每條微指令代碼化，譯成二進(jìn)制代碼表，并將二進(jìn)制代碼表?yè)Q為聯(lián)機(jī)操作

21、時(shí)的十六進(jìn)制格式文件，見(jiàn)表2：</p><p><b>　　表2</b></p><p><b>　　對(duì)表2的解釋：</b></p><p>　　S3、S2、S1、S0、M、Cn：微運(yùn)算器74LS181芯片的控制信號(hào)及移位控制信號(hào)，詳見(jiàn)表3.</p><p>　　WE：對(duì)RAM和OUT進(jìn)行寫(xiě)操作信號(hào)

22、，高電平有效。</p><p>　　A9A8：為外部設(shè)備（RAM、OUTPUT、INPUT）地址進(jìn)行譯碼，</p><p>　　A9A8=00時(shí)，INPUT選中；</p><p>　　A9A8=01時(shí)，RAM選中；</p><p>　　A9A8=10時(shí)，OUTPUT選中；</p><p>　　A9A8=11時(shí)，外部設(shè)備

23、不選中。</p><p>　　根據(jù)數(shù)據(jù)通路和微指令格式,編寫(xiě)二進(jìn)制微代碼如下，然后譯成微指令：</p><p>　　根據(jù)上表，寫(xiě)出微程序如下：</p><p>　　$M0101ED82</p><p>　　$M0200C050</p><p>　　$M1001ED92</p><p>　　$M1

24、4001001</p><p>　　$M1901A22A</p><p>　　$M2A01B42B </p><p>　　$M2B959B41</p><p>　　$M173D9A01</p><p>　　$M15030401</p><p>　　$M1F318239 </p>&

25、lt;p>　　$M3919883A </p><p>　　$M3A019801 </p><p>　　$M0300A004</p><p>　　$M0400E0A0 </p><p>　　$M21028401 </p><p>　　$M2205DB81</p><p><b>

26、　?。?.畫(huà)接線圖）</b></p><p>　　復(fù)雜模型機(jī)課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)接線圖如下：</p><p>　　課程設(shè)計(jì)的運(yùn)行結(jié)果及回答問(wèn)題。</p><p>　　1.在實(shí)驗(yàn)箱上，按照接線路圖連接實(shí)驗(yàn)線路，檢查無(wú)誤后接通電源。</p><p>　　2.把實(shí)驗(yàn)箱與電腦聯(lián)機(jī)，將編寫(xiě)的機(jī)器指令和微指令保存到“題目3.TXT”文件中。<

27、/p><p>　　3.在電腦上，打開(kāi)實(shí)驗(yàn)軟件“唐都實(shí)驗(yàn)”，裝載“題目3.TXT”文件；裝載成功后，選擇“運(yùn)行”→“通路圖”→“復(fù)雜模型機(jī)”功能菜單打開(kāi)相應(yīng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)通路圖；撥動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱的總清零開(kāi)關(guān)CLR清零，輸入任意一個(gè)數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)。</p><p>　　4.檢測(cè)完成后，再次撥動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱的總清開(kāi)關(guān)CLR清零，使程序首地址及微程序地址為00H。</p><p>　　5.選擇單

28、步運(yùn)行微指令選項(xiàng)，按動(dòng)一次，則運(yùn)行一條微指令。以下是指令運(yùn)行的過(guò)程：</p><p>　　6.驗(yàn)證程序的運(yùn)算結(jié)果：</p><p>　　START：IN 01，R0 輸入(R0)=02H=00000010B</p><p>　　IN 01,R1 輸入(R1)=02H=00000010B</p><p>　　AD

29、C R0，R1 (R0)+(R1)=00000010+00000010=00000100=04H,(R1)=04H；</p><p>　　CLR R0 (R0)=0</p><p>　　OUT 10, R0 顯示器顯示R0的數(shù)據(jù)00</p><p>　　OUT 10, R1 顯示器顯示R1的數(shù)據(jù)04&l

30、t;/p><p>　　RLC R1，R2 04H=00000100帶進(jìn)位左環(huán)移后→00001000=08H→(R2)</p><p>　　STA 00,20H,R2 將（R2）=08H存儲(chǔ)到以20H為地址的儲(chǔ)存單元中</p><p>　　JMP 00，START 跳轉(zhuǎn)到START</p><p>　　最后驗(yàn)

31、證結(jié)果為04H與上機(jī)運(yùn)行結(jié)果相符正確。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)的心得體會(huì)</b></p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)中，我收獲很多，但在設(shè)計(jì)的過(guò)程遇見(jiàn)較多棘手的問(wèn)題。</p><p>　　首先是實(shí)驗(yàn)箱接線問(wèn)題，我們組試過(guò)無(wú)數(shù)的接線方法，例如把4個(gè)接口變成2個(gè)2接口的，也把進(jìn)入輸出、數(shù)字對(duì)號(hào)等方面細(xì)節(jié)做到位了，還是失敗，最后還是在同

32、學(xué)的幫助下完成，這個(gè)真是一個(gè)很細(xì)心專注的活，也是考驗(yàn)脾氣耐心的活。</p><p>　　然后是解析機(jī)器指令，這要求有一定的指令格式，然后轉(zhuǎn)化為機(jī)器碼，即2進(jìn)制，再轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制的$PXXXX格式，另外還需要讀懂每個(gè)指令。</p><p>　　接下來(lái)是解析微程序圖和微指令，這比機(jī)器指令更加細(xì)心，第一要讀懂該指令格式，每個(gè)部分是干什么的，第二是要根據(jù)自己組設(shè)計(jì)的微程序圖，寫(xiě)出每個(gè)機(jī)器指令含有的

33、幾條微指令，每個(gè)微指令涉及到細(xì)微部件，第三根據(jù)給出的細(xì)微部分名稱，寫(xiě)出該微指令的具體2進(jìn)制數(shù)據(jù)，再轉(zhuǎn)化微指令格式$MXXXXXXXX。這一大步驟較復(fù)雜，但是可以知道指令是什么細(xì)微而來(lái)的，怎么在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。</p><p>　　最后是需要理解在“唐都”軟件上，顯示的圖，它具體是怎么運(yùn)行的。這便是最后檢驗(yàn)代碼是否有錯(cuò)的關(guān)鍵步驟。</p><p>　　整個(gè)過(guò)程，需要自己看懂word文件上東西和

34、不斷請(qǐng)教別人。收獲的是，一方面，自己和不同的同學(xué)合作，增加了之間的情感，組員之間團(tuán)結(jié)互助。另一方面，自己也懂了不少，以前是對(duì)這些代碼方面很懵懂模糊，現(xiàn)在清晰很多了，知道計(jì)算機(jī)是如何根據(jù)那些枯燥的01組成二進(jìn)制的代碼運(yùn)行，也非常佩服在計(jì)算機(jī)方面做出貢獻(xiàn)的人，再次激起我好奇心。</p><p><b>　　注意：</b></p><p>　　[1] 課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)、目的和

35、任務(wù)；</p><p>　　[2] 機(jī)器指令設(shè)計(jì)文檔；</p><p>　　[3] 設(shè)計(jì)微程序流程圖及確定微地址；</p><p>　　要求：微程序流程圖除了分支地址不能改變之外，對(duì)于每一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的微程序執(zhí)行部分地址連續(xù)。例如：</p><p>　　[4] 微代碼設(shè)計(jì)文檔；、</p><p>　　要求：一組的兩個(gè)

36、同學(xué)分別把所有機(jī)器指令在執(zhí)行階段各條微指令所需要的控制信號(hào)寫(xiě)出來(lái)，比如題目一，同學(xué)A可以寫(xiě)前3條機(jī)器指令在執(zhí)行階段各條微指令所需要的控制信號(hào)，同學(xué)B寫(xiě)后4條指令的控制信號(hào)。</p><p><b>　　[5] 畫(huà)接線圖；</b></p><p>　　[6] 完整的調(diào)試步驟和結(jié)論；</p><p>　　[7] 課程設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及其解決方法