計算機硬件課程設計報告——拓展接口的復雜模型機設計

1、<p>　　計算機硬件課程設計報告</p><p>　　——拓展接口的復雜模型機設計</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、實驗目的··············

2、3;·······························3

3、 </p><p>　　二、實驗內(nèi)容······························

4、;················3</p><p>　　三、實驗思路···············

5、83;······························3</p><p>　　四、實驗原理·&

6、#183;····································

7、;········3</p><p>　　五、實驗步驟·······················

8、83;·····················10</p><p>　　六、實驗設計··········

9、···································11</p&g

10、t;<p>　　七、實驗心得·································&

11、#183;···········14</p><p><b>　　一、實驗目的</b></p><p>　　經(jīng)過一系列硬件課程的學習及相關實驗后，做一個綜合的系統(tǒng)性的設計，這在硬件方面是一個提高，進一步培養(yǎng)實踐能力。</p><p>&

12、lt;b>　　二、實驗內(nèi)容</b></p><p>　　搭建一臺有拓展接口的8位模型機，指令系統(tǒng)要求有10條以上，其中包括運算類指令、傳送類指令、控制轉移類指令、輸入輸出指令、停機指令等。</p><p><b>　　三、實驗思路</b></p><p>　　1、確定設計目標：確定所設計計算機的功能和用途。</p>

13、<p>　　2、確定指令系統(tǒng)：確定數(shù)據(jù)的表示格式、位數(shù)、指令的編碼、類型、需要設計哪些指令及使用的尋址方式。</p><p>　　3、確定總體結構與數(shù)據(jù)通路：總體結構設計包含確定各部件設置以及它們之間的數(shù)據(jù)通路結構，列出各種信息傳送路徑以及實現(xiàn)這些傳送所需要的微命令。</p><p>　　4、設計指令執(zhí)行流程：數(shù)據(jù)通路確定后，就可以設計指令系統(tǒng)中每條指令的執(zhí)行流程。根據(jù)指令的

14、復雜程度。每條指令所需要的機器周期數(shù)。對于微程序控制的計算機，根據(jù)總線結構，需要考慮哪些微操作可以安排在同一個微指令中。</p><p>　　5、確定微程序地址：根據(jù)后續(xù)微地址的形成方法，確定每條微程序地址及分支轉移地址。</p><p>　　6、根據(jù)微指令格式，將微程序流程中的所有微操作進行二進制代碼化，寫入到控制存儲器中的相應單元中。</p><p>　　7、組

15、裝、調試：在總裝調試前，先按功能模塊進行組裝和分調，因為只有功能模塊工作正常后，才能保證整機的運行正確。</p><p><b>　　四、實驗原理</b></p><p>　　1、指令系統(tǒng)及指令格式</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)格式8位。</p><p><b>　?。?）指令格式：</b><

16、;/p><p>　　指令系統(tǒng)應包括：算術邏輯運算指令、訪存指令、控制轉移指令、I/O指令、停機指令。 一般指令格式如下：</p><p>　　其中RS、RD可以是R0、R1、R2中任一個，它們的代碼分別為00、01、10。DATA為立即數(shù)，ADDR為內(nèi)存地址。</p><p><b>　　（3）指令系統(tǒng)：</b></p>

17、<p>　　讀寫端口指令：PIN PORT，RD POUT RS，PORT</p><p>　　訪存指令：LOAD [ADDR]，RD STA RS，[ADDR] </p><p>　　讀取立即數(shù)指令：MOV DATA RD</p><p>　　算術運算指令：ADD RS，RD SUB RS，RD</p>

18、<p>　　邏輯運算指令：XOR RS，RD AND RS，RD NOT RD</p><p>　　跳轉指令：JMP ADDR JZ ADDR</p><p><b>　　停機指令：HALT</b></p><p><b>　　指令微操作流程</b></p><p>&l

19、t;b>　　3、微指令格式</b></p><p>　　微指令為24位2進制編碼，其中24位分配及編碼方式如下：</p><p>　?。?）第24位至第19位分配方式：</p><p>　　第24位至第19位編碼方式方式：</p><p>　　（2）第18位至第16位分配方式：</p><p>　　第

20、18位至第16位編碼方式方式：</p><p>　　第15位至第7位分配方式：</p><p>　　第15位至第7位編碼方式：</p><p><b>　　A字段：</b></p><p><b>　　B字段：</b></p><p><b>　　C字段：</

21、b></p><p>　?。?）第6位至第1位分配方式：</p><p>　　第6位至第1位指示下一條微指令的地址。</p><p>　?。?）299移位控制表：</p><p>　　4、微程序地址入口的形成</p><p>　　P（1）是用來譯碼指令寄存器的I7、I6、I5、I4 ,用于一般指令,微程序入口址為

22、OP+10H</p><p>　　P（2）是用來譯碼指令寄存器的I3、I2 ,用于不同尋址方式指令，入口地址轉OP+20H</p><p>　　P（3）是用來譯碼判斷標志位C、Z ,用于條件轉移指令,條件成立轉OP+30H,條件不成立轉OP+20H</p><p>　　P（4）是用來譯碼控制臺操作的SWB、SWA ,用于手動操作。</p><p&

23、gt;　　5、寄存器地址譯碼電路</p><p><b>　　6、微程序裝載格式</b></p><p>　　機器指令格式：$Pxxxx </p><p>　　微指令格式：$Mxxxxxxxx </p><p>　　把它們保存為 *.TXT文件。</p><p>　　注：1）程序中字

24、母要大寫。</p><p>　　2）機器指令地址按順序，微指令地址可不按順序。</p><p><b>　　7、模型機的時序</b></p><p>　　8、模型機的數(shù)據(jù)通路</p><p>　　9、模型機組裝電路圖</p><p>　　10、8255接口簡介</p><p&g

25、t;　?。?）8255芯片簡介</p><p>　　8255是Intel公司生產(chǎn)的可編程并行I/O接口芯片，有3個8位并行I/O口。具有3個通道3種工作方式的可編程并行接口芯片。 其各口功能可由軟件選擇，使用靈活，通用性強。8255可作為單片機與多種外設連接時的中間接口電路。</p><p>　　8255作為主機與外設的連接芯片，必須提供與主機相連的3個總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接

26、口。同時必須具有與外設連接的接口A、B、C口。由于8255可編程,所以必須具有邏輯控制部分，因而8255內(nèi)部結構分為3個部分：與CPU連接部分、與外設連接部分、控制部分。 </p><p>　　與CPU連接部分 　　</p><p>　　根據(jù)定義，8255能并行傳送8位數(shù)據(jù)，所以其數(shù)據(jù)線為8根D0～D7。由于8255具有3個通道A、B、C，所以只要兩根地址線就能尋址A、B、C口及控制寄存器

27、，故地址線為兩根A0～A1。此外CPU要對8255進行讀、寫與片選操作，所以控制線為片選、復位、讀、寫信號。</p><p>　　與外設接口部分 　　</p><p>　　根據(jù)定義，8255有3個通道A、B、C與外設連接，每個通道又有8根線與外設連接，所以8255可以用24根線與外設連接。</p><p><b>　　控制器 　　</b><

28、;/p><p>　　8255將3個通道分為兩組，即PA0～PA7與PC4～PC7組成A組，PB0～PB7與PC0～PC3組成B組。如圖7.5所示，相應的控制器也分為A組控制器與B組控制器，各組控制器的作用如下： 　　</p><p>　　A組控制器：控制A口與上C口的輸入與輸出。 　　</p><p>　　B組控制器：控制B口與下C口的輸入與輸出。</p>

29、<p><b>　　讀寫端口指令</b></p><p>　　1）讀端口指令格式：PIN PORT，RD </p><p>　　2）寫端口指令格式：POUT RS，PORT</p><p>　　讀寫端口指令微操作：</p><p>　　（3）8255的編程</p><p>　　8

30、255的初始化編程較簡單，只需要一個控制字就把3個端口設置完成。</p><p>　　寫入方式控制字。方式控制字決定端口A、B、C的工作方式。</p><p>　　經(jīng)過初始化編程之后，處理器執(zhí)行讀端口指令和寫端口指令，對3個數(shù)據(jù)端口進行讀寫就可以實現(xiàn)處理器與外設之間的數(shù)據(jù)交換。</p><p><b>　　五、實驗步驟</b></p>

31、;<p>　　（1）按照給定模型機組裝電路圖連接電路;</p><p>　?。?）連通實驗箱與PC機，打開CMP軟件，測試實驗箱是否正常;</p><p>　?。?）設計微指令，畫出其微操作流程圖，并翻譯成相應的微指令格式;</p><p>　　（4）設計包含這些微指令的機器指令程序，并翻譯成相應機器指令格式;</p><p>

32、　　（5）把設計好微指令和機器指令保存為TXT文件，然后裝載入CMP;</p><p>　?。?）打開復雜模型機，然后用單步機器指令運行程序并調試;</p><p>　?。?）檢查輸出結果是否正確，最后撰寫實驗報告。</p><p><b>　　六、實驗設計</b></p><p><b>　　設計機器指令&l

33、t;/b></p><p>　　在實驗設計中，我們定義了12條指令，分別為他們編碼，如下表所示：</p><p><b>　　設計微指令</b></p><p><b>　　設計驗證程序</b></p><p>　　4、匯編程序與機器指令程序的轉換</p><p>　　

34、5、建立聯(lián)機操作文件</p><p>　　為了從PC機下載工作程序和微程序，需要建立聯(lián)機操作文件，該文件是普通的文本文件，擴展名為TXT，可用記事本來建立。</p><p><b>　　源程序如下：</b></p><p><b>　　$P0401</b></p><p><b>　　$P

35、0500</b></p><p><b>　　$P0614</b></p><p><b>　　$P0701</b></p><p><b>　　$P0842</b></p><p><b>　　$P0902</b></p>&l

36、t;p><b>　　$P0A56</b></p><p><b>　　$P0B86</b></p><p><b>　　$P0C92</b></p><p><b>　　$P0D20</b></p><p><b>　　$P0E20<

37、/b></p><p><b>　　$P0FA0</b></p><p><b>　　$P1030</b></p><p><b>　　$P3060</b></p><p><b>　　$P31B0</b></p><p>&

38、lt;b>　　$P3240</b></p><p><b>　　$P4072</b></p><p><b>　　$P4118</b></p><p><b>　　$P4201</b></p><p>　　$M00018001</p><p

39、>　　$M0101ED82</p><p>　　$M0200C050</p><p>　　$M1001ED83</p><p>　　$M0300E004</p><p>　　$M04011001</p><p>　　$M1101ED85</p><p>　　$M0500E006</p

40、><p>　　$M06030201</p><p>　　$M1201ED87</p><p>　　$M0700E008</p><p>　　$M08009001</p><p>　　$M1301ED89</p><p>　　$M0900E00A</p><p>　　$M0A0

41、28201</p><p>　　$M1401ED8B</p><p>　　$M0B009001</p><p>　　$M1501A20C</p><p>　　$M0C01B40D</p><p>　　$M0D959A01</p><p>　　$M1601A20E</p><p

42、>　　$M0E01B40F</p><p>　　$M0F619B41</p><p>　　$M1701A220</p><p>　　$M2001B421</p><p>　　$M21159A01</p><p>　　$M1801A222</p><p>　　$M2201B423</p

43、><p>　　$M23699A01</p><p>　　$M1901B424</p><p>　　$M24099A01</p><p>　　$M1A01EDA5</p><p>　　$M2500D181</p><p>　　$M1B01ECEF</p><p>　　$M2F0

44、18001</p><p>　　$M3F00D181</p><p><b>　　七、實驗心得</b></p><p>　　經(jīng)過兩天的學習、設計和開發(fā)，帶有拓展接口的復雜模型機基本上算是開發(fā)完成了，其功能基本能夠符合設計需求，基本能夠達到硬件課程設計基本目的。當然，在這個過程中也參閱了不少書籍并從中受益匪淺，學到了不少東西和技巧。但由于設計時間

45、較短，所以該模型機還有許多不盡人意的地方，這些都有待進一步改善。通過學習，我不僅掌握了基本的硬件知識和理論，并且增強了自學和深入思考的能力。因此，參加這次硬件課程設計，不僅僅是只是做出了一個模型機而已，更培養(yǎng)和加強了自主學習、深入思考問題的能力，可以說是一舉多得。</p><p>　　作為一名計算機學院的學生，我們覺得這樣的課程設計是十分有意義的。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎課的理論面，如何去運用現(xiàn)實中的各種

46、硬件部件？如何去面對現(xiàn)實中的各種程序設計？如何把我們所學到的專業(yè)基礎理論知識運用到實踐中去呢？我想做類似的課程設計就為我們提供了良好的實踐平臺。在做本次課程設計的過程中，我感觸最深的當屬翻閱了很多次課本和指導書。這次的課程設計，可是說是對進入大學里來所有涉及到硬件的課程的一次大綜合，她所涉及到的知識面涵括了計算機組成原理和微機接口技術等?？梢哉f，這次的課程設計是對我們所學硬件知識的一次大融合，有助于我們在更高層次上把握和理解硬件基礎知識