[计算机软件及应用]计算机组成原理-简单模型机设计课设

[计算机软件及应用]计算机组成原理-简单模型机设计课设 兰州理工大学技术 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院 计算机组成原理课程设计任务书(09级) 题目: 模型机设计—1 学生姓名: 学 号: 班级:计算机科学与技术(2)班 指导老师: 一、 计算机组成原理课程设计题目简介 该设计要求学成根据计算机组成原理课程所学知识，设计、开发一套简单的模型就算计。 通过对一个简单计算机的设计，以达到对计算机的基本组成、部件的功能与设计、微程序控制器的设计，微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解，加深对理论课程的理解。通过模型机的设计和调试，连贯运用计算机组成原理课程学到的知识，建立计算机整体概念，加深计算机时间与空间概念的理解。 二、计算机组成原理课程设计任务 1、查阅文献资料，一般在5篇以上; 2、以教学实验用模型机为背景，通过调研、分析现有的模型机，建立带有带8位 自增、自减指令的整机模型; 3、完成系统编程与测试工作; 4、撰写设计说明书; 5、做好答辩工作。 三、计算机组成原理课设设计的主要内容、功能及指标 1、 根据任务要求设计整体系统的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 2、 存储系统:使用模型机的存储模块，说明存储器的输入输出时序，模块连接方式等。 3、 运算器:使用模型机的器件，组成带有片间串行进位8位移位运算功能的运算器。 4、 微程序控制器模块:使用教学机的系统，设计微程序控制器。 5、 设计模型机指令系统:(含设计微指令格式，微程序流程图，每条指令所对 应的微程序等)。指令系统包括下列指令:IN、OUT、STA、LDA、JMP、BZC、CLR、MOV、 ADD、SUB、ADC、ADT、INC、DEC、SBT、SBC 6、 了解并说明教学模型机的输入输出模块。 7、 在自己设计的指令系统基础上，编制一个汇编语言小程序并进行调试通过。 8、 整机设计分模块进行，说明模块中数据和控制信号的来源、去向、功能、时序、以及模块间数据和控制信号的来源、去向、功能、时序等。 四、 完成课程设计 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 1、设计题目、设计任务、实验设备与器材; 、整体设计方案，设计原理与内容; 2 3、画出模型机数据通路图; 4、画出设计的模型机微程序流程图和微程序; 5、说明指令系统的格式; 6、说明模块中数据和控制信号的来源、去向、功能、时序、以及模块间数据和控制信号的来源、去向、功能、时序等。 7、调试情况，调试过程中遇到的主要问题，是如何解决的;对设计和编码的回顾讨论和分析;改进设想;经验和体会等; [1] 计算机组成原理课程设计提交的成果 1.设计说明书一份，内容包括: 1) 中文摘要100字;关键词3-5个; 2) 前言; 3) 设计的目的及设计原理; 4) 模型机的逻辑结构及框架; 5) 运算器的物理结构; 6) 存储器系统的组成与说明; 7) 指令系统的设计与指令格式分析; 8) 微程序控制器的逻辑结构及功能; 9) 微程序的设计与实现(含微指令格式、后续地址产生方法以及微程 序入口地址的形式) 10) 系统调试报告; 11) 设计总结 2.刻制光盘一张。 (1) 设计( 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 )的主要参考文献 1、白中英. 计算机组成原理. 科学术出版社，2006.8 2、白中英. 计算机组成原理题解、题库、实验. 科学术出版社，2006.8 3、王爱英. 计算机组成与结构，清华大学出版社，1999 4、王诚. 计算机组成与结构，清华大学出版社，1999清华大学出版社，1999 5、唐朔飞. 计算机组成原理，高等教育出版社，1993 七、各阶段时间安排(共2周) 周次 日期 内 容 地点 完 成 教 师 情 况 签 字 第 星期一 教师讲解设计要求准备参考资料 教室 1 星期二 分析系统，方案设计 教室 周 星期四、五 编程 教室 第 星期一、二 调试系统 教室 2 星期三、四 编写设计说明书 教室 周 星期五 答辩 教室 2012年6月1 8日 目录 摘 要 .................................................................................................................. 5 前 言 .................................................................................................................. 6 正 文 .................................................................................................................. 7 一、设计目的和设计原理 ............................................................................... 7 1.1设计目的 ................................................................................................ 7 1.2设计原理 ................................................................................................ 7 二、总体设计 ................................................................................................. 10 三、详细设计 ................................................................................................. 11 3.1运算器的物理结构 .............................................................................. 11 3.2存储器系统的组成与说明 ................................................................... 15 3.3指令系统的设计与指令分析 ............................................................... 16 3.4微程序控制器的逻辑结构及功能 ....................................................... 19 3.5微程序的设计与实现 ........................................................................... 22 四、系统调试 ................................................................................................. 31 总 结 ................................................................................................................ 33 参考文献 ............................................................................................................ 34 致 谢 ................................................................................................................ 35 摘 要 随着社会科技的发展，计算机被应用到各行各业，人们步入自动化、智能化的生活阶段。本次课程设计课题是基本模型机的设计与实现，它正体现了这一点。利用CPU与简单模型机来实现计算机组成原理课程及实验中所学到的实验原理和编程思想，硬件设备自拟，编写指令的应用程序，用微程序控制器实现了一系列的指令功能，最终达到将理论与实践相联系。根据设计任务书要求，本设计要实现完成一个简单计算机的设计，主要设计部分有运算器，存储器，控制器以及微指令的设计。 其中运算器由运算芯片和寄存器来完成,存储器由总线和寄存器构成，使用硬布线的方式实现控制器，从而完成设计要求。 : 关键词:基本模型机的设计;运算器;存储器;控制器; 5 前 言 计算机组成原理是计算机科学技术学科的一门核心专业基础课程。从课程的地位来说，它在先导课程和后续课程之间起着承上启下的作用。 计算机组成原理讲授单处理机系统的组成和工作原理，课程教学具有知识面广，内容多，难度大，更新快等特点。此次课程设计目的就是为了加深对计算机的时间和空间概念的理解, 增强对计算机硬件和计算机指令系统的更进一步了解。 计算机组成原理课程设计目的是为加深对计算机工作原理的理解以及计算机软硬件之间的交互关系。不仅能加深对计算机的时间和空间的关系的理解，更能增加如何实现计算机软件对硬件操作，让计算机有条不紊的工作。 6 正 文 一、设计目的和设计原理 1.1设计目的 融会贯通计算机组成原理课程中各章的内容，通过知识的综合运用，加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识，特别是对硬连线控制器的认识，建立清晰的整机概念。对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解,加深对理论课程的理解。 在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统地构造一台基本模型计算机。 1.2设计原理 (1)运算器 设计中所用的运算器数据通路，其中运算器由两片74LS181以并/串形成8位字长的ALU构成。运算器的输出经过一个三态门74LS245(U33)到ALUO1插座，实验时用8芯排线和内部数据总线BUSD0,D7插座BUS1,6中的任一个相连，内部数据总线通过LZD0,LZD7显示灯显示;运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器74LS273(U29、U30)锁存，两个锁存器的输入并联后连至插座ALUBUS，测试时通过8芯排线连至外部数据总线EXD0,D7插座EXJ1,EXJ3中的任一个;参与运算的数据来自于8位数据开并KD0,KD7，并经过一三态门74LS245(U51)直接连至外部数据总线EXD0,EXD7，通过数据开关输入的数据由LD0,LD7显示。 算术逻辑运算功能发生器 74LS181(U31、U32)的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M并行相连后连至SJ2插座，测试时通过6芯排线连至6位功能开关插座UJ2，以手动方式用二进制开关S3、S2、S1、S0、CN、M来模拟74LS181(U31、U32)的 7 功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M;其它电平控制信号LDDR1、LDDR2、ALUB`、SWB`以手动方式用二进制开关LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB来模拟，这几个信号有自动和手动两种方式产生，通过跳线器切换，其中ALUB`、SWB`为低电平有效，LDDR1、LDDR2为高电平有效。 另有信号T4为脉冲信号，在手动方式下进行实验时，只需将跳线器J23上T4与手动脉冲发生开关的输出端SD相连，按动手动脉冲开关，即可获得实验所需的单脉冲。 带进位控制运算器增加进位控制部分，其中高位74LS181(U31)的进位CN4通过门UN4E、UN2C、UN3B进入UN5B的输入端D，其写入脉冲由T4和AR信号控制，T4是脉冲信号，在手动方式下进行实验时，只需将跳线器J23上T4与手动脉冲发生开关的输出端SD相连，按动手动脉冲开关，即可获得测试所需的单脉冲。AR是电平控制信号(低电平有效)，可用于实现带进位控制实验。从图中可以看出，AR必须为“0”电平，D型触发器74LS74(UN5B)的时钟端CLK才有脉冲信号输入。才可以将本次运算的进位结果CY锁存到进位锁存器74LS74(UN5B)中。 (2)存储器 主存储器单元电路主要用于存放实验机的机器指令，它的数据总线挂在外部数据总线EXD0,EXD7上;它的地址总线由地址寄存器单元电路中的地址寄存器74LS273(U37)给出，地址值由8个LED灯LAD0,LAD7显示，高电平亮，低电平灭;在手动方式下，输入数据由键盘提供，并经一三态门74LS245(U51)连至外部数据总线EXD0,EXD7，实验时将外部数据总线EXD0,EXD7用8芯排线连到内部数据总线BUSD0,BUSD7，分时给出地址和数据。它的读信号直接接地;它的写信号和片选信号由写入方式确定。该存储器中机器指令的读写分手动和自动两种方式。手动方式下 ，写信号由W/R` 提供，片选信号由CE`提供;自动方式下，写信号由控制CPU的P1.2提供，片选信号由控制CPU的P1.1提供。 由于地址寄存器为8位，故接入6264的地址为A0,A7，而高4位A8,A12接地，所以其实际使用容量为256字节。6264有四个控制线:CS1 第一片选线、CS2第二片选线、OE读线、WE写线。其功能如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 3—4所示。CS1片选线由CE`控制(对 8 应开关CE)、OE读线直接接地、WE写线由W/R`控制(对应开关WE)、CS2直接接+5V。 (3)部件测试过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而总体测试将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，测试计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。 为了向主存储器RAM中装入程序或数据，并且检查写入是否正确以及能运行主存储器中的程序，必须设计三个控制操作微程序。 ?存储器读操作:拨动总清开关后，置控制开关SWB、SWA为“0 0”时，按要求连线后，连续按“启动运行”开关，可对主存储器RAM连续手动读操作。 ?存储器写操作:拨动总清开关后，置控制开关SWB、SWA为“0 1”时，按要求连线后，再按“启动运行”开关，可对主存储器RAM进行连续手动写入。 ?运行程序:拨动总清开关后，置控制开关SWB、SWA为“1 1”时，按要求连线后，再按“启动运行”开关，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行。 上述三条控制指令用两个开关SWC、SWA的状态来设置，其定义如下: SWB SWA 控制台命令 0 0 读内存 0 1 写内存 1 1 启动程序 (4) 指令寄存器 指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把它从内存取到缓冲寄存器中，然后再传送到指令寄存器。指令划分为操作码和地址码字段，由二进制构成，为了执行任何一条给定的指令，必须对操作码进行测试P(1)，通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。“指令译码器”根据指令 9 中的操作码进行译码，强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。 二、总体设计 基本整机模型数据框图如图2-1所示，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。 地址总线 ALU-G AR LDARS3S2ALUPC-GOUTS1S0MEM LED-GWELOADPCT4T4DR1DR2LDPCCEWELDDR1LDDR2 数据总线 R0-GWER0时T1微控制器序LDR0INT2 SW-GIR LDIR 图2-1:模型机的数据通路图 数据的通路从程序计数器PC的地址送到主存的地址寄存器，根据地址寄存器的内容找到相应的存储单元。 存储器中的数据是指令时，那么数据是从RAM送到总线，再从总线送到IR中。 存储器中的数据是需要加工的数据时，那么数据是从RAM送到总线，再动总线 10 送到通用寄存器中等待加工。 数据加工过程中，两个数据是从总线上将数据分别分时压入两个暂存器中，等待运算部件的加工，在数据加工完成以后。运算结果是通过三太门送到总线上。 三态门的控制时由微控制器来控制。 三、详细设计 3.1运算器的物理结构 运算器模块主要由两片74LS181、暂存器两片74LS273等构成。其中74LS181可通过控制器相应的控制指令来进行某种运算，具体由S0、S1、 S2、S3、S4、M来决定。T4是它的工作脉冲，正跳变有效。寄存器堆模块为实验计算机提供了2个8位通用寄存器。它们用来保存操作数及其中间运算结果，它对运算器的运算速度、指令系统的设计等都有密切的关系。 下面是芯片74LS181的控制逻辑引脚的功能表以及逻辑引脚图如表3-1所示: 表3-1:74LS181的控制逻辑引脚的功能表 11 Cn+4 A0~A3 F0~F3 74LS181 B0~B3 Cn M S0 S1 S2 S3 图3-1:74LS181的逻辑引脚图 其中各个引脚的功能如下所示: M:算术/逻辑运算选择输入 M=0 算术运算 M=1 逻辑运算 Cn:带或不带进位运算选择输入 12 Cn =0 带进位 Cn =1 不带进位 S3,S0:函数选择输入，A3,A0:4位输入数据，B3,B0:4位输入数据 F3,F0:4位表示运算结果的输出，C:进位输出 n+4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 74LS273 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 CLK CLR 图3-2:74LS273的引脚图 其中，Q0-Q7表示寄存器的8位数据输出，D0—D7表示向寄存器中输入8位数据的引脚，CLK是用来进行寄存器的选定操作，当其为高电位时和T4信号一起选定哪个寄存器进行数据输入。 8位运算器的结构框图如图3-3所示: 13 图3-3:8位运算器的结构框图 在该运算器中，有两片74LS181组成算术和逻辑运算。数据的来源由74LS273寄存器提供，74LS273产生8位数据，分别送入到74LS181运算器中进行相应的运算，而如何进行数据的传送是由LDDR1和LDDR2以及T4信号控制的，当LDDR1和T4都为高电平时，选定相应的寄存器来进行数据输入，同理，LDDR2和T4。然后经过相应的运算之后将产生的结果通过总线送回到寄存器中。整个数 14 据的运送过程有相应的控制信号提供，S0、S1、 S2、S3、S4、M都是通过控制器的相关指令来控制。让其进行某种算数运算和逻辑运算。整个数据和指令都是通过数据总线，控制总线和地址总线来进行传送。 3.2存储器系统的组成与说明 3.2.1存储器的详细设计 图3-4:存储器的结构框图 说明:该主存储器采用一级cache-存储器结构。主要用于存放试验机的机器指令。它的数据总线挂在外部数据总线EXD0,EXD7上;它的地址总线由地址寄存器单元电路中的地址寄存器74LS273(U37)给出，地址值由8个LED灯LAD0,LAD7显示，高电平亮，低电平灭;在手动方式下，输入数据由8位数据开关KD0,KD7提供，并经一三态门74LS245(U51)连至外部数据总线EXD0,EXD7，实验时将外部数据总线EXD0,EXD7用8芯排线连到内部数据总线BUSD0,BUSD7，分时给出地址和数据。它的读信号直接接地;它的写信号和片选信号由写入方式确定。该存 15 储器中机器指令的读写分手动和自动两种方式。手动方式下 ，写信号由W/R` 提供，片选信号由CE`提供;自动方式下，写信号由控制CPU的P1.2提供，片选信号由控制CPU的P1.1提供。 由于地址寄存器为8位，故接入6264的地址为A0,A7，而高4位A8,A12接地，所以其实际使用容量为256字节。6264有四个控制线:CS1 第一片选线、CS2第二片选线、OE读线、WE写线。CS1片选线由CE`控制(对应开关CE)、OE读线直接接地、WE写线由W/R`控制(对应开关WE)、CS2直接接+5V。 图中信号线LDAR 由开关LDAR提供，T3由试验机上时序模块电路TS3提供。 3.3指令系统的设计与指令分析 3.3.1数据格式 数据格式如表3-2所示: 表3-2:数据格式 7 6 5 4 3 2 1 0 符 号 尾 数 3.3.2指令格式 模型机设计四大类指令共十条，其中包括算术指令逻辑指令，I/O指令，存算指令，取算指令，转移指令。 (2) 算术指令 设计7条算术指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器寻址，其格式如表3-3所示: 表3-3:算数指令格式 7 6 5 4 3 2 1 0 OP-CODE RS DS 其中，OP-CODE为操作码，RS为源寄存器，DS目的寄存器，其规定如下所示: 16 RS或RD 选定的寄存器 00 R0 01 R1 10 R2 (3) 访存指令及转移指令 设计2条访问指令:即存算STA，取算LDA;2条转移指令:即无条件转移指 令JMP，有进位跳转指令BZC，指令格式如表3-4所示: 表3-4:访问指令及转移指令格式 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 M OP-CODE RD D 其中,OP-CODE为操作码，RD为源寄存器的地址(LAD,STA指令用)， D 为位移量，M为寻址模式，其定义如下所示: 寻址模式M 有效地址 说 明 00 E=D 直接寻址 01 E=(D) 间接寻址 10 E=(RI)+D RI变址寻址 11 E=(RD)+D 相对选址 本模型机规定变址RI为寄存器R2。 (4) I/O指令 输入IN指令和输出指令OUT指令采用单字节指令，其格式如表3-5所示: 表3-5:I/O指令格式 7 6 5 4 3 2 1 0 17 OP-CODE addr RD 其中，addr=01时，选中输入数据开关KD0~KD7作为输入设备,addr=10选中2位数码管作为输出设备。 3.3.3指令系统 本模型机共有13条基本指令，其中算术指令7条，访存指令和程序控制指令4条，输入输出指令2条。表3-6列出了各条指令的格式，汇编符合，指令功能。 表3-6指令格式 汇编符号 指令格式 功能 CLR rd 0111 00 rd 0?rd MOV rs rd 0110 rs rd rs?rd ADD rs rd 1000 rs rd rs+rd?rd SUB rs rd 1001 rs rd rd-rs?rd XOR rs rd 1010 rs rd rs异或rd?rd AND rs rd 1o11 rs rd rs?rd?rd OR rs rd 1100 rs rd rs?rd?rd LDA M D rd 00 M 00 rd (E)?rd STA M D 00 M 01 rd rd?(E) rd 00 M 10 rd E?PC JMP M D 00 M 11 rd 当cy=1时 E?PC JMP M D IN addr rd 0100 01 rd addr?rd OUT addr rd 0101 10 rd rd?addr 18 3.4微程序控制器的逻辑结构及功能 微程序控制器的结构与微指令的格式密切相关。 微程序控制器的结构框图如图3-5所示。它由控制存储器、微地址寄存器、微命令寄存器和地址转移逻辑几部分组成。微地址寄存器和微命令寄存器两者的总长度即为一条微指令的长度，二者合在一起称为微指令寄存器。 图3-5:微程序控制器的结构框图 1(控制存储器 ROM中存放微程序，也就是全部的微指令。ROM的容量取决于微指令的总数。假如控制器需要128条微指令，则微地址寄存器长度为7位。ROM的字长取决于微指令长度。如果微指令为32位，则ROM的字长就是32位。实际应用中ROM可采 2用EPROM或EPROM、EAROM，用户写入和修改微程序比较方便。 2(微命令寄存器 微命令寄存器暂存由控制存储器中读出的当前微指令中控制字段与测试判别字段信息，可由8D寄存器组成。 3(微地址寄存器 微地址寄存器暂存由控制存储器读出的当前微指令的下址字段信息。它可由带R、S强置端的D触发器组成。其中时钟端和D端配合用做ROM的读出打入，DD 用S进行下址修改。 D 19 4(地址转移逻辑 微指令由ROM读出后直接给出下一条微指令的地址，这个地址就放在微地址寄存器中。当微程序出现分支时通过地址转移逻辑去修改微地址寄存器内容，并按修改好的微地址读出下条微指令。地址转移逻辑是一个组合逻辑电路，其输入是当前微指令的判别测试字段P、执行部件反馈的“状态条件”及时间因素T。 i4 5(控制时序信号 上图中标明了一个基本机器周期中的控制时序信号。例如用上一周期的T时4间按微地址寄存器内容从ROM中读一条微指令，经过一段时间后被读出，用当前周期的T时间打入到微指令寄存器。T、T时间用来控制执行部件进行操作。T1234时间修改微地址寄存器内容并读出下一条微指令。 微控制器寄存器使用的是两片74LS273和一片74LS175构成它们从微命令存储器中读出并保存，为后续模块提供信息。它是根据节拍信号进行读的。 地址转移部分是由一个74LS245作为6的带强制端的触发器构成寄存器和构成在强制端没有输入时使用的是从微存储器读出下一条地址。如果强制端有输入就是强制端给定的地址。强制端给地址主要是在分支的时候给出。 还有三个74LS138够成地址译码部分。分别对应A,B,C字段。 微控制器的物理设计 微控制器的设计中根据其要求，使用的微控制的微控存使用的是3片2816 构成。其中每一片使用的是256个字节并没有全使用。这主要考虑到是整个模型机都使用的都是8位的。三片2816实现的位扩张，构成24长度微指令。因此根据起设计的要求物理设计的逻辑图如图3-6所示: 20 图3-6 物理设计图 21 3.5微程序的设计与实现 3.5.1指令格式 微指令长共24位，其控制位顺序如表3-7所示: 表3-7:微指令的格式 微程序 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 控制信号 3 2 1 0 M CN WE B1 B0 A 微程序 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 控制信号 B C uA5 uA4 uA3 uA2 uA1 uA0 A字段 B字段 C字段 对表3-7解释: S3 S2 S1 S0 M 微运算器74LS181芯片的控制信号，详见表3-7。 微W\R信号对RAM和OUT进行写操作，高电平为写有效。 B1,B0: 为对外部设备(RAM, OUTPUT, INPUT)地址进行译码，B0B1=00时， INPUT 选中; B0B1 =01时，RAM(CE)选中;B0B1=10的，OUTPUT 选中; B0B1=11时，外部设备不选中。 22 A字段: LDRi:寄存器输入选中，具体选择同指令寄存器(IR)的最低2位(I1，I0)配合，当I1，I0=00时为输入到R0寄存器;I1，I0=01时为R1;I1，I0=10时为R2。 LDDR1:暂存器DR1选中。 :暂存器DR2选中。 LDDR2 LDIR:指令寄存器IR选中。 LOAD:总线数据直接装载到PC计数器。 LDAR:地址寄存器AR选。 B字段 : RS-B:为源寄存器输出选中。具体选择同指令寄存器(IR)的3，4位(I3，I2)配合，当I3，I2=00时为输入到R0寄存器;I3，I2=01时为R1;I3，I2=10时为R2。 RD-B:为目的寄存器输出选中。具体选择同指令寄存器(IR)的最低2位(I1，I0)配合，当I1，I0=00时为输入到R0寄存器;I1，I0=01时为R1;I1，I0=10时为R2。 RI-B:为变址寄存器选中。本机定固定为R2 。 299-B:移位寄存器输出选中。 ALU-B:逻辑运算单元结果输出。 PC-B :PC计数器输出。 C字段 : P(1):分支判断1，和指令寄存器(IR)的高四位(IR7-IR4)作为测试条件。可分16个分支。 P(2):分支判断2，和指令寄存器(IR)的三四位(IR3，IR2)作为测试条件，有4个分支。 P(3):分支判断3，和CY或ZI作为测试条件，有两个分支。 P(4):分支判断4，和开关SWB，SBA作为测试条件，有4个分支。用于控制台控制区 (读程序，写程序，和运行程序)。 AR:进行算术运算时是否影响进位和判零标志的控制位。 选中时进行带进位运算。 LDPC:为PC计数信号选中。 UA5„„UA0:为下一步微地址 23 指令的后续地址的产生方法是:在没有跳转的指令中后六位就是下一条微指令的入口地址。在有跳转的指令根据跳转的条件微控制器根据相应的条件和地址将下地址直接送到为控制器的地址强制端得到下一条指令的地址。 微程序是按顺序在在为控存中存放在系统初始化的是时候指令是从00H地址开始的00H地址中存放的是一条跳转指令直接可以跳转到01H的中存放的就是真正在控制程序功能的指令。机器就根据指令一条的执行。在微控制器的控制下让机器根据指令的来进行有条不紊的工作。 为指令的入口地址的形成是根据机器指令的高四位进行判断后得出的。每一条微指令都对应相应的一个地址。地址的编制和每一微指令是一一对应。不存在冲突。 3.5.2微程序流程图 根据以上的指令设计，得出的微程序流程图如图3-7所示: 24 01 02 RS?BUS BUS?DR1 异或10 DR1?DR1 R?BUS RAM?RAM?RAM?DR2?BUSOR BUS?BUS BUS BUS ?DR DR1+DR200(直11(相OUTMOV 01(间接) 10(变RAM BUS?PC BUS?DR1 BUS?R 接) 对) 2 BUS?IR ? 址) 1516 1A 19 10 1317 1411 122 BUS?AR 18 2 2 2 RS?BUS DR1+1?P(3) BUS?DR1 DR1O6 09 P(2) O3 04 RD?BUS DR1+DR2 DR1?BUS BUS?DR2 ?BUS?BUS?AR RD 07 0A DR1+DRA05 ?BUS?29 STA LOD 2D BZC JMP RD CLR ADD SUB AND INXOR 220 22 23 2 21 08 0B 2A 1C 24 01 01 PC?2C 26 28 AR 01 01 01 01 20 30 PC+1 2B RAM?BUS BUS?IR 27 31 01 P(1) 图3-7 微程序流程 RS?BUS PC?PC?PC?SWE?RD?PC?ALU?RS?RS?BUS RD?BUS BUS?DR1 AR LED AR AR BUS 0?RD AR RD BUS?DR1 BUS?DR2 01 01 01 PC+1 PC+1 PC+1 BUS?RD PC+1 图 24 25 RAM?RAM?RAM?RAM?BUS BUS BUS BUS RD?BUS RS?BUS RD?BUS RD?BUS BUS?DR1 BUS?DR1 BUS?AR BUS?AR BUS?DR2 BUS?DR1 BUS?DR2 BUS?DR2 R2?DR1 01 PC?DR2 01 RAM?BUS DR1DR1*DRADR1+DR2BUS?AR ?BUS??BUS?RD RD DR1+DR2?BUS?AR BUS?DR1 25 在微程序流程图中总共涉及到13条机器指令它们分别是: IN OUT STA LDA JMP BZC CLR MOVE ADD SUB XOR AND OR 其中的指令的格式在上面已经介绍。 这些机器指令指令都是遵循从 取址 译码 执行 访存 写回 5个步骤。在取址总它们都有相同的的操作如图中标号 01H 的作用是从地址指针寄存器中得到指令地址根据指令地址得出取出指令。这个取址过程是所用的指令的需要执行的公操作。 图中在执行完公操作后又给“P(1)”的功能就是译码。这里的译码工作是使用微控制器的外围电路中分支的方式。得到下一条微指令的地址。 指令中的STA、 LDA JMP BZC 是四条双字长的指令。他们有四种寻址方式分别是直接、间接、变址、相对。指令在操作地址的时候都是先得到地址然才能操作。在这里设计的过程使用的也是同样的思想。在指令译码的过程中对这四条指令使用的方式不是直接判断应该执行什么指令，而是先判断应该使用怎样的寻址方式先找到应该操作的主存地址再进行操作。 间接寻址的方式的STA指令如下: 第一步:(01H)从地址指针(PC)中得到地址,送到地址寄存器(AR)中，PC自 动加一。 第二步:(02H)主存(RAM)中读出东西送到总线上，送到指令寄存器(IR) 中。 第三步:(10H)将(IR)中的内容进行译码。判断下一条指令的地址。 第四步:(12H)由于是STA指令是一条双子长指令。所以在此再次执行第一 步即可。 第五步:(06H)将主存中的数据写到DR1中。 第六步:(07H) 将R2中的内容送到DR2中。 第七步:(08H)将DR1与DR2中的数据相加后送到AR中，是STA指令操 26 作地址。并进行判断执行的是哪种地址。 第八步:(20H)将相应的寄存器中的内容送到RAM中。 第九步:回到原操作。 3.5.3微指令 -8所示: 微指令的格式表3 表3-8: 微指令格式 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 微地S3 S2 S1 S0 M CN WE B1 B0 A B C uA5„ 址 Ua0 01 000001011 110 110 110 000010 02 000001001 100 000 001 010000 10 000001011 110 110 110 000011 11 000001011 110 110 110 000100 12 000001011 110 110 110 000110 13 000001011 110 110 110 001001 14 000001000 001 000 000 000001 15 000001110 000 010 000 000001 16 000001011 001 001 000 000001 17 001110011 001 101 000 000001 18 000001011 010 001 000 100110 19 000001011 011 001 000 101000 1A 000001011 010 001 000 101100 1B 000001011 010 001 000 101110 1C 000001011 010 001 000 110000 27 03 000001001 110 000 101 100000 04 000001001 110 000 000 000101 05 000001001 110 000 010 100000 06 000001001 110 000 000 000111 07 000001011 011 001 000 001000 08 100101011 110 101 010 100000 09 000001001 010 000 000 001010 0A 000001011 011 110 000 001011 0B 100101011 110 101 010 100000 20 000001101 000 010 000 000001 21 000001001 001 000 000 000001 22 000011001 101 000 110 000001 23 000001011 000 000 011 100100 24 000001011 000 000 000 000001 25 000001001 101 000 110 000001 26 000001011 011 010 000 100111 27 100101011 001 101 101 000001 28 000001011 010 010 000 101001 29 000010011 101 101 000 101010 2A 000000011 010 101 000 101011 2B 100101011 001 101 000 101011 2C 000001011 011 010 000 101101 28 2D 011010011 001 101 000 000001 2E 000001011 011 010 000 101111 2F 101110011 001 101 000 000001 30 000001011 011 010 000 110001 31 111010011 001 101 000 000001 设计复杂模型机的监控软件，详细如下: $P00 44 IN 01,R0 $P01 46 IN 01,R2 $P02 88 ADD R2,R0 $P03 61 MOV RO,R1 $P04 A4 XOR R1,R0 $P05 3C BZC 00,00 $P06 00 微程序: $ M01 82ED05 $ M02 50C004 $ M10 83ED05 $ M11 84ED05 $ M12 86ED05 $ M13 89ED05 $ M14 011004 $ M15 010407 $ M16 019205 $ M17 019A39 $ M18 23B205 29 $ M19 28A205 $ M1A 2CA205 $ M1B 2EA205 $ M1C 30E005 $ M03 A0E004 $ M04 05E004 $ M05 A0A004 $ M06 07B204 $ M07 08EA05 $ M08 A0A005 $ M09 0ABC04 $ M0A 0BEA05 $ M0B A08455 $ M20 019006 $ M21 019004 $ M22 81D108 $ M23 E48005 $ M24 018005 $ M25 81E104 $ M26 27B405 $ M27 419B95 $ M28 29A405 $ M29 2AAA09 $ M2A 2BAA01 $ M2B 019A95 $ M2C 2EB405 $ M2D 019A69 30 $ M2E 2FB405 $ M2F 019AB9 $ M30 31B405 $ M31 019CE9 四、系统调试 PC=00 PC=01->AR=00->RAM(44) RAM(44)->IR=44->微控器 INPUT(01)->R0=01 PC=02->AR=01->RAM(46) RAM(45)->IR=46->微控器 INPUT(02)->R0=02 PC=03->AR=02->RAM(B4) RAM(88)->IR=88->微控器 R0=01->DR1 R1=02->DR2 AUL=03->R1 PC=04->AR=03->RAM(61) RAM(61)->IR=61->微控器 DR1->R0=03 PC=05->AR=04->RAM(A4) RAM(A4)->IR= A4->微控器 R0=03->DR1 R1=03->DR2 ALU=03->R1 PC=06->AR=05->RAM(3C) 31 RAM(3C)->IR=3C->微控器 PC=08->AR=07->RAM(00) RAM(00)->AR=00 2.调试时的问题及解决 在调试程序时，由于理论和实践没有很好的结合在一起，因而遇到了很多问题，总结起来有以下几点: 1.接线错误。 例如:没有检查排线是否正常或者由于粗心，排线的插孔没有对齐，排线接错，导致程序运行错误。 2.在写程序时的错误。 32 总 结 通过本次的课程设计我进一步熟悉了计算机组成原理的基本知识，同时也了解了模型机设计的基本过程，掌握了一些基本的软硬件设计知识并对其进行了基本的运用。在模型机的设计中运用了很多知识，也学习了许多设计技巧。 本次课程设计通过查阅资料及浏览网页解决了对基本功能部件的功能了解。课程设计中微控制器的设计是最为复杂的一项，在微控制器设计中译码电路和翻译电路的设计是最为困难。微指令的设计中要求的就是精益求精，细微至极。设计过程需要24位的微指令中的每一位都要细微设计。 但是由于课程设计时间较短，所以该模型机还有许多不尽人意的地方。二周的课程设计，提高了我的实际操作能力，从以前所学理论上升到实践，真正做到了学有所用。设计中遇到的最为困难的也是在微指令设计中对微指令的每一位的正确判断，为了能正确识别每一位微指令，我们再次做了组成原理实验，加深对时序和数据流向的认识和理解。 33 参考文献 [1] 白中英. 计算机组成原理. 科学术出版社，2006.8 [2] 白中英. 计算机组成原理题解、题库、实验. 科学术出版社，2006.8 [3] 王爱英，计算机组成与结构，清华大学出版社，1999 [4] 王诚，计算机组成与结构，清华大学出版社，1999清华大学出版社，1999 [5] 唐朔飞. 计算机组成原理，高等教育出版社，1993 34 致 谢 首先非常感谢学院开设计算机组成原理这个课程设计，为我以后从事计算机方面的工作提供了实战经验，奠定了初步的基础。 在本次课程设计中，特别感谢我的指导老师杜红林老师不辞辛苦的辅导，以及我的计算机组成原理老师包仲贤老师，他在我学习计算机组成原理的过程中也付出了辛劳的汗水，在此献上我最诚挚的谢意。还要感谢我的队友及同学们，在课程设计的过程中给予我很大的帮助。 老师总是有问无论是在专业知识还是在学习生活中的问题，我们问起来时杜必答，而且把问题分析的通通透透，用最简明扼要的语言分析开了最难懂的问题。杜老师真是一个处处为学生着想，认认真真工作的好老师。杜老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平使我们收益匪浅，成为我们以后学习和工作的榜样。我觉得杜老师决不止是在专业知识对我们的教育，他看来更像一个迷雾中的导航灯，让我们学到知识的同时认识到我们当前的位置和市场的联系，给我们指明地方，有很多思想教育都是让我深思的。在此向杜老师表示深深的感谢和由衷的敬意。 再次感谢以上对我此次课程设计提供帮助的所有人,谢谢你们。 35