計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)---帶復(fù)雜指令的模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、<p>  課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)</p><p>  信息  學(xué)  院   計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)  專(zhuān)  業(yè)  一  班    </p><p>  一、課程設(shè)計(jì)(論文)題目  帶復(fù)雜指令的模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)    </p><p>  二、課程設(shè)計(jì)(論文)工作自 2012 年

2、 6 月 11 日起至 2012 年 6 月 17 日止。</p><p>  三、課程設(shè)計(jì)(論文) 地點(diǎn): 5-301 </p><p>  四、課程設(shè)計(jì)(論文)內(nèi)容要求:</p><p>  1.本課程設(shè)計(jì)的目的</p><p>  通過(guò)課程

3、設(shè)計(jì),使學(xué)生將掌握的計(jì)算機(jī)組成基本理論應(yīng)用于實(shí)踐中,在實(shí)際操作中加深</p><p>  對(duì)計(jì)算機(jī)各部件的組成和工作原理的理解,掌握微程序計(jì)算機(jī)中指令和微指令的編碼方法,</p><p>  深入理解機(jī)器指令在計(jì)算機(jī)中的運(yùn)行過(guò)程。</p><p>  2.課程設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求</p><p><b>  1)基本要求:</b&

4、gt;</p><p>  要求學(xué)生動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備,掌握微程序設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的模</p><p>  型機(jī),該模型機(jī)由運(yùn)算器、寄存器、譯碼電路、存儲(chǔ)器、和存儲(chǔ)微指令用的控制存儲(chǔ)器組成,</p><p>  并能實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的機(jī)器指令,并根據(jù)設(shè)計(jì)好的指令設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的機(jī)器指令程序,實(shí)現(xiàn)輸入、</p><p>  輸出、存儲(chǔ)器

5、讀寫(xiě)和簡(jiǎn)單的控制指令。</p><p><b>  2)創(chuàng)新要求: </b></p><p>  要求學(xué)生根據(jù)要求,設(shè)計(jì)符合要求的指令程序?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的任務(wù),并為設(shè)計(jì)的機(jī)器指令編</p><p>  寫(xiě)相應(yīng)的微程序代碼,并在模型機(jī)上驗(yàn)證和測(cè)試。</p><p>  3)課程設(shè)計(jì)論文編寫(xiě)要求</p><p&

6、gt; ?。?)要按照書(shū)稿的規(guī)格打印謄寫(xiě)畢業(yè)論文。</p><p> ?。?)論文包括目錄、緒論、正文、小結(jié)、參考文獻(xiàn)、附錄等。</p><p>  (3)課設(shè)論文裝訂按學(xué)校的統(tǒng)一要求完成。</p><p>  4)答辯與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn): </p><p> ?。?)完成原理分析:20分; </p><p> ?。?)完成設(shè)

7、計(jì)過(guò)程:25分; </p><p> ?。?)完成調(diào)試:25分;</p><p>  (4)回答問(wèn)題:10;</p><p>  (5)格式規(guī)范性 :20分。</p><p><b>  5)參考文獻(xiàn):</b></p><p>  (1)王愛(ài)英.《計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)》 清華大學(xué)出版社</p&g

8、t;<p> ?。?)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)</p><p>  6)課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排</p><p>  內(nèi)容 天數(shù)      地點(diǎn)</p><p>  構(gòu)思及收集資料 2      圖書(shū)館</p><p>  上級(jí)調(diào)試 2      實(shí)驗(yàn)室&l

9、t;/p><p>  撰寫(xiě)論文 3      圖書(shū)館、教室</p><p>  學(xué)生簽名: </p><p>  2012 年 6 月 11 日</p><p>  課程設(shè)計(jì)(論文)評(píng)審意見(jiàn)</p><p> ?。?)完成原理分析(20分):優(yōu)( )、良( 

10、)、中(?。⒁话悖ā。?、差(?。?; </p><p> ?。?)設(shè)計(jì)分析 ?。?5分):優(yōu)(?。⒘迹ā。⒅校ā。?、一般( )、差(?。?; </p><p> ?。?)完成調(diào)試 ?。?5分):優(yōu)(?。?、良( )、中(?。⒁话悖ā。⒉睿ā。?lt;/p><p> ?。?)回答問(wèn)題 ?。?0分):優(yōu)(?。?、良( )、中(?。?、一般(?。?、差(?。?;</p&g

11、t;<p> ?。?)格式規(guī)范性 :(20分):優(yōu)(?。⒘迹ā。⒅校ā。⒁话悖ā。⒉睿ā。?;</p><p>  評(píng)閱人:  周潔   職稱(chēng): 講師 </p><p>  2012 年 6 月 17 日</p><p><b>  目錄</b></p><p><

12、b>  一、設(shè)計(jì)目的3</b></p><p><b>  二、設(shè)計(jì)內(nèi)容4</b></p><p><b>  三、設(shè)計(jì)原理4</b></p><p><b>  四、詳細(xì)設(shè)計(jì)6</b></p><p>  (一)數(shù)據(jù)通路框圖6</p>

13、<p><b> ?。ǘ┝鞒虉D7</b></p><p><b> ?。ㄈ┪⒋a表8</b></p><p>  (四)機(jī)器指令設(shè)計(jì)9</p><p> ?。ㄎ澹┐_定連線(xiàn)圖10</p><p> ?。┪⒊绦蛑噶顖?zhí)行流程及說(shuō)明11</p><p>

14、<b>  五、心得體會(huì)18</b></p><p><b>  六、參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>  一、設(shè)計(jì)目的</b></p><p><b>  課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>  1. 在掌握部件單元電路實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,

15、進(jìn)一步將其組成系統(tǒng)構(gòu)造一臺(tái)帶復(fù)雜指令的模型計(jì)算機(jī)。</p><p>  2. 為其定義六條機(jī)器指令,并編寫(xiě)相應(yīng)的微程序,具體上機(jī)調(diào)試掌握整機(jī)概念。</p><p>  3. 需要實(shí)現(xiàn)寄存器間接尋址方式。</p><p><b>  二、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>  我的課程設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的模型機(jī),該模型

16、機(jī)包含若干條簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)指令,其中包括輸入、輸出指令,存儲(chǔ)器讀寫(xiě)指令,寄存器訪(fǎng)問(wèn)指令,運(yùn)算指令,程序控制指令。同時(shí)設(shè)計(jì)出了這些機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的微指令代碼,并將其存放于控制存儲(chǔ)器,并利用機(jī)器指令設(shè)計(jì)一段簡(jiǎn)單機(jī)器指令程序。微程序能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送,進(jìn)行二進(jìn)制減法,利用寄存器間接尋址方式尋址。</p><p>  在實(shí)驗(yàn)室階段,將機(jī)器指令程序和編寫(xiě)的微指令程序存入主存中,并運(yùn)行此段程序,通過(guò)指示燈來(lái)顯示和觀察該段程序的運(yùn)行,

17、驗(yàn)證編寫(xiě)的指令和微指令的執(zhí)行情況是否符合設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>  三、設(shè)計(jì)原理 </b></p><p>  我們通過(guò)設(shè)計(jì)微程序,使得這個(gè)簡(jiǎn)單模型機(jī)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)特定指令功能。計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通路的控制由微程序控制器完成,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(lái)完成,即一條機(jī)器指令

18、對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序。</p><p>  本實(shí)驗(yàn)采用七條機(jī)器指令:IN0/1(輸入并存入存儲(chǔ)器單元)、IN(輸入)、SUB(二進(jìn)制加減法)、STA(存數(shù))、PUT(間接尋址)、OUT(輸出)、JMP(無(wú)條件轉(zhuǎn)移)。其中IN和PUT為單字長(zhǎng),其余為雙字長(zhǎng)指令。</p><p><b>  指令格式如下:</b></p><p>  助記符

19、 機(jī)器指令碼 說(shuō)明</p><p>  IN 0000 0000 “INPUT DEVICE”中的開(kāi)關(guān)狀態(tài)R0</p><p>  IN0/1 addre 0001 0000 “INPUT DEVICE”->RO->[addre]</p><p>  PUT

20、 0010 0000 間接寄存器尋址[R0]->[addr]->DR1</p><p>  SUB addr 0011 0000 R0-DR1 R0</p><p>  STA addr 0100 0000 R0 [addr]</p><p>  OUT

21、 addr 0101 0000 [addr] BUS</p><p>  JMP addr 0110 0000 addrPC</p><p>  為了向RAM中裝入程序和數(shù)據(jù),檢查寫(xiě)入是否正確,并能啟動(dòng)程序執(zhí)行,還必須設(shè)計(jì)三個(gè)控制臺(tái)操作微程序。</p><p>  存儲(chǔ)器讀操作(KRD):撥動(dòng)總清

22、開(kāi)關(guān)CLR后,控制臺(tái)開(kāi)關(guān)SWB、SWA為“00”時(shí),按START微動(dòng)開(kāi)關(guān),可對(duì)RAM連續(xù)手動(dòng)讀操作。</p><p>  存儲(chǔ)器寫(xiě)操作(KWE):撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)CLR后,控制臺(tái)開(kāi)關(guān)SWB、SWA為“01”時(shí),按START微動(dòng)開(kāi)關(guān),可對(duì)RAM進(jìn)行連續(xù)手動(dòng)寫(xiě)入。</p><p>  啟動(dòng)程序:撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)CLR后,控制臺(tái)開(kāi)關(guān)SWB、SWA置為“11”時(shí),按START微動(dòng)開(kāi)關(guān),即可轉(zhuǎn)入到第01號(hào)“

23、取址”微指令,啟動(dòng)程序運(yùn)行。</p><p>  上述三條控制臺(tái)指令用兩個(gè)開(kāi)關(guān)SWB、SWA的狀態(tài)來(lái)設(shè)置,其定義如下:</p><p>  微代碼定義表如下圖所示:</p><p>  其中第18位到24位是控制運(yùn)算器中的74LS181型ALU功能;</p><p>  第16、17位是控制擴(kuò)展單元,它利用74LS139作為譯碼器,功能圖如下

24、:</p><p>  第7位到第15位分為A、B、C三個(gè)字段,各字段的功能圖如下:</p><p>  第1位到第6位為下址字段,為本條微指令執(zhí)行完后下一條指令的地址。</p><p>  本模型機(jī)設(shè)計(jì)中,微程序存儲(chǔ)在2816E²PROM中,機(jī)器指令程序存儲(chǔ)在6116中。</p><p><b>  四、詳細(xì)設(shè)計(jì)<

25、/b></p><p><b>  (一)數(shù)據(jù)通路框圖</b></p><p>  根據(jù)我的課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通路框圖如下:</p><p><b> ?。ǘ┝鞒虉D</b></p><p>  控制臺(tái)與微程序流程圖</p><p>  當(dāng)擬定“取指”微指令時(shí),該微指

26、令的判別測(cè)試字段為P(1)測(cè)試。由于“取指”微指令是所有微指令都使用的公用微指令,因此P(1)的測(cè)試結(jié)果會(huì)出現(xiàn)多路分支。我們使用指令寄存器的前4位(IR7-IR4)作為測(cè)試條件,出現(xiàn)8路分支,占用8個(gè)固定微地址單元。</p><p>  控制臺(tái)命令的微程序流程,01為取指令微指令的地址。</p><p><b> ?。ㄈ┪⒋a表</b></p><

27、;p>  當(dāng)全部微程序設(shè)計(jì)完畢后,將每條微指令代碼化,把流程圖按微指令格式轉(zhuǎn)化成“二進(jìn)制微代碼表”,如下:</p><p><b> ?。ㄋ模C(jī)器指令設(shè)計(jì)</b></p><p>  1、本實(shí)驗(yàn)要求實(shí)現(xiàn)以下指令流程:</p><p>  指令執(zhí)行流程:輸入兩個(gè)數(shù)05,01分別送到存儲(chǔ)器地址單元1AH,1BH,</p><

28、;p>  05→[1AH] //IN,STA</p><p>  01→[1BH] //IN,STA</p><p>  1AH→R0 //IN</p><p>  [R0] →R0 //PUT,間接尋址</p><p>  R0-[1BH] →R0 //SUB</p><p>  R0→[1C

29、H] //STA</p><p>  [1CH] →LED顯示存儲(chǔ)單元1CH內(nèi)容 //OUT</p><p>  2.相應(yīng)機(jī)器指令程序如下:</p><p>  地 址(二進(jìn)制) 內(nèi) 容(二進(jìn)制) 助記符 說(shuō) 明</p><p>  0000 0000 0000 0000 IN0

30、 [1AH] “INPUT DEVICE”->R0->[1AH]</p><p>  0000 0001 00011010</p><p>  0000 0010 0010 0000 IN1 [1BH] “INPUT DEVICE”->R0->[1BH]</p><p>  0000 00

31、11 0000 1011</p><p>  0000 0100 0011 0000 IN “INPUT DEVICE”->R0</p><p>  0000 0101 0100 0000 PUT [R0]->R0->DR1</p><p>  0

32、000 0110 0101 0000 SUB [1BH] DR1 – [1BH]->R0</p><p>  0000 0111 0001 1011 </p><p>  0000 1000 0110 0000 STA [1CH] R0->[1CH]</p>

33、<p>  0000 1001 0001 1100 </p><p>  0000 1010 0111 0000 OUT [1CH] [1CH]->BUS</p><p>  0000 1011 0001 1100 </p><p>  0000 1100

34、 1000 0000 JMP [00H] 00H->PC</p><p>  0000 1101 0000 0000</p><p><b> ?。ㄎ澹┐_定連線(xiàn)圖</b></p><p>  根據(jù)各部件的功能,確定好電路各個(gè)芯片的連接,如下:</p><p><

35、;b>  各部件功能:</b></p><p>  指令寄存器(IR):指令寄存器用來(lái)保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一行指令時(shí)。先把它從內(nèi)存取到緩沖寄存器中,然后在傳至指令寄存器。指令劃分為操作碼和地址碼字段,由二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成,執(zhí)行任何給定的指令,必須對(duì)操作碼進(jìn)行測(cè)試[P(1)],通過(guò)節(jié)拍脈沖T4的控制以便識(shí)別所要求的操作。</p><p>  指令譯碼器(ID):根據(jù)

36、指令中的操作碼譯碼強(qiáng)制微控器單元的微地址,使下一條微指令指向相應(yīng)的微程序首地址。</p><p>  輸入設(shè)備(INPUT DEVTICE):是一種二進(jìn)制代碼開(kāi)關(guān),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入。輸入時(shí),二進(jìn)制開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)直接經(jīng)過(guò)三態(tài)門(mén)送到總線(xiàn)上,只要開(kāi)關(guān)狀態(tài)不變,輸入的信息也不變。</p><p>  輸出設(shè)備(OUTPUT DEVICE):是一種數(shù)碼塊,完成數(shù)據(jù)輸出。輸出時(shí),匠輸出數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線(xiàn)上,當(dāng)寫(xiě)信

37、號(hào)(W/R)有效時(shí),將數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器,驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)塊顯示。</p><p> ?。┪⒊绦蛑噶顖?zhí)行流程及說(shuō)明</p><p><b>  五、心得體會(huì)</b></p><p>  通過(guò)這次的計(jì)算機(jī)組成原理的課程設(shè)計(jì),我對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)部元件的工作原理有了進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)。許多在課堂上沒(méi)有聽(tīng)懂,沒(méi)有學(xué)會(huì)的知識(shí)在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中暴露無(wú)遺,不過(guò)積極的方

38、面是通過(guò)課程設(shè)計(jì),我把這些知識(shí)上的明顯漏洞給補(bǔ)上了。我對(duì)機(jī)器指令及微指令的編碼方法不了解,對(duì)計(jì)算機(jī)機(jī)各部件工作原理也不是很理解。為了弄清楚這些問(wèn)題,我又把課本拿出來(lái)重新翻閱并尋求老師的幫助。我們這種工科的學(xué)習(xí)需要理論聯(lián)系實(shí)際,才能更好的掌握所學(xué)的知識(shí)。在實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候也遇到了一些問(wèn)題,不過(guò)在請(qǐng)教了同學(xué)和老師之后,這些問(wèn)題也都一個(gè)個(gè)迎刃而解。</p><p>  這次的課程設(shè)計(jì)題目我選擇的是帶復(fù)雜指令的基本模型機(jī)的設(shè)

39、計(jì)與實(shí)現(xiàn),在掌握部件單元電路實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步將其組成系統(tǒng)構(gòu)造一臺(tái)基本模型計(jì)算機(jī)。并為其定義七條機(jī)器指令,并編寫(xiě)相應(yīng)的微程序,具體上機(jī)調(diào)試掌握整機(jī)概念。以前都只是在使用計(jì)算機(jī),對(duì)它內(nèi)部的部件組成和構(gòu)造不是特別的清楚,在課程設(shè)計(jì)的最初階段,我沒(méi)有急于進(jìn)行具體的設(shè)計(jì),而是先理清思路,明確自己要做的工作是什么,如何來(lái)實(shí)現(xiàn)基本模型機(jī)的相關(guān)功能。這些前期的準(zhǔn)備工作雖然用去了我很多的時(shí)間,但是最后的結(jié)果證明,我這樣的方法是正確的。課程設(shè)計(jì)就像是一

40、個(gè)系統(tǒng)工程,內(nèi)容多而復(fù)雜,必須先在整體上進(jìn)行宏觀的把握,然后再具體的進(jìn)行實(shí)施。如果開(kāi)始的方向就不對(duì),那后面的改進(jìn)就會(huì)很麻煩。</p><p>  在好好學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上面的知識(shí)后,后面的相關(guān)設(shè)計(jì)參照課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的內(nèi)容進(jìn)行了相應(yīng)的改變,并設(shè)計(jì)微指令和相應(yīng)機(jī)器指令,然后將微指令和相應(yīng)的機(jī)器指令通過(guò)置試驗(yàn)箱上的數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)寫(xiě)入相應(yīng)芯片中,運(yùn)行程序,驗(yàn)證編寫(xiě)的指令和微指令的執(zhí)行情況是否符合設(shè)計(jì)要求。這個(gè)過(guò)程中,可以稱(chēng)的上是

41、狀況百出,很多事先沒(méi)想到的問(wèn)題在這里都出現(xiàn)了,例如試驗(yàn)箱連線(xiàn)的問(wèn)題,導(dǎo)線(xiàn)是好還是斷的問(wèn)題,程序跑飛的問(wèn)題等等,在這個(gè)過(guò)程中,通過(guò)自己的思考,查詢(xún)資料還有詢(xún)問(wèn)老師和同學(xué),總算是一個(gè)一個(gè)的解決了。</p><p>  通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),我的收獲很多。課程設(shè)計(jì)不僅鞏固我的理論知識(shí),將理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái),鍛煉了我的動(dòng)手能力,也讓我認(rèn)識(shí)到自己的不足之處,爭(zhēng)取以后能克服這些缺點(diǎn),更進(jìn)一步提高自己各個(gè)方面的能力。</p&

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