2022年2022年计算机组成 2.pdf

东 莞 理 工 学 院课程设计课程计算机组成与结构题目具有访存及有条件转移功能的复杂模型机设计院系名称计算机学院班级计算机科学与技术4 班学生姓名何花学号 201141402411 组员陈佳指导教师黄仁泰时间 2012.06.20-2012.06.23 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 13 页 - - - - - - - - - 1 设计要求及目的要求：具有访存及有条件转移功能的复杂模型机的设计?机器指令程序如下：?START: IN 01,R1 ； （R1)=13H / 09H设计时同学们可以给R1送入其它数值?LDA 00,20H,R2 ；将20H存储单元的数据 15H 送 R2 ?SBC R1,R2 ?OUT 10,R2 ?COM R1 ?OUT 10,R1 ?BZC 00,START ?HALT 目的：通过实验课加深对理论知识的学习， 使对计算机系统的基本原理有一个清晰的概念和认识， 掌握设计计算机系统的原理与方法，能更好的培养独立分析问题、解决问题和创新意识的能力，同时对计算机体系结构有一个比较深的认识和理解。综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。2 机器指令设计文档根据指令格式、功能、助记符编写机器指令，具体如下：1.指令格式模型机设计四大类指令共16 条，其中包括算术逻辑指令、 I/O 指令、访问及转移指令和停机指令。（1）算术逻辑指令设计九条算是逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址， 其格式如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 13 页 - - - - - - - - - 其中， OP-CODE 为操作码， RS为原寄存器， RD为目的寄存器，并规定：（2）访问指令及转移指令。模型机设计两条访问指令，即存数（STA ） 、取数（LDA ） ，两条转移指令，即无条件转移（ JMP ） 、结果为零或有进位转移（BZC ） ，格式指令如下：其中， OP-CODE 为操作码， rd 为目的寄存器地址（ LDA/STA指令使用） 。D 为位移量（正负均可），M 为寻址模式，其定义如下：本模型机规定变址寄存器RI指定为寄存器 R2。（3）I/O 指令。输入（ IN）和输出（ OUT ）指令采用单字节指令，其格式如下：其中，addr=01 时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为输入设备， addr=10 时，选中“ OUTPUT DEVICE”中的数码块作为输出设备。（4）停机指令。停机指令格式如下：HALT指令，用于实现停机操作。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 13 页 - - - - - - - - - 2.指令系统本模型机共有 16 条基本指令，其中算术逻辑指令七条，移位指令两条，访问内存指令和程序控制指令四条，输入/输出指令两条，其他指令一条。表1 列出了名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 13 页 - - - - - - - - - 各条指令的格式、助记符和功能。根据题目给出的机器指令程序及表1，写出机器指令：程序助记符$P0045 START:IN 01, R1 （R1)=13H $P0102 LDA: 00, 20，R2 $P0220 $P03A6 SBC: R1, R2 $P045A OUT: 10, R2 $P05D5 COM: R1 $P0659 OUT: 10, R1 $P070C BZC: 00, START $P0800 $P0960 HALT $P2015 （2）. 解释如下：$P0045 0100 0101 将13H送R1 $P0102 0000 0010 以直接寻址方式取出30H地址中的数据11H存入寄存器 R2中。$P0230 0011 0000 $P03A6 1010 0110 R1-R2+CY-R2(R1减去 R2再加 CY 然后送到 R2) $P045A 0101 1010 输出显示 R2 $P05D5 1101 0101 R1R1 $P0659 0101 1010 输出显示 R1 $P070C 0000 1100 转移条件，不足的返回START $P0800 $P0960 0110 0000 停机$P2015 0001 0001 将15H存入地址 20H 中名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 13 页 - - - - - - - - - 3 设计微程序流程图及确定微地址设计微程序流程图如下图所示，其中微地址在图中用八进制表示：4 微代码设计文档RDBUS BUS DR1 DR1 BUS BUSRD01 35 66 COM RS BUS BUS DR2 RAMBUS BUSDR1DR1 - DR2BUS RD1 01 32 54 55 SBC DR1 - DR2BUS RD1 56 RDLED 01 25 RAM BUS BUS IR PC AR PC + 1 P(1) 01 运行微程序02 20OUT SWBUS BUSRD 01 24 IN PCAR PC+1 RAMBUS BUSDR1 RAMBUS BUSAR 20 03 04 40 直接（ 00）P(2) RAMBUS BUSRD 40 01 LDA Y DR1 BUS BUS PC 01 01 64 44 P(3) 43 BZC N 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 13 页 - - - - - - - - - 本模型机的数据通路图如图所示数据通路框图按照系统建议的微指令格式， 参照微指令流程图， 将每条微指令代码化， 译成二进制代码表，并将二进制代码表换为联机操作时的十六进制格式文件，见表2：表 2 对表 2 的解释：S3、S2 、S1、S0 、M、Cn：微运算器 74LS181芯片的控制信号及移位控制信号，详见表 3. WE：对 RAM和 OUT进行写操作信号，高电平有效。A9A8 ：为外部设备（ RAM 、OUTPUT、INPUT ）地址进行译码， A9A8=00时，INPUT选中， A9A8=01时，RAM 选中， A9A8=10时，OUTPUT 选中， A9A8=11时，外部设备不选中。表 3：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 13 页 - - - - - - - - - A字段名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 13 页 - - - - - - - - - LDRi: 寄存器输入选中。LDDR1: 暂存器 DR1选中。LDDR2: 暂存器 DR2选中。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选中。B字段RS-B:为源寄存器输出选中。RD-B:为目的寄存器输出选中。RI-B: 为变址寄存器选中。299-B: 移位寄存器输出选中。ALU-B:逻辑运算单元输出选中。PC-B:PC计数器输出。C字段P(1) 、P(2) 、P(3) 、P(4) ：分支判断 1、2、3、4。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。根据数据通路和微指令格式, 编写二进制微代码如下，然后译成微指令：微地址S3S2S1S0 M Cn WE A9A8 A B C A5A0 微指令0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 000 000 100 001000 $M00018108 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 000010 $M0101ED82 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 100 000 001 010000 $M0200C050 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 010 000 000 000100 $M0300A004 0 4 0 0 0 0 0 0 0 0 1 110 000 010 100000 $M0400E0A0 0 8 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 001010 $M0801ED8A 0 9 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 001100 $M0901ED8C 0 A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 010 000 000 111011 $M0A00A03B 0 B 0 0 0 0 0 0 0 1 1 000 000 000 000001 $M0B018001 0 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 010 000 000 111100 $M0C00203C 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 000011 $M1001ED83 1 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 001 000 000 000001 $M14001001 1 5 0 0 0 0 0 0 1 1 0 000 010 000 000001 $M15030401 1 A 0 0 0 0 0 0 0 1 1 011 001 000 101100 $M1A01B22C 1 D 0 0 0 0 0 0 0 1 1 010 001 100 110110 $M1D01A236 2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 110 110 010010 $M20009001 2 3 0 0 0 0 0 0 0 1 1 000 000 011 100100 $M230180E4 2 4 0 0 0 0 0 0 0 1 1 000 000 000 000001 $M24018001 2 C 0 0 0 0 0 0 0 1 1 010 010 000 101101 $M2C01A42D 2 D 0 1 1 0 0 1 0 1 1 010 101 101 101110 $M2D65AB6E 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 13 页 - - - - - - - - - 根据上表，写出微程序如下：$M00018108$M0101ED82$M0200C050$M0300A004$M0400E0A0$M0801ED8A$M0901ED8C$M0A00A03B$M0B018001$M0C00203C$M1001ED83$M14001001$M15030401$M1A01B22C$M1D01A236$M20009001$M230180E4$M24018001$M2C01A42D$M2D65AB6E$M2E0D9A01 $M3405DB81$M360D9A01$M3B070A08$M3C068A092 E 0 0 0 0 1 1 0 1 1 001 101 000 000001 $M2E0D9A01 3 4 0 0 0 0 0 1 0 1 1 101 101 110 000001 $M3405DB81 3 6 0 0 0 0 1 1 0 1 1 001 101 000 OO0001 $M360D9A01 3 B 0 0 0 0 0 1 1 1 0 000 101 000 001000 $M3B070A08 3 C 0 0 0 0 0 1 1 0 1 000 101 000 001001 $M3C068A09 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 13 页 - - - - - - - - - 5 画接线图复杂模型机课程设计的实验接线图如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 13 页 - - - - - - - - - 6 完整的调试步骤和结论1 按照接线路图连接实验线路，检查无误后接通电源。2 联机写程序。把编写的机器指令和微指令保存到题目11+33.TXT文件中。打开实验软件，装载已经写好的机器指令和微指令文件题目11+33.TXT ，装载机器指令及微指令后，选择【运行】【通路图】【复杂模型机】功能菜单打开相应动态数据通路图。拨动实验箱的总清零开关CLR清零（ 1-0-1） 。3 检测完成后，拨动实验箱的总清开关CLR清零（ 101）后，使程序首地址及微程序地址为 00H。程序可从头开始运行。4 选择单步运行微指令选项，按动一次，则运行一条微指令。以下是指令运行的过程：机器指令助记符微操作IN 01,R1 1.PC-AR-RAM PC+1-PC 2.RAM-AR-微控器3.INPUT-R1 LDA 00,20,R2 1.PC-AR-RAM PC+1-PC 2.RAM-AR-微控器3.PC-AR-RAM 4.RAM-DR1-ALU 5.AR-RAM RAM-R2 SBC R1,R2 1.PC-AR-RAM PC+1-PC 2.RAM-AR-微控器3.R1-DR2-ALU 4.R2-DR1-ALU 5.ALU-DR1-ALU 6.ALU-R2 OUT 10,R2 1.C-AR-RAM 2.AM-AR-微控器3.2-OUTPUT COM R1 1. RDRD OUT 10,R1 1.C-AR-RAM 2.AM-AR-微控器3.R1-OUTPUT BZC 00,START PC-AR-RAM HALT 停机名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 13 页 - - - - - - - - - 自己验证程序的运算结果：IN 01,R1 ： R1=05H LDA 00,20,R2： R2=0AH SBC R1,R2 ： R1=05H R2=FBH OUT 10,R2: R2=FBH COM R1: R1=FAH OUT 10,R1: R1=FAH BZC 00,START: R1=FAH 7心得体会：都说万事开头难，我们一开始不知道要从何处入手。后来通过问同学知道需要我们自己做的东西。 就是平时做实验老师已经给我们的机器指令和微程序代码、流程图等需要我们自己写。我们以为很难，真正做就会发现其实不难，按照老师给的样板对应的进行计算就可以做出来了。然后我们去实验进行连线， 一开始我们连完电路在进行调试的时候发现pc 出现错误，后来我们又重新插了那一部分的线，然后我们成功了。然后开始装载，运行复杂通路图，理解每一步的功能和作用。经历重重考验，我们终于完成了该课程设计。 。看图，连接电路，调试电路，提高动手实践的能力， 设计微程序，提高了我们的设计思考水平， 观察运行过程，让我们拓展思维。课程设计给了我们锻炼自己思维能力和动手操作能力的平台，通过课程设计， 我们学习并设计了计算机， 在设计中更好地理解了计算机运行的核心原理。课程设计不仅教会我们怎么去学习计算机组成，更教会我们怎样去做人，怎样互助，怎样去沟通，怎样培养一种团体合作精神。我们不仅要为自己负责，更要为团队负责。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 13 页 - - - - - - - - -