組成原理課程設(shè)計

1、<p>　　實驗項目名稱：基本模型設(shè)計與實現(xiàn)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　課程設(shè)計概述——————————————————3</p><p>　　課程設(shè)計的教學(xué)目的————————————————3</p><p>　　課程設(shè)計任務(wù)和基本要求——————————————3<

2、;/p><p>　　規(guī)定項目的驗證實現(xiàn)———————————————3</p><p>　　1.規(guī)定項目的設(shè)計原理————————————————3</p><p>　　2.規(guī)定項目的操作步驟————————————————8</p><p>　　制定應(yīng)用項目的設(shè)計實現(xiàn)—————————————9</p><p>　　1.

3、指定應(yīng)用項目設(shè)計的任務(wù)設(shè)計————————————9</p><p>　　2.指定應(yīng)用項目設(shè)計的任務(wù)分析及解決方案———————9</p><p>　　3.指定應(yīng)用項目題目的設(shè)計原理————————————10</p><p>　　4.指定應(yīng)用項目運行分析及討論————————————14</p><p>　　收獲、體會和建議————————

4、————————14</p><p><b>　　一、課程設(shè)計概述</b></p><p>　　1.課程設(shè)計的教學(xué)目的</p><p>　　本課程設(shè)計的教學(xué)目的是在掌握計算機系統(tǒng)組成及內(nèi)部工作機制、理解計算機各功能部件工作原理的基礎(chǔ)上，深入掌握數(shù)據(jù)信息流和控制信息流的流動過程，進一步加深計算機系統(tǒng)各模塊間相互關(guān)系的認識和整機的概念，培養(yǎng)開發(fā)和調(diào)

5、試計算機的技能。在設(shè)計實踐中提高應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識分析問題和解決問題的能力。</p><p>　　2.課程設(shè)計任務(wù)和基本要求</p><p>　　本課程設(shè)計以TDN—CM++計算機組成原理教學(xué)實驗系統(tǒng)為平臺設(shè)計完成。</p><p>　　1.按給定的數(shù)據(jù)格式和指令系統(tǒng)，理解微程序控制器的設(shè)計原理。</p><p>　　2.設(shè)計給定機器指令系統(tǒng)以

6、及微程序流程圖，按微指令格式寫出為程序的微指令代碼。</p><p>　　3.連接邏輯電路，完成啟動、測試、編程、校驗和運行，并觀測運行過程及結(jié)果。</p><p>　　4.將微程序控制器模塊與運算器模塊、存儲器模塊聯(lián)機，組成一臺模型計算機。</p><p>　　5.用微程序控制器控制模型機的數(shù)據(jù)通路。</p><p>　　6.通過在模型機上

7、運行由機器指令組成的簡單程序，掌握機器指令與微指令的關(guān)系，建立計算機的整機概念，掌握計算機的控制機制。</p><p>　　7.按指定應(yīng)用項目進行匯編指令格式及功能設(shè)計，并設(shè)計相應(yīng)的機器指令代碼，按照模型機數(shù)據(jù)通路設(shè)計實現(xiàn)機器指令功能的微程序。在PC機上編輯機器指令和微程序，裝載代碼到TDN—CM++實驗系統(tǒng)并運行，實現(xiàn)應(yīng)用要求。</p><p>　　二、規(guī)定項目的驗證實現(xiàn)</p&g

8、t;<p>　　1.規(guī)定項目的設(shè)計原理</p><p>　　在部件實驗中，我們是人為用二進制開關(guān)來完成數(shù)據(jù)通路的控制。而在本課程設(shè)計中，數(shù)據(jù)通路的控制將由微程序控制器來完成。計算機從內(nèi)存中取出一條機器指令到指令執(zhí)行結(jié)束的一個指令周期全部由微指令組成的序列來完成，即一條機器指令對應(yīng)一個微程序。</p><p>　　本設(shè)計的規(guī)定應(yīng)用項目采用五條機器指令：IN（輸入）、ADD（二進

9、制加法）、STA（存數(shù)）、OUT（輸出）、JMP（無條件轉(zhuǎn)移），其指令格式如下表（前四位是操作碼）：</p><p>　　IN為單字長，含義是將數(shù)據(jù)開關(guān)8位數(shù)據(jù)輸入到R0寄存器。</p><p>　　ADD為雙字長指令，第一字為操作碼，第二字為操作數(shù)地址，其含義是將R0寄存器的內(nèi)容與內(nèi)存中以A為地址單元的數(shù)與相加，結(jié)果放在R0。</p><p>　　STA為雙字長指

10、令，含義是將R0中的內(nèi)容存儲到以第二字A為地址的內(nèi)存單元。</p><p>　　OUT為雙字長指令，含義是將內(nèi)存中以第二字為地址的數(shù)據(jù)讀出到數(shù)據(jù)總線上，由數(shù)碼管進行顯示。</p><p>　　JMP為雙字長指令，執(zhí)行該指令時，程序無條件轉(zhuǎn)移到第二字所指定的內(nèi)存單元地址。</p><p>　　為了向RAM中裝入程序和數(shù)據(jù)，檢查寫入是否正確，并能啟動程序執(zhí)行，還設(shè)計了三

11、個控制臺操作微程序。</p><p>　　三條控制臺指令用兩個開關(guān)SWB、SWA的狀態(tài)來設(shè)置，其定義如下表：</p><p>　　根據(jù)以上要求設(shè)計數(shù)據(jù)通路框圖如下圖所示。當微指令格式確定之后，下一步就是確定后續(xù)微指令地址。通常的方法是先確定微程序分支處的微地址，因為微程序分支處需要進行判斷測試。這些微地址確定以后就可以在一個“微地址表”中將分支微指令填入相應(yīng)的分支微地址單元，避免以后的設(shè)計

12、中因重復(fù)使用而造成錯誤。對于其他位置就可以按一條微指令對應(yīng)一個微地址隨意填寫。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)通路框圖如下：</b></p><p><b>　　微指令格式</b></p><p>　　按照數(shù)據(jù)通路可畫出機器指令的微程序流程圖如下圖所示： </p><p>　　當

13、全部微程序設(shè)計完畢后，應(yīng)將每條微指令代碼化，下表即為將微程序流程圖按微指令格式轉(zhuǎn)化而得到的“二進制代碼表”。</p><p><b>　　二進制微代碼表</b></p><p>　　本系統(tǒng)使用兩種外部設(shè)備，一種是二進制代碼開關(guān)，它作為輸入設(shè)備（INPUT DEVICE）；另一種是數(shù)碼管，它作為輸出設(shè)備（OUTPUT DEVICE）。</p><p&

14、gt;　　本制定應(yīng)用項目設(shè)計的機器指令程序及相應(yīng)的匯編程序如下表所示：</p><p>　　2.規(guī)定項目的操作步驟</p><p>　　1．按下圖連接試驗線路：</p><p>　　2．測試：在聯(lián)機軟件CMPP中打開復(fù)雜的數(shù)據(jù)通路圖，在測試菜單中點擊“開始”，按照提示進行測試。</p><p><b>　　3．寫程序</b&g

15、t;</p><p><b>　　聯(lián)機讀/寫程序</b></p><p>　　按下面的規(guī)定格式，用聯(lián)機軟件在CMPP中建立將機器指令及微指令的二進制代碼編輯成十六進制的*.TXT類型文件。并用聯(lián)機軟件的轉(zhuǎn)存儲功能將該格式文件裝載到實驗系統(tǒng)中。</p><p>　　程序 機器指令格

16、式說明</p><p>　　$P0000 $PXX XX</p><p>　　$P0110 機器指令代碼</p><p><b>　　$P020A</b></p>

17、<p>　　$P0320 十六進制地址</p><p><b>　　$P040B </b></p><p><b>　　$P0530</b></p><p><b>　　$P060B</b>&

18、lt;/p><p><b>　　$P0740</b></p><p><b>　　$P0800</b></p><p><b>　　$P0A01</b></p><p>　　微程序 微指令格式說明：</p&g

19、t;<p>　　$M00018110 $M06959A01 $MXX XXX XXX</p><p>　　$M0101ED82 $M0700E00D 微指令代碼</p><p>　　$M0200C048 $M08001001</p>&l

20、t;p>　　$M0300E004 $M0901ED83 十進制地址</p><p>　　$M0400B005 $M0A01ED87</p><p>　　$M0501A206 $M0B01ED8E</p><p>　　$M0C01ED96 $

21、M1200A017</p><p>　　$M0D028201 $M13018001</p><p>　　$M0E00E00F $M14002018</p><p>　　$M0F00A015 $M15070A01</p><p>　　$M1001ED92 $M1600D18

22、1</p><p>　　$M1101ED94 $M17070A10</p><p>　　$M18068A11</p><p><b>　　4．運行程序</b></p><p>　　本機運行：連續(xù)運行程序。</p><p>　　使“STATE UNIT”中的STEP開關(guān)置為“ECE

23、X”狀態(tài)。STOP開關(guān)置為“RUN”</p><p><b>　　狀態(tài)。</b></p><p>　　撥動總清開關(guān)CLR（1-0-1），微地址及程序計數(shù)器清零，然后按動啟動開關(guān)START，系統(tǒng)連續(xù)運行程序，稍后將STOP撥至“STOP”時，系統(tǒng)停機。</p><p>　　三、指定應(yīng)用項目的設(shè)計實現(xiàn)</p><p><

24、;b>　　1.設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　將指令中所帶數(shù)據(jù)X與R0寄存器的內(nèi)容Y執(zhí)行的運算，結(jié)果送到以K為間接地址的內(nèi)存單元。</p><p>　　2.任務(wù)分析及解決方案</p><p><b>　　任務(wù)分析</b></p><p>　　指令中所帶的數(shù)據(jù)為X，因此X的值在設(shè)計的程序中自行設(shè)定，

25、Y的地址為K，它在于內(nèi)存單元中,因此要從數(shù)據(jù)開關(guān)中輸入Y的值，先將Y的值存入寄存器R0，然后將R0中內(nèi)容存入地址為K的內(nèi)存單元即符合了題目對X和Y存儲的要求。然后就是設(shè)計的計算過程。</p><p><b>　　設(shè)計思路</b></p><p>　　從數(shù)據(jù)開關(guān)中輸入Y的值5，將其存入寄存器R0。將Y的值從R0取出存入到以 1F為地址的內(nèi)存單元中。對Y求非，將結(jié)果存入R

26、0。從內(nèi)從單元0E中取出X，從R0中取出Y做相應(yīng)運算，將結(jié)果存入R0。將運算結(jié)果的值從R0取出存入到以 1E為地址的內(nèi)存單元(即1F的上一個內(nèi)存單元)中。最后的結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)總線上，由數(shù)碼管顯示。</p><p>　　遇到的問題和解決方案</p><p>　?。?）寫微指令時，出現(xiàn)源寄存器混亂，導(dǎo)致數(shù)據(jù)流無法從指定的寄存器送出，并送入指定的寄存器。在確定微指令B字段的代碼時混淆，導(dǎo)致無法出

27、現(xiàn)正確的結(jié)果。</p><p>　　解決方案：重新檢查微指令代碼，發(fā)現(xiàn)情況，立即修改，得到正確的數(shù)據(jù)流。</p><p>　?。?）無法得到正確的機器碼，導(dǎo)致微程序無法完全執(zhí)行。</p><p>　　解決方案：請教老師和同學(xué)，明白機器碼的來源，通過譯碼，得到正確的機器碼，微程序順利執(zhí)行。</p><p><b>　　3.設(shè)計原理&l

28、t;/b></p><p>　　本設(shè)計的指定應(yīng)用項目采用六條機器指令：IN（輸入），STA（存數(shù)），NOT（邏輯非運算），SUB（二進制減法），OUT（輸出），JMP（無條件轉(zhuǎn)移），其指令格式如下：</p><p>　　IN為單字長，含義是將數(shù)據(jù)開關(guān)8位數(shù)據(jù)輸入到R0寄存器。</p><p>　　STA為雙字長指令，含義是將R0中的內(nèi)容存儲到以第二字A為地址的

29、內(nèi)存單元。NOT為雙字長指令，含義是將以第二字A為地址的內(nèi)容求非后結(jié)果放入R0。</p><p>　　SUB為雙字長指令，第一字為操作碼，第二字為操作數(shù)地址，其含義是將內(nèi)存中以A為地址單元的數(shù)與R0寄存器的內(nèi)容做相關(guān)運算，結(jié)果放在R0中。</p><p>　　OUT為雙字長指令，含義是將內(nèi)存中以第二字為地址的數(shù)據(jù)讀出到數(shù)據(jù)總線上，由數(shù)碼管進行顯示。</p><p>

30、　　JMP為雙字長指令，執(zhí)行該指令時，程序無條件轉(zhuǎn)移到第二字所指定的內(nèi)存單元地址。</p><p><b>　　微指令格式：</b></p><p>　　按照數(shù)據(jù)通路可畫出機器指令的微程序流程圖如下圖所示：</p><p><b>　　微程序流程圖</b></p><p>　　當全部微程序設(shè)計完畢后

31、，應(yīng)將每條微指令代碼化，下表即為將微程序流程圖按微指令格式轉(zhuǎn)化而得到的“二進制代碼表”。</p><p><b>　　二進制微代碼表:</b></p><p>　　本系統(tǒng)使用兩種外部設(shè)備，一種是二進制代碼開關(guān)，它作為輸入設(shè)備（INPUT DEVICE）；另一種是數(shù)碼管，它作為輸出設(shè)備（OUTPUT DEVICE）。</p><p>　　本制定應(yīng)

32、用項目設(shè)計的機器指令程序及相應(yīng)的匯編程序如下表所示：</p><p><b>　　聯(lián)機讀/寫程序</b></p><p>　　按下面的規(guī)定格式，用聯(lián)機軟件在CMPP中建立將機器指令及微指令的二進制代碼編輯成十六進制的*.TXT類型文件。并用聯(lián)機軟件的轉(zhuǎn)存儲功能將該格式文件裝載到實驗系統(tǒng)中。</p><p><b>　　程序</b

33、></p><p><b>　　$P0000</b></p><p><b>　　$P0120</b></p><p><b>　　$P021F</b></p><p><b>　　$P0350</b></p><p><

34、;b>　　$P041F</b></p><p><b>　　$P0510</b></p><p><b>　　$P060E</b></p><p><b>　　$P0720</b></p><p><b>　　$P081E</b><

35、/p><p><b>　　$P0930</b></p><p><b>　　$P0A1E</b></p><p><b>　　$P0B40</b></p><p><b>　　$P0C00</b></p><p><b>　　

36、$P0EFE</b></p><p>　　$M00018110</p><p>　　$M0101ED82</p><p>　　$M0200C048</p><p>　　$M0300E004</p><p>　　$M0400A005</p><p>　　$M0501B206</p

37、><p>　　$M06619A01</p><p>　　$M0700E019</p><p>　　$M08001001</p><p>　　$M0901ED83</p><p>　　$M0A01ED87</p><p>　　$M0B01ED8E</p><p>　　$M0C0

38、1ED96</p><p>　　$M0D01ED9A</p><p>　　$M0E00E00F</p><p>　　$M0F00A015</p><p>　　$M1001ED92</p><p>　　$M1101ED94</p><p>　　$M1200A017</p><p

39、>　　$M13018001</p><p>　　$M14002018</p><p>　　$M15070A01</p><p>　　$M1600D181</p><p>　　$M17070A10</p><p>　　$M18068A11</p><p>　　$M19028201</p

40、><p>　　$M1A00E01B</p><p>　　$M1B00A01C</p><p>　　$M1C099A01</p><p>　　4.程序運行分析及討論</p><p>　　程序運行：連續(xù)運行程序。</p><p>　　使“STATE UNIT”中的STEP開關(guān)置為“ECEX”狀態(tài)。STO

41、P開關(guān)置為“RUN”</p><p><b>　　狀態(tài)。</b></p><p>　　撥動總清開關(guān)CLR（1-0-1），微地址及程序計數(shù)器清零，然后按動啟動開關(guān)START，系統(tǒng)連續(xù)運行程序，稍后將STOP撥至“STOP”時，系統(tǒng)停機。</p><p>　　程序上機運行正常，計算結(jié)果正確。</p><p>　　四、收獲、體

42、會和建議</p><p>　　本次課程設(shè)計我們要設(shè)計一臺微程序控制的模型機，以對計算機能有整體的概念，完成對計算機組成原理這門課程的綜合應(yīng)用，達到學(xué)習本書的作用。作為一個計算機系的學(xué)生這是必須掌握的，使我們對存儲器和微程序控制器有了較為透徹的認識和理解。由于計算機涉及的部件較多，結(jié)構(gòu)原理復(fù)雜，對我們這樣的初設(shè)計者來說感到無從下手，所以我們在整個過程中采取由淺入深，又簡單到復(fù)雜的方法。</p><

43、;p>　　在實驗過程中，我們應(yīng)該盡量減少操作的盲目性，提高實驗效率的保證，有的人一開始就趕著做，結(jié)果卻越做越忙，主要就是這個原因。在實驗的過程中我們要培養(yǎng)自己的獨立分析問題和解決問題的能力。培養(yǎng)這種能力的前提是你對每次實驗的態(tài)度。</p><p>　　經(jīng)過這次課程設(shè)計，我對計算機部件間的連接，微程序控制器的設(shè)計、微指令和微程序的編制與模型機硬件結(jié)構(gòu)以及怎樣去設(shè)計微程序等有了進一步的了解。同時，也讓我覺得自己

44、的動手能力有了很大的提高，在課程設(shè)計中自己動腦子解決遇到的問題，書本上的知識也有了用武之地，鞏固和加深了自己的知識結(jié)構(gòu)。雖然這次設(shè)計的只是一個小程序，但是這期間我還是學(xué)到了不少東西。</p><p>　　課程設(shè)計結(jié)束了，通過這次實踐，我相信，只要自己在每一次實踐中都能仔細思考，課程設(shè)計其實都不會很難。雖然計算機組成原理的課程設(shè)計與學(xué)習已經(jīng)結(jié)束，可我們的學(xué)習之路并沒有結(jié)束，我們會繼續(xù)努力學(xué)習其相關(guān)的知識。</