《复杂模型机的设计与实现 - search readpudncom.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《复杂模型机的设计与实现 - search readpudncom.doc（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 计算机组成原理课程设计实验报告 复杂模型机的设计与实现一 课程设计题目：复杂模型机的设计与实现二设计目的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。三实验环境1硬件环境：A.Dais-CMB+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。B.PC机2软件环境A.操作系统。B.Dais-CMB+应用软件。四设计要求1熟悉Dais-CMB+应用软件的工作环境，掌握各种功能的使用。2拟定数据格式及指令系统:A.数据格式拟采用定点补码表示数据，且字长为8位，其格式如下：76543210符号尾数其中第7位为符号位，数值表示范围是：-1X1。B.指令格式模型机设计四大类指令格式共16条，其中包括
2、算术逻辑指令、I/O指令、访问及转移指令和停机指令。算术逻辑指令:设计9条算术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： 76543210OP-CODERSrd其中OP-CODE为操作码，RS为原寄存器，rd 为目的寄存器，并规定：RS或rd选定的寄存器000110R0R1R29条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表1。访问指令及转移指令:模型机设计2条访问;指令，即存数（STA）、取数（LDA）,2条转移指令,即无条件转移(JMP)结果为零或有进位转移指令(BZC),指令格式为:76 543 21 00M0OP-CODErdD其中,OP-CODE为操作码, 为目的寄存
3、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：寻址模式M有效地址E说明00011011E=DE=（D）E=（RI）+DE=（PC）+D直接寻址间接寻址RI变址寻址相对寻址本模型机规定变址寄存器RI指定为寄存器R2。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：7 6 5 43 21 0OP-CODEaddrRd其中，addr =10时，选中“INPUT DEVICE”中的开关作为输入设备，addr =11时，选中“OUTPUT DEVICE”中的LED作为输出设备。停机指令: 指令格式如下： 7 6 5 43 21 0OP-COD
4、E 0 0 0 0HALT指令，用于实现停机操作。C.指令系统本模型机共有16条指令，其中算术逻辑指令7条，访问内存指令和程序控制指令4条，输入输出指令2条，其他指令1条。表6-1列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。汇编符号指令格式功能CLR rdMOV rs, rdADC rs, rdSBC rs, rd111000RD0 rdRS rdRS+rd+cy rdRS-rd-cy rd0001RSRD0011RSRD0101RSRDINC rdAND rs, rdCOCOM rdRRC rs, rdRLC rs, rd0111RSRDRd+1 rdRsrd rdRd rdCy rsCy r
5、s1001RSRD1011RSRD1101RSRD1111RSRDLDA M, D, rdSTA M, D, rdJMP M, DBZC M, D0M000RDE rsRd EE PC当CY=1或Z-1时，EPC0M001RD0M010000M01100IN addr,rdOUT addr,rd100001RDAddr rd 101010RDRd addrHALT11000000停机表1 3.总体设计:模型机的数据通路框图参照图1，要求如下：(1) 选用适当软件画出数据通路框图；(2) 写出图中选用芯片的逻辑功能，并标出外引脚；(3) 说明图中各芯片的作用；(4) 列出图中所有微操作信号，说明
6、其功能。 B写出上图中选用芯片的逻辑功能，并标出外引脚；74LS161N芯片介绍：1. 芯片图：2. 逻辑功能：74LS161为异步清零计数器RD LD ET EP CP D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 D C B A D C B A 1 1 0 保 持 1 1 0 保 持 1 1 1 1 计 数74LS161功能表74LS181芯片介绍：1.芯片图：2.逻辑功能：74LS181为算术逻辑单元/函数产生器。181能执行16种算术运算和16种逻辑运算，当工作方式控制端（M）为低点平时执行算术运算，当工作方式控制端（M）为高电平时执行逻辑运算。运算功能由
7、选择端（S0-S3）决定。其功能表如下：74LS273芯片介绍：1.芯片图：2.逻辑功能：SN74LS273是一个8位的高速寄存器，这种触发器由8种D触发器组成，具有共同的时钟和异步活动的低电平控制端。74LS299芯片介绍:1.芯片图：2.逻辑功能：74LS373芯片介绍：1.芯片图：2.逻辑功能:74LS273为8D触发器，为低电平有效的清除端，当=0时，输出全为0且与其他输入端无关；CP端是时钟信号，当CP由低电平向高电平跳变时刻，D端输入数据传送到Q输出端。74LS373是带三态缓冲输出的8D锁存器，由于单片机的三总线结构中，数据线与地址线的低8位共用P0口，因此必须用地址锁存器将地址
8、信号和数据信号区分开。74LS373的锁存控制端G直接与单片机的锁存控制信号ALE相连，在ALE的下降沿锁存低8位地址。6116芯片介绍：1.芯片图2.逻辑功能6116有11条地址线A0A10；8条双向数据线I/O0I/O7；为片选线，低电平有效；写允许线，低电平有效；读允许线，低电平有效。6116的操作方式如下表所示。表： 6116功能表： 方式I/O0I/O7H未选中高阻LLH读O0O7LHL写I0 I7LLL写I0 I74.设计微程序流程:根据机器指令系统要求，设计微程序流程图并确定微地址。（参考图2）要求：l 拟出各指令的读取与执行流程，及其操作时间表。32 31 3029282625
9、24232221201918171615AAR备用A9A8CELOADCNMS0S1S2S3BLDARl 按照系统建议的微指令格式，参照微指令流程图，将每条指令代码化，译成二进制代码表，并将二进制代码表转移为联机操作时的十六进制格式文件 1413121110987654321LDPCLDIRDDR2DDR1LDRiWEUA0UA1UA2UA3UA4UA5BSWA字段 323130选择000001PC-B010AL-U-B011299-B100RS-B101RD-B110RI-BB字段162选择测试字0001P（1）识别操作码10P（2）判寻址方式11P（3）条件测试说明：DDR1表示LDDR1
10、；DDR2表示LDDR25编写程序:(1)利用PC机编写程序，并记录单步，宏单运行时的微指令显示，微地址显示，数码管显示结果；(2)分析单步运行时数据通路和各部件的运行情况。编写的程序如下：P00 84 ； IN R0P01 85 ； IN R1P02 21 ； ADD 30H ，R1P03 30P04 11 ； MOV R1，R2P05 F2 ； RLC R2P06 E0 ； RL R0P07 22 ； ADD R2 ，R0P08 C0 ； RRC R0P09 60 ； STA 0BH ，R0P0A 0BP0B 80 ； OUT BUS ，0AHP0C 0A P0D A0 ； JMP 00H
11、P0E 00P0F C0 ； HAIT五. 处理程序：1机器程序和与其对应的微控制程序的写入：在联机状态下，首先应打开cmb1.abs（模型机一机器指令及对应微指令编辑文本），然后点击“！”图标进入连接装载，一旦屏幕自动弹出动态调试窗口表示代码及微代码下载已成功，进入Windows95在线集试调试环境。2运行程序：l 单步运行微程序键入数字键00（PC地址从00H开始），然后每按动一次“单步”命令键，运行一条微指令。对照微程序流程图，观察微地址显示灯是否和流程一致。l 单步运行机器程序键入数字键00H（PC地址），然后每按动一次“宏步”命令键，运行一条机器指令。对照机器指令程序，观察微地址显示灯是否和流程一致。l 程序设连续运行与暂停程序键入数字键00H（PC地址），按动“运行”命令键使模型机进入实时运行状态。在实时运行状态按“宏单”键执行的暂停命令，使模型机进入停机状态，参照机器指令及微程序流程图，将实验现象与理论分析比较。3程序装载在联机状态下，首先应打开 （模型机三机器指令及对应微程序编辑文本），然后单击“！”图标进入连接装载，一旦屏幕自动弹出动态调试框表示代码代码及微代码已下载成功，已进入在线集试调试环境：使用者若打开示图窗后再点击与运行相关的图标，PC以追踪方式动态显示模型机运行轨迹。六程序运行结果记录及分析：七实习总结：通过对计算机组成原理
