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1、基本模型机设计与实现 根本模型机的设计与实现课程设计报告 珍藏一、实验根本任务1、由根本单元电路构成一台根本模型机。2、设计五条机器指令，并编写相应的微程序。3、调试指令和模型机使其在微程序的控制下自动产生各零件单元的控制信号正常工作。二、设计方案1、硬件设计1设计微程序控制电路微程序控制器的构成：控制储存器： EPROM2816*3 ，8D 触发器 74ls273*2 ，4D触发器 74ls74*3 ；微指令寄存器格式： 18 位微指令， 6 位微地点。2设计时钟信号源和时序控制电路时钟信号源的构成：时基电路 555，可触发单稳态多谐振荡器 74ls237*2 ，输出频率为 330-580H
2、z 的方波信号。时序控制电路： 4D 触发器 74ls175*1 构成移位寄存器电路。3设计主储存器主存电路的构成： 6264 储存器 8K*8 位*3，地点寄存器： 74ls273*1 ，三态门：74ls245*1 。2、微控制设计1实现储存器读操作；拨动总清开关后， 置控制开关 SWC、S WA 为“0 0时，按要求连线后， 连续按动 “启动运转开关，可对主储存器 RAM 连续手动读操作。2实现储存器写操作；拨动总清开关后，置控制开关 SWC、S WA 为“0 1时，按要求连线后，再按动“启动运转开关，可对主储存器 RAM 连续手动写入。3实现程序运转操作。拨动总清开关后，置控制开关 SW
3、C、S WA 为“1 1时，按要求连线后，再按动“启动运转开关，即可转入到第 01 号“取址微指令，启动程序运转。3、机器指令设计1输入指令： in；输入外面开关量的状态，送入寄存器 R0。2二进制加法指令： add addr；3存数指令： sta addr；4输出指令： out addr；5无条件转移指令： jmp addr；三、设计电路原理图 说明各器件的功能作用设计电路原理图如图 1 所示：图 l 数据通路框图四、系统原理图 说明整机的工作过程系统原理图如附图 1 所示。零件实验过程中， 各零件单元的控制信号是以为模拟产生的， 而本次实验将能在微程序控制下自动产生各零件单元控制信号， 实
4、现特定指令的功能。 这里， 实验计算机数据通路的控制将由微程序控制器开达成， CPU 从内存中拿出一条机器只到指令履行结束的一个指令周期所有由微指令构成的序列来达成，即一条机器指令对应一个微程序。1、相关微控制器局部在算术运算实验中以详尽介绍。2、处储存器的读、写和运转为了想主储存器的 RAM 中装入程序或数据，而且检查写入能否正确以及能运转主存储器中的程序，一定设计三个控制操作微程序。储存器读操作：拨动总清开关后，置控制开关 SWC、SWA 为“0 0时，按要求连线后，连续按动“启动运转开关，可对主储存器 RAM 连续手动读操作。储存器写操作：拨动总清开关后，置控制开关 SWC、SWA 为“
5、0 1时，按要求连线后，再按动“启动运转开关，可对主储存器 RAM 连续手动写入。运转程序：拨动总清开关后，置控制开关 SWC、S WA 为“1 1时，按要求连线后，再按动“启动运转开关，即可转入到第 01 号“取址微指令，启动程序运转。上述三条控制指令用两个开关 SWC、S WA 的状态来设置，其定义以下：SWCSWA控制台指令001011读内存写内存启动程序依据以上要求设计数据通路框图，如图 1 所示。微代码定义如表 1 所示。表 1 根本模型机微指令构造图微程序242322212019181716151413121110987654321控制信号S3S2S1S0MCNRDM17M16AB
6、PuA5uA4uA3uA2uA1uA0A 字段B 字段P 字段151413控制信号121110控制信号987控制信号000000000001LDRI001RS_G001P1010LDDR1010010011LDDR2011011100LDIR100100P4101LOAD101ALU_G101110LDAR110PC_G110LDPC系统波及到的微程序流程见图 2，当制定“取指令微指令时，该微指令的鉴别测试字段为P1 测试。因为“取指令微指令是所有微程序都使用的公用微指令，所以 P1 的测试结果出现多路分支。本机用指令寄存器的高 4 位I7I4 操作码作为测试条件，出现 5 路分支，占用 5
7、个固定微地点单元。控制台操作为 P4 测试，它以控制台开关 SWB、SWA 作为测试条件，出现了 3 路分支，占用 3 个固定微地点单元。 当分支微地点单元固定后， 剩下的其余地方就能够一条微指令占用一个微地点单元任意填写。当所有微程序设计完成后， 应将每条微指令代码化， 表 2 即为图 2 的微程序流程图按微指令格式转变而成的“二进制微代码表 。图 2 微程序流程图表 2 二进制代码表本系统有两种外面 I/O 设施，一种是二进制数码开关，作为输入设施 INPUT ；另一种是两位十六进制数 LED 数码管，作为输出设施 OUTPUT UNIT 。在输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到总线上
8、。 只需开关状态不变，输入的信息也不变。输出时， 将输出数据送到数据总线上，当写信号 WE 有效时，将数据打入输出锁存器，驱动数码块显示。3、指令寄存器介绍指令寄存器用来保留目前正在履行的一条指令。当履行一条指令时，先把它从内存取到缓冲寄存器， 而后再传递到指令寄存器。 指令区分为操作码和地点码字段， 由二进制构成，为了履行任何一条给定的指令，一定对操作码进行测试 P(1)，经过节拍脉冲 T4 的控制以便辨别所要求的操作。 “指令译码器 依据指令的操作码进行译码， 强置微控制单元的微地点，使下一条微指令指向相应的微程序首地点。4、输入 /输出设施本系统有两种外面 I/O 设施，一种是二进制代码
9、开关 KD0KD7 ，它作为输入设施INPUT ；另一种是数码显示块，它作为输出设施 OUTPUT 。比如：输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到外面数据总线上，只需开关状态不变，输入的信息也不变。输出时，将输出数据送到外面数据总线上，当写信号 W/R 有效时，将数据打入输入锁存器，驱动数码块显示。5、设计指令依据根本模型机的硬件设计五条机器指令：外面输入指令 IN 、二进制加法指令 ADD 、存数指令 STA、输出到外设指令 OUT 、无条件转移指令 JMP。指令格式入下：助记符 机器指令码 说明IN 0000 0000 ；“外面开关量输入 KD0KD7 的开关状态 R0ADD addr
10、0001 0000 ；R0+addr R0STA addr 0010 0000 ；R0addrOUT addr 0011 0000 ；addr BUSJMP addr 0100 0000 ；ADDR PC说明：指令 IN 为单字节指令，其余均为双字节指令， addr 对应的主储存器二进制地点码。6、根本模型机监控软件的设计本模型机监控软件设计主要达成从输入设施读入数据，进行简单算术运算后，将结果存入内存的某个单元，最后经过输出设施输出结果。监控软件详尽以下：地 址 内 容 助记符 说 明0000 0000 0000 0000 IN ；“INPUT DEVICE R00000 0001 0001
11、 0000 ADD0AH ；R0+0AH R00000 0010 0000 10100000 0011 0010 0000 STA0BH ；R00BH0000 0100 0000 10110000 0101 0011 0000 OUT0BH ；0BH BUS0000 0110 0000 10110000 0111 0100 0000 JMP00H ；00HPC0000 1000 0000 00000000 10010000 1010 0000 0001 ；自定义参加运算的数0000 1011 ；乞降结果寄存单元五、实验步骤1. 依据该模型机的指令系统，编写一段程序。这里给出两个参照程序。参照程
12、序一：本程序从输入设施数码开关取入数据，保留在内存单元 08，而后从 08 单元送到输出设备LED 数码管进行显示。每次循环过程中，能够使输入设施数据改变，观察输出显示的结果 请实验者考虑： 怎样改正程序， 使程序只履行一次从输入设施拿出数据， 送出输出设施显示。设计机器指令程序以下机器码和地点为十六进制数据 。地点 内 容 助记符 说 明00 00 IN ；输入开关数据 R001 20 STA 08H ；R00802 08 ；地点03 30 OUT 08H ；08H BUS04 08 ；地点05 40 JMP 00H ；00HPC06 00 ；跳转地点参照程序二：本程序从输入设施 数码开关
13、读入数据， 与 0A 单元的数据相加， 而后送到输出设施 LED数码管进行显示。本程序不停地循环运转，在运转中可改变输入开关 INPUT 的值，观察输出显示的变化。设计机器指令程序以下机器码和地点为十六进制数据 。地 址 内 容 助记符 说 明00 00 IN ；输入开关数据 R0，收集数据01 10 ADD 0AH ；R00AH R0，输入数据与指定数据相加02 0A ；地点03 20 STA 0BH ；R00B04 0B ；地点05 30 OUT 0BH ；0BH BUS，输出显示06 0B ；地点07 40 JMP 00H ；00HPC08 00 ；跳转地点0A 01 ；加数，可自定0B ；乞降结果保留在 0B 单元2.连结实验线路3. 写程序对于本实验箱能够用两种方法来写入程序。方法一：联机读 /写程序依据规定格式， 将机器指令及表 2-2 微指令二进制表编写成十六进制的规定格式文件。 微指令格式中的微指令代码为将表 2-2 中的 24 位微代码按从左到右分红 3 个 8 位，将此三个 8位二进制代码化为相应的十六进制数即可。使用联机软件的文件装载将实验程序和微程序下载到实验箱中， 并用软件的读出功能进行检查。此中参照程序一对应的文件名为 “根本模型机 ，参照程序二对应的文件名为 “基本模型机 2.TXT 联机软件的使用方法
