复杂模型机课程设计报告Word文档格式.docx

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2．通过模型机的设计和调试，连贯运用计算机组成原理课程学到的知识，建立计算机整机概念，加深计算机“时空”概念的理解。

3．培养独立工作和创新思维的能力，取得设计与调试的实践经验。

三、主要内容

综合运用所学计算机原理知识，利用TDN-CM++教学实验系统设计并实现的模型机。

设计总体结构及机器指令、微指令。

根据设计的接线图搭好模型机电路，利用设计的指令编写程序并在机器上运行。

四、设计要求

在掌握“TDN-CM++计算机组成原理教学实验系统”原理的基础上，以此实验系统为平台，设计一台微程序控制的模型计算机。

1．设计模型机硬件（需含计算机基本组成，即CPU、内存、I/O接口、输入设备、输出设备、总线等，CPU为微程序控制器类型），设计总体结构及数据通路框图。

2．设计模型机指令系统（含设计机器指令、微指令格式、每条指令所对应的微程序等）。

3．利用模型机指令系统，编写汇编语言程序，分别完成下列功能：

（1）将数据输入开关上的数据在LED上显示出来。

（2）编程序完成功能：

LED上的数从1以步长1往上递增。

（3）编程序完成功能：

S=1+2+3+4+5+…，要求在LED上循环显示结果1、3、6、0A、…。

调试、运行通过后将程序写在下面。

4．根据以上软硬件设计，在“TDN-CM++计算机组成原理教学实验系统”上调试，检测实现的功能是否达到设计要求。

5．撰写课程设计报告（文件名：

学号姓名.doc），课程设计报告中所规定的图文齐全、符合要求、结构合理、文章通顺；

能对实验中出现的问题提出改进意见并加以分析说明。

五、进度安排

本学期第17-18周。

6月11日-6月12日：

资料查找、设计总体结构及数据通路框图。

6月13日-6月14日：

设计模型机指令系统。

6月15日-6月20日：

搭建模型机、整机调试。

6月21日-6月22日：

资料整理、课程设计说明书编写。

六、完成后应上交的材料

一、数据格式及指令系统

1.数据格式

模型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为8位，其格式如下：

7

6543210

符号

数据

其中，第7位为符号位，数值表示范围是：

-27≤X＜27-1。

2.指令格式

模型机设计4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：

7654

32

10

OP-CODE

Rs

Rd

其中，OP-CODE为操作码，Rs为源寄存器，Rd为目的寄存器，并规定：

RS或RD

选定的寄存器

00

R0

01

R1

10

R2

9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表1。

（2）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），指令格式如下：

76

54

32

00

M

D

其中，OP-CODE为操作码，Rd为目的寄存器，D为位移量（正负均可），M为寻址方式，其定义如下：

寻址方式M

有效地址E

说明

00

01

10

11

E=D

E=（D）

E=（RI）+D

E=（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。

（3）输入输出（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：

addr

其中，addr=01时，选中“INPUTDEVICE”中的开关组作为入设备，addr=10时，选中“OUTPUTDEVICE”中的数码块作为输出设备。

（4）停机指令

停机指令格式如下：

76543210

00

HALT指令，用于实现停机操作。

3.指令系统

本模型机共有16条基本指令，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，其他它指令1条。

表1列出了各条指令的格式、助记符和功能。

表1指令系统编码

序号

汇编符号

指令格式

功能说明

1

CLRRd

011100Rd

0→Rd

2

MOVRS,Rd

1000RSRd

RS→Rd

3

ADCRS,Rd

1001RSRd

Rs＋Rd＋Cy→Rd

4

SBCRS,Rd

1010RSRd

Rs－Rd－Cy→Rd

5

INCRd

101100Rd

Rd＋1→Rd

6

ANDRS,Rd

1100RSRd

Rs∧Rd　→Rd

COMRd

110100Rd

Rd　→Rd

8

RRCRS,Rd

1110RsRd

Rd带进位右循环一位，RS→Rd

9

RLCRS,Rd

1111RsRd

Rd带进位左循环一位，RS→Rd

LDAM,D,Rd

00M00Rd，D

（E）→Rd

11

STAM,D,Rd

00M01Rd，D

Rd→（E）

12

JMPM,D

00M1000，D

E→PC

13

BZCM,D

00M1100，D

当CY=1或Z=1时，E→PC

14

INaddr,Rd

010001Rd

（addr）→Rd

15

OUTaddr,Rd

010110Rd

Rd→（addr）

16

HALT

01100000

停机

二、总体设计

本模型机的数据通路如图1所示。

根据机器指令系统要求，设计微程序流程图及确定微地址，如图2所示。

图1复杂模型机数据通路图

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，并将二进制代码表转换为联机操作时的十六进制格式文件，见表2。

表2

24

23

22

21

20

19

18

17

151413

121110

987

6

5

4

3

2

1

S3

S2

S1

S0

Cn

WE

A9

A8

A

B

C

uA5

uA4

uA3

uA2

uA1

uA0

A字段B字段

选择

9

8

7

LDRi

RS-B

P

（1）

LDDR1

RD-B

P

（2）

LDDR2

RI-B

P（3）

LDIR

299-B

P（4）

LOAD

ALU-B

AR

LDAR

PC-B

LDPC

字段

图2微程序流程图

三、实验步骤

1.按图3连接实验线路，仔细查线无误后，接通电源。

2.写微程序：

与PC联机，将实验微程序装入TDN－CM＋＋机中或脱机时手动将本实验微程序写入TDN－CM＋＋中，手动写入的方法如下：

（1）编程

①将编程开关置为PROM（编程）状态。

②将实验板上STATEUNIT中的STEP置为“STEP”，STOP置为“RUN”状态。

③用二进制模拟开关置微地址μA5～μA0（如图3须将此六线排针接开关单元）。

④在MK24～MK1开关上置微代码，24位开关对应24位显示灯，开关量为“0”时灯亮，开关量为“1”时灯灭。

⑤启动时序电路（按动启动按纽START），即将微代码写入到E2PROM2816的相应地址对应的单元中．

⑥重复③～⑤步骤，将本实验给出的十六进制格式文件转换的二进制代码写入2816。

（2）校验

①将编程开关设置为READ（校验）状态。

②将实验板的STEP开关置为“STEP”状态，STOP开关置为“RUN”状态。

③用二进制开关置好微地址μA5～μA0。

④按动START键，启动时序电路，读出微代码．观察显示灯MD24～MD1的状态（灯亮为“0”，灭为“1”），检查读出的微代码是否与写入的相同。

如果不同，则将开关置于PROM编程状态，重新执行（A）即可。

3.写程序

使用软件中的F4—LOAD功能装入机器指令格式文件。

4.运行程序。

（A）单步运行程序

①使编程开关处于“RUN”状态，STEP为“STEP”状态，STOP为“RUN”状态。

②拨动总清开关CLR（0→1），微地址清零，程序计数器清零，程序首址为00H。

③单步运行一条微指令，每按动一次START键，即单步运行一条微指令。

对照微程序流程图，观察微地址显示灯是否和流程一致。

（B）连续运行程序

①使STATEUNIT中的STEP开关置为“EXEC”状态，STOP开关置为“RUN”状态。

②拨动CLR开关，清微地址及程序计数器，然后按动START，系统连续运行程序，稍后将STOP拨至“STOP”时，系统停机。

将实验现象与理论分析比较，验证系统执行指令的正确性。

图3复杂模型机实验接线图

四、实验程序如下：

1.递增：

程序功能是1+2+3+4+……自动递增。

每递增一次就输出结果一次

程序助记符

$P0070CLRR0

$P01B0INCR0

$P0258OUT10,R0

$P0308JMP00,01

$P0401

$M0D00A00E

$M0E01B60F

$M0F95EA25

$M1001ED83

$M1101ED85

$M1201ED8D

$M1301EDA6

$M14001001

$M15030401

$M16018016

$M173D9A01

$M18019201

$M1901A22A

$M3405DB81

$M35B99B41

$M360D9A01

$M37298838

$M38019801

$M3919883A

$M3A019801

$M3B070A08

$M3C068A09

$M1A01B22C

$M1B01A232

$M1C01A233

$M1D01A236

$M1E318237

$M1F318239

$M20009001

$M21028401

$M2205DB81

$M230180E4

$M24018001

$M2595AAA0

$M2600A027

$M2701BC28

$M2895EA29

$M2995AAA0

$M2A01B42B

$M2B959B41

$M2C01A42D

$M2D65AB6E

$M2E0D9A01

$M2F01AA30

$M300D8171

$M31959B41

$M32019A01

$M3301B435

微程序

$M00018108

$M0101ED82

$M0200C050

$M0300A004

$M0400E0A0

$M0500E060

$M0600A007

$M0700E0A0

$M0801ED82

$M0901ED8C

$M0A00A03B

$M0B018001

$M0C00203C

2.累加2：

程序功能：

2+4+6+10+…….，每递增一次就输出结果一次

$P0070CLRR0

$P0171CLRR1

$P02B0INCR0

$P03B0INCR0

$P0491ADCR0,R1

$P0559OUT10,R1

$P0608JMP00,02

$P0702

微程序：

同上程序一样

课程设计总结以及心得体会

这次课程设计前前后后花了两周的时间，大部分时间花在了对设计题目的理解和分析之上。

刚开始接触题目的时候比较茫然，于是在实验五上下了一些功夫，基本了解试验设计的大致思路。

在设计过程中，我们屡次碰壁，但是我们坚持不懂就问，在自己的讨论和向别人的请教中，加深了理解，后来又由于自己分析的不周全，在P1测试是“或”还是“异或”犯了错误，而导致设计的流程中地址代码全部出错，我们不得不重新设计地址代码。

等等类似的问题还有很多，其实回头看看，在设计过程中多碰壁是好事。

其实这次设计不算顺利，虽然我和王继波最后顺利完成了设计任务，但是我觉得从团队的角度来说，一种顺利的合作，还说不上。

1）首先，作为团队，我们没有把各自的任务分配清楚，而是一起走步，我觉得这样遇到问题的时候容易产生依赖心理，也不容易调动每个人的积极性。

明确的分工是合作的必要因素，而遇到问题集体讨论才是发挥集体力量的时候。

2）其次，我觉得我们没有在设计初期对问题的分析还不够深入，而在后期在遇到问题的时候有点对自己的东西掌控不住的感觉。

我们基本上是走一步看一步，打个比方，把整个问题比作一棵树，我们在初期没有把整棵树进行遍历，以做到大致心中有数，而我们走的只是其中一枝，在遇到问题的时候在回过头找其他的树杈，却在岔路口徘徊。

3）总体上，我觉得我们比较乱，缺少条理性或者是规划。

我个人以前独自做课程设计的时候，都习惯先分析，再动手，而这次总体上不是这种风格。

也许这里面涉及到一个集体合作的融洽性问题，但是我倒觉得有个进行总体部署的“牵头人”比较好。

七、总评成绩

指导教师签名日期年月日

系主任审核日期年月日