計算機組成原理與系統(tǒng)結構課程設計.doc

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式 并給出具體的編碼 比如指令的操作碼 地址碼等的位數(shù)及各種編碼的含義 3 確定總體結構確定總體結構 寄存器 加法器 選擇器的設置與數(shù)據(jù)通路的設計 總體結構設計包含確定各部件設置以及它們之間的數(shù)據(jù)通路結構 在此基礎上 就可 以擬出各種信息傳輸路徑 以及實現(xiàn)這些傳輸所需要的微命令 對于部件設置 比如要確定運算器部件采用什么結構 控制器是微程序控制還是硬聯(lián) 控制等 綜合考慮計算機的速率 性能價格比 可靠性等要求 設計合理的數(shù)據(jù)通路結構 確 定采用何種方案的內總線及外總線 數(shù)據(jù)通路不同 執(zhí)行指令所需要的操作就不同 計算 機的結構也就不一樣 4 設計指令執(zhí)行流程設計指令執(zhí)行流程 數(shù)據(jù)通路確定后 就可以設計指令系統(tǒng)中每條指令的執(zhí)行流程 根據(jù)指令的復雜程度 確定每條指令所需要的機器周期數(shù) 對于微程序控制的計算機 根據(jù)總線結構 需考慮哪些微操作可以安排在同一條微指令中 哪些微操作不能安排在同 一條微指令中 5 確定微程序地址確定微程序地址 確定后續(xù)微地址的形成方法 確定每個微程序地址及分支轉移地址 6 微指令代碼化微指令代碼化 根據(jù)微指令格式 將微程序流程中的所有微指令代碼化 首先寫出每個微地址以及該 地址對應的微指令代碼 共 24 位二進制信息 如下表所示 免責聲明 中國文檔網(wǎng)致力于為會員提供高質量文檔 網(wǎng)站所有資料均來自 internet 和會員 中國文檔網(wǎng) 不保證其內容的合法性 準確性或有效性 文檔版權屬于提供者所有 中國文檔網(wǎng)不承擔與此相關的任何 法律責任 4 微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABC UA5 UA0 0 00 0 0 0 0 0 0 1 10 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 0 0 20 0 0 0 0 0 0 0 11 0 00 0 00 0 10 0 1 0 0 0 0 30 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 0 其中 微地址表示控制存儲器的地址 后面的 24 位表示微指令 然后將每個微地址和對應的微指令轉換成 16 進制 并寫在一行 格式為 M 前面 2 個 表示該微指令的在微控制器中的地址 后面 6 個 表示該微指令代碼 如上述表中的四條微指令寫成 M00018110 表示在控制存儲器地址 00h 處的代碼是 018110h M0101ED82 表示在控制存儲器地址 01h 處的代碼是 01ED82h M0200C048 表示在控制存儲器地址 02h 處的代碼是 00C048h M0300E004 表示在控制存儲器地址 03h 處的代碼是 00E004h 7 編寫工作程序并代碼化編寫工作程序并代碼化 編寫測試用的工作程序 并寫出內存映像 用二進制表示 然后代碼化用 16 進制來表 示 格式為 P 前面 2 個 表示該內存的地址 后面 2 個 表示該地址的數(shù) 據(jù) 例如 P0044 表示在內存地址 00h 處的數(shù)據(jù)是 44h P0146 表示在內存地址 01h 處的數(shù)據(jù)是 46h 8 聯(lián)機操作文件的建立聯(lián)機操作文件的建立 為了從 PC 機下載工作程序和微程序 需要建立聯(lián)機操作文件 該文件是普通的文本文 件 擴展名為 TXT 可用記事本來建立的 要求 a 測試用的工作程序排在文件的前面 每個內存地址及代碼占一行 b 微指令代碼排在文件的后面 每個微地址及微指令代碼占一行 例如 下面是一個實驗的文件 文件名 sample txt P0044 P0146 P0298 M00018108 M0101ED82 M0200C050 9 連接實驗線路 連接實驗線路 根據(jù)附錄 2 的實驗線路圖連接實驗線路 其中第 1 題和第 2 題用圖 1 簡單模型機的 連線圖 連線 第 3 題和第 4 題用圖 2 復雜模型機的連線圖 連線 免責聲明 中國文檔網(wǎng)致力于為會員提供高質量文檔 網(wǎng)站所有資料均來自 internet 和會員 中國文檔網(wǎng) 不保證其內容的合法性 準確性或有效性 文檔版權屬于提供者所有 中國文檔網(wǎng)不承擔與此相關的任何 法律責任 5 10 下載工作程序和微程序 下載工作程序和微程序 使用唐都軟件將工作程序和微程序下載到實驗箱的內存和控制存儲器中 其中 自帶 電源線的實驗箱用 NCMP53 軟件 啟動軟件后使用 F4 裝載 進行下載 外接電源線的實驗 箱用 CMPP 軟件 啟動軟件后在菜單中選擇 轉儲 裝載 進行下載 11 調試 調試 在總調試前 先按功能模塊進行組裝和分調 因為只有各功能模塊工作正常后 才能 保證整機的正常運行 可以使用控制臺命令 SWA SWB 的不同取值 或使用聯(lián)機軟件檢 查內存程序是否正確 微程序是否正確 當所有功能模塊都調試正常后 進入總調試 可以使用單步微指令方式執(zhí)行工作程序 也可以直接使用連續(xù)方式執(zhí)行程序 在執(zhí)行過程中 可以通過聯(lián)機軟件的數(shù)據(jù)通路圖查看 信息在計算機中的傳送路徑 更有利于掌握數(shù)據(jù)的通路結構 這樣也可以直接驗證程序和 微程序的正確性 如果運行結果不正確 需要返回來修改程序或微程序 每次修改后 需要重新完成第 10 步 將程序和微程序下載到實驗箱中 三 實驗裝置三 實驗裝置 TDN CM 計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)一臺 排線若干 四 設計題目四 設計題目 題目一 題目一 1 實驗要求 設計一臺模型計算機 實現(xiàn)下列指令系統(tǒng) 并通過給定的工作程序驗證上述指令系統(tǒng) 本設計實現(xiàn)的模型機共包含五條機器指令 IN 輸入 ADD 加法 STA 存數(shù) OUT 輸出 JMP 無條件轉移 其指令格式如下 前 4 位為操作碼 助記符機器指令碼 二進制 說明微程序的入口地址 八進制 IN00000000 INPUT DEVICE 中 的開關狀態(tài) R0 10 取指令后續(xù)微指 令默認地址為 10 ADD addr00010000 XXXXXXXXRO addr R011 STA addr00100000 XXXXXXXXRO addr 12 OUT addr00110000 XXXXXXXX addr LED13 免責聲明 中國文檔網(wǎng)致力于為會員提供高質量文檔 網(wǎng)站所有資料均來自 internet 和會員 中國文檔網(wǎng) 不保證其內容的合法性 準確性或有效性 文檔版權屬于提供者所有 中國文檔網(wǎng)不承擔與此相關的任何 法律責任 6 JMP addr01000000 XXXXXXXXaddr PC14 其中 IN 為單字長 8 位 其余為雙字長指令 XXXXXXXX 為 addr 對應的二進制地址碼 2 在測試程序裝入內存后 機器自動執(zhí)行控存中 00 號的微指令 產(chǎn)生控制臺命令 其流 程如下 01 為取指微指令的地址 3 根據(jù)附錄 2 的圖 1 簡單模型機的連線圖 連接實驗線路 4 本設計的工作程序的內存映象 裝入起始地址 00H 如下 地址 二進制 內容 二進制 助記符說 明十六進制代碼 0000 00000000 0000IN 將輸入數(shù)據(jù)送 R0 寄存器 0000 0000 00010001 0000ADD OAH 0110 0000 00100000 1010RO 0AH R0020A 0000 00110010 0000STA 0BH 0320 0000 01000000 1011R0 0BH 040B 0000 01010011 0000OUT 0BH 0530 0000 01100000 1011 0BH LED060B 0000 01110100 0000JMP 010740 0000 10000000 000101H PC0801 0000 10100000 0001 輸入自定的數(shù)據(jù) 0A01 免責聲明 中國文檔網(wǎng)致力于為會員提供高質量文檔 網(wǎng)站所有資料均來自 internet 和會員 中國文檔網(wǎng) 不保證其內容的合法性 準確性或有效性 文檔版權屬于提供者所有 中國文檔網(wǎng)不承擔與此相關的任何 法律責任 7 5 本設計的程序流程圖如下 6 微程序 主要 ADD 部分 微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABC UA5 UA0 后續(xù)地址 十六進制代碼 0 30 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 00300E004 0 40 0 0 0 0 0 0 0 10 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 10400B005 0 50 0 0 0 0 0 0 1 10 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 00501A206 0 61 0 0 1 0 1 0 1 10 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 106959A01 0 90 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 10901ED83 免責聲明 中國文檔網(wǎng)致力于為會員提供高質量文檔 網(wǎng)站所有資料均來自 internet 和會員 中國文檔網(wǎng) 不保證其內容的合法性 準確性或有效性 文檔版權屬于提供者所有 中國文檔網(wǎng)不承擔與此相關的任何 法律責任 8 分析 程序思想如下 首先將輸入數(shù)據(jù)送 R0 寄存器 然后送到 ALU 單元執(zhí)行 ADD 操作 加法完成后將結果再送到 R0 寄存器 然后 STA 跳轉 將 R0 寄存器的數(shù)據(jù)送到 0BH 然后 送顯示器顯示 送顯后立即 JMP 指令回到微程序的 01 步 即繼續(xù)執(zhí)行 ADD 加法 一直循環(huán) 微程序中 當 A9 0 A8 0 時 選中 Y0 當 A9 0 A8 1 時 選中 Y1 當 A9 1 A8 0 時 選中 Y2 當 A9 1 A8 1 時 選中 Y3 微指令解釋 指令中 S3 CN 為全 0 表示不執(zhí)行任何運算操作 A9 A8 如開始解釋 的表示選擇外設 均為 1 表示選中擴展單元 EX UNIT 的 Y3 而根據(jù)實驗接線圖可知 Y3 表示不做任何操作 A B C 字段為根據(jù)實驗線路圖中起作用的單元 從 09 開始 A B C 分別為 110 110 110 表示 LDAR PC B LDPC 有效 附錄圖 3 根據(jù)數(shù)據(jù) 通路圖 即是 PC AR PC 并自動 1 UA5 UA0 為 000011 即下址為下一條微指令地 址 03H 09 執(zhí)行完后根據(jù)下址到達 03 其中 A9 A8 為 01 即是選中 Y1 Y1 與 WE 相連 表示存儲器工作 即 RAM BUS AR 后續(xù)地址為 04H 04 指令中 A B C 字段分別 為 011 000 000 表示 LDDR2 有效 即表示將內存中的數(shù)據(jù)傳送到 DR2 寄存器中 RAM BUS DR2 后續(xù)地址為 05H 05 這條指令的 A B C 字段為 010 001 000 即 是 LDDR1 RS B 有效 表示叫 R0 的數(shù)據(jù)傳送到 DR1 寄存器中 R0 DR1 后續(xù)地址為 06H 06 指令既為 ADD 運算 S3 CN 為 100101 A B C 字段為 001 101 000 即 LDRi ALU B 邏輯運算單元有效 執(zhí)行運算操作 將 DR1 和 DR2 中的數(shù)據(jù)相加 完成后 將結果傳送到 R0 DR1 DR2 R0 即完成了一次加法操作 ADD 指定完成后有 JMP 跳轉到 01H 一直循環(huán)進行加法運算 微指令代碼如下 M00018110 M0700E00D M0E00E00F M15070A01 M0101ED82 M08001001 M0F00A015 M1600D181 M0200C048 M0901ED83 M1001ED92 M17070A10 M0300E004 M0A01ED87 M1101ED94 M18068A11 M0400B005 M0B01ED8E M1200A017 M0501A206 M0C01ED96 M13018001 M06959A01 M0D028201 M14002018 7 測試數(shù)據(jù) FEH 結果為 FE FF 00 01 FE FF 00 一直循環(huán) 每次加 1 8 結果分析 ADD 執(zhí)行的是不產(chǎn)生進位的加法 所以實驗結果只是每次在原來的數(shù)據(jù)上 加 01H 不產(chǎn)生進位加 免責聲明 中國文檔網(wǎng)致力于為會員提供高質量文檔 網(wǎng)站所有資料均來自 internet 和會員 中國文檔網(wǎng) 不保證其內容的合法性 準確性或有效性 文檔版權屬于提供者所有 中國文檔網(wǎng)不承擔與此相關的任何 法律責任 9 題目二 題目二 實驗要求 設計一臺模型計算機 實現(xiàn)下列指令系統(tǒng) 并通過下列工作程序驗證上述指令系統(tǒng) 本模型機共包含五條機器指令 IN 輸入 ADD 加法 STA 存數(shù) OUT 輸出 JMP 無條件轉移 其指令格式如下 前 4 位為操作碼 助記符機器指令碼說明微程序的入口地址 八進制 IN00000000 INPUT DEVICE 中 的開關狀態(tài) R0 10 取指令后續(xù)微指令 默認地址為 10 ADC Imm00010000 XXXXXXXXRO Imm cy R011 STA addr00100000 XXXXXXXXRO addr 12 OUT addr00110000 XXXXXXXX addr LED13 JMP addr01000000 XXXXXXXXaddr PC14 其中 IN 為單字長 8 位 其余為雙字長指令 XXXXXXXX 為 addr 對應的二進制地址 碼或 Imm 所對應的二進制數(shù)據(jù) 補碼形式 連接實驗線路在測試程序裝入內存后 機器自動執(zhí)行控存中 00 號的微指令 產(chǎn)生控制 臺命令 其流程如下 01 為取指微指令的地址 根據(jù)附錄 2 的圖 1 簡單模型機的連線圖 連接實驗線路 本設計實現(xiàn)的模型機共包含五條機器指令 IN 輸入 ADC 帶進位加法 STA 存數(shù) OUT 輸出 JMP 無條件轉移 本設計的工作程序的內存映象 裝入起始地址 00H 如下 地址 二進內容 二進制 助記符說 明十六進制代碼 免責聲明 中國文檔網(wǎng)致力于為會員提供高質量文檔 網(wǎng)站所有資料均來自 internet 和會員 中國文檔網(wǎng) 不保證其內容的合法性 準確性或有效性 文檔版權屬于提供者所有 中國文檔網(wǎng)不承擔與此相關的任何 法律責任 10 制 0000 00000000 0000IN 將輸入數(shù)據(jù)送 R0 寄存器 0000 0000 00010001 0000ADC O1H0110 0000 00100000 0001RO 01H cy R00201 0000 00110010 0000STA 0AH 0320 0000 01000000 1010R0 0AH 040A 0000 01010011 0000OUT 0AH 0530 0000 01100000 1010 0AH LED060A 0000 01110100 0000JMP 010740 0000 10000000 000101H PC0801 0000 10100000 0001 輸入自定的數(shù)據(jù) 0A01 本設計的程序流程圖如下 微程序解釋 主要解釋 ADC 微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABC UA5 UA0 后續(xù)地址 十六進制代碼 免責聲明 中國文檔網(wǎng)致力于為會員提供高質量文檔 網(wǎng)站所有資料均來自 internet 和會員 中國文檔網(wǎng) 不保證其內容的合法性 準確性或有效性 文檔版權屬于提供者所有 中國文檔網(wǎng)不承擔與此相關的任何 法律責任 11 0 40 0 0 0 0 0 0 0 10 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 10400B005 0 50 0 0 0 0 0 0 1 10 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 00501A206 0 61 0 0 1 0 1 0 1 10 0 11 0 11 0 10 0 0 0 0 106959B41 0 90 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 1 0 00901ED84 分析 程序的思想如下 首先將輸入數(shù)據(jù)送 R0 寄存器 然后送 ALU 單元執(zhí)行 ADC 操作 ADC 為帶進位的加法 所以結果是在 ADD 的基礎上又多加了一個 CY 進位標志 ADC 完成后結果送到 R0 寄存器 然后 STA 跳轉 將 R0 寄存器的數(shù)據(jù)送到 0AH 然后送顯示器 顯示 送顯后立即 JMP 指令回到微程序的 01 步 即回到 ADC 繼續(xù)執(zhí)行帶進位的加法 一直 循環(huán) 微程序中 當 A9 0 A8 0 時 選中 Y0 當 A9 0 A8 1 時 選中 Y1 當 A9 1 A8 0 時 選中 Y2 當 A9 1 A8 1 時 選中 Y3 微指令解釋 指令中 S3 CN 為全 0 表示不執(zhí)行任何運算操作 A9 A8 表示選擇外 設 均為 1 表示選中擴展單元 EX UNIT 的 Y3 即為不做任何操作 從 09 開始 A B C 字段分別為 110 110 110 表示 LDAR PC B LDPC 有效 附錄 3 說明 根 據(jù)數(shù)據(jù)通路圖 即是 PC AR PC 并自動 1 后續(xù)地址為 04H 04 為送數(shù) A B C 字段分別為 011 000 000 表示 LDDR2 有效 即表示將內存中 的數(shù)據(jù)傳送到 DR2 寄存器中 RAM BUS DR2 后續(xù)地址為 05H 05 中的 A B C 字段為 010 001 000 即是 LDDR1 RS B 有效 表示將 R0 中的 數(shù)據(jù)傳送到 DR1 寄存器中 R0 DR1 后續(xù)地址為 06H 06 指令為 ADC 加法指令 其中 S3 CN 為 100101 即執(zhí)行帶進位加法運算 A B C 字段為 001 101 101 即為選中 LDRi ALU B AR 在 ALU 單元中將 DR1 和 DR2 中的數(shù)據(jù)相加并將結果輸出到 R0 中 同時 AR 置 0 DR1 DR2 R0 AR 0 后續(xù)地址為 01H ADC 運算完成 微指令中 cn 為控制信號 當 cn 1 并且 ar 0 時 把上次運行結果帶入下次運算 當 cn 0 屏蔽上次運行結果 不帶入下次運算 所有微指令代碼如下 M00018110 M0700E00D M0D028201 M13018001 M0101ED82 M08001001 M0E00E00F M14002018 M0200C048 M0901ED84 M0F00A015 M15070A01 M0400B005 M0A01ED87 M1001ED92 M1600D181 M0501A206 M0B01ED8E M1101ED94 M17070A10 M06959B41 M0C01ED96 M1200A017 M18068A11 測試數(shù)據(jù) FEH 結果為 FE FF 00 02 03 04 FF 00 02 做循環(huán)加法 免責聲明 中國文檔網(wǎng)致力于為會員提供高質量文檔 網(wǎng)站所有資料均來自 internet 和會員 中國文檔網(wǎng) 不保證其內容的合法性 準確性或有效性 文檔版權屬于提供者所有 中國文檔網(wǎng)不承擔與此相關的任何 法律責任 12 結果分析 本程序執(zhí)行的是產(chǎn)生進位的加法 測試數(shù)據(jù)中 FF 01 后會產(chǎn)生進位 控制 信號 CN 1 AR 0 把上次運行結果帶入下次運算 進位產(chǎn)生的 01 就自動帶入到下次 運算中 最后結果為 00 01 02 題目三 題目三 1 實驗要求 設計一臺模型計算機 實現(xiàn)下列指令系統(tǒng) 并用指定的工作程序驗證上述指令系統(tǒng) 本模型機的指令系統(tǒng)及指令格式如下 前 4 位為操作碼 助記符號指令格式功能微程序入口地址 八進制 MOV rs rd 1000Rsrd Rs rd30 ADC rs rd 1001Rsrd Rs rd cy rd31 BZC 00000000 D 當 cy 1 或 z 1 時 D PC 否則 順序執(zhí)行 20 取指令后續(xù)微指 令默認地址為 20 IN rd 010001Rd Input Device rd24 OUT rd 010110Rd Rd Output Device25 HLT 01100000 停機 26 其中 rs 為源寄存器 rd 為目的寄存器 并規(guī)定 Rs 或 rd選定的寄存器 00 01 10 R0 R1 R2 2 連接實驗線路在測試程序裝入內存后 機器自動執(zhí)行控存中 00 號的微指令 產(chǎn)生控制 臺命令 其流程如下 01 為取指微指令的地址 3 根據(jù)附錄 2 的圖 2 復雜模型機的連線圖 連接實驗線路 4 本設計實現(xiàn)的模型機共包含五條機器指令 IN 輸入 ADC 帶進位加法 MOV 移動 BZC 條件轉移 OUT 輸出 HLT 停機 本設計的工作程序的內存映象 裝入起始地址 00H 如下 免責聲明 中國文檔網(wǎng)致力于為會員提供高質量文檔 網(wǎng)站所有資料均來自 internet 和會員 中國文檔網(wǎng) 不保證其內容的合法性 準確性或有效性 文檔版權屬于提供者所有 中國文檔網(wǎng)不承擔與此相關的任何 法律責任 13 地址 二進制 內容 二進制 助記符說 明十六進制代碼 0000 00000100 0100IN 將輸入數(shù)據(jù)送 R0 寄存器 0044 0000 00010100 0110IN 將輸入數(shù)據(jù)送 R2 寄存器 0146 0000 00101001 1000ADCRO 01H cy R00298 0000 00111000 0001MOVR0 R10381 0000 01000101 1001R1 LED0459 0000 01010000 0000BZC0500 0000 01100000 001002 D0602 0000 01110110 0000HLT 停機 0760 5 本設計的程序流程圖如下 6 微程序解釋 以 BZC 為例 微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABC UA5 UA0 后續(xù)地址 十六進制代碼 0 30 0 0 0 0 0 0 0 10 1 00 0 00 1 11 0 0 0 0 00300A023 1 00 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 11001ED83 2 00 0 0 0 0 0 0 1 10 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 120009001 3 00 0 0 0 0 1 0 1 11 0 11 0 11 1 00 0 0 0 0 13005DB81 分析 程序的思想如下 此程序是輸入兩個數(shù)據(jù)相加 首先將輸入一個數(shù)到 R0 寄存器 然后 輸入另外一個到 R2 寄存器 完成后將時局送 ALU 單元執(zhí)行 ADC 操作 ADC 為帶進位的 加法 所以結果是在 ADD 的基礎上又多加了一個 CY 進位標志 ADC 完成后結果送到 免責聲明 中國文檔網(wǎng)致力于為會員提供高質量文檔 網(wǎng)站所有資料均來自 internet 和會員 中國文檔網(wǎng) 不保證其內容的合法性 準確性或有效性 文檔版權屬于提供者所有 中國文檔網(wǎng)不承擔與此相關的任何 法律責任 14 R0 寄存器 然后 MOVE 命令將 R0 中的數(shù)送到 R1 然后送顯示器顯示 接著 BZC 跳轉 判斷 是否循環(huán)執(zhí)行 如 ADC 加法中產(chǎn)生了進位 CY 1 則送顯后立即 JMP 指令回到微程序的 01 步 即回到 ADC 繼續(xù)執(zhí)行帶進位的加法 一直循環(huán) 否則停機 微程序中 當 A9 0 A8 0 時 選中 Y0 當 A9 0 A8 1 時 選中 Y1 當 A9 1 A8 0 時 選中 Y2 當 A9 1 A8 1 時 選中 Y3 微指令解釋 根據(jù)流程圖以 10H 的指令開始 A9 A8 為 1 1 即為選中 Y3 不做任 何操作 A B C 字段為 010 000 011 表示 LDAR PC B LDPC 有效 附錄圖 3 說 明 即是 PC AR PC 1 后續(xù)地址為 03H 03 指令中 A9 A8 為 0 1 為選中 Y1 Y1 與 WE 相連表示存儲器工作 A B C 字 段為 010 000 011 表示選中 LDDR1 和 P 3 P 3 為進行判斷 若有進位則后續(xù)地 址為 30H 沒有則后續(xù)地址為 20H 30 指令中 A B C 字段為 101 101 110 表示 LOAD ALU B LDPC 有效 將 DR1 中的數(shù)據(jù)輸入到 PC 中 即 DR1 BUS PC 后續(xù)地址為 01H 繼續(xù)執(zhí)行 ADC 所有微指令代碼如下 M00018108 M1001ED83 M1901A22A M2D65AB6E M0101ED82 M14001001 M20009001 M3405DB81 M0200C050 M15030401 M230180E4 M0300A023 M16018016 M24018001 M0400E0A0 M18019201 M2C01A42D 7 測試數(shù)據(jù) 第一組 R0 FEH R2 01H 第二組 R0 FFH R2 01H 結果為 第一組 FF 第一組 02 8 結果分析 兩組數(shù)據(jù)主要是有進位與沒有進位之間的差別 第一組數(shù)據(jù) FE 01 FF R0 和 R1 中的數(shù)據(jù)相加后沒有產(chǎn)生進位 因此 CY 0 Z 0 輸出結果后 BZC 指令就會直接跳轉到 HLT 執(zhí)行停機操作 使程序終止 第二組數(shù)據(jù)為 FF 01 結果為 00 產(chǎn)生一個進位 因此 CY 1 Z 1 BZC 的條件成立 跳轉到 02 繼續(xù)指 令執(zhí)行 并且 ADC 會將上次的進位帶入相加 所以結果是 00 01 CY 02 繼續(xù)執(zhí)行 ADC 到 BZC 時會因為沒有產(chǎn)生進位 使程序終止運行 題目四 題目四 1 實驗要求 設計一臺模型計算機 完成下列指令系統(tǒng) 并編寫工作程序驗證上述指令系統(tǒng) 本模型機共設計 16 條基本指令 其中算術邏輯指令 9 條 訪問內存指令和程序控制指 令 4 條 輸入輸出指令 2 條 其它指令 1 條 下表列出了各條指令的格式 匯編符號 指 免責聲明 中國文檔網(wǎng)致力于為會員提供高質量文檔 網(wǎng)站所有資料均來自 internet 和會員 中國文檔網(wǎng) 不保證其內容的合法性 準確性或有效性 文檔版權屬于提供者所有 中國文檔網(wǎng)不承擔與此相關的任何 法律責任 15 令功能 類 型 助記符號指令格式功能微程序入口地址 八進制 CLR rd 011100rd 0 rd27 MOV rs rd 1000Rsrd Rs rd30 ADC rs rd 1001Rsrd Rs rd cy rd31 SBC rs rd 1010Rsrd Rs rd cy rd32 INC rd 1011Rd Rd 1 rd33 AND rs rd 1100rsrd Rs rd rd34 COM rd 1101Rd rd rd35 RRC rs rd 1110RsRd cyrs R s rd 36 算 術 邏 輯 指 令 RLC rs rd 1111RsRd cyrs R s rd 37 LDA M D rd 00M00Rd D E rd40 訪 存 指 令 STA M D rd 00M01Rd D Rd E41 JMP M D 00M1000 D E PC42 程 序 控 制 指 令 BZC 00M1100 D 當 cy 1 或 z 1 時 E PC 43 IN addr rd 010001Rd Addr rd24 輸 入 輸 出 OUT addr rd 010110Rd Rd addr25 其 它 HALT 01100000 停機 26 下面對各種指令格式加以說明 1 算術邏輯指令 算術邏輯運算指令共 9 條 用單字節(jié)表示 尋址方式采用寄存器直接尋址 格式為 7 6 5 43 21 0 OP CODERsrd 其中 OP CODE 為操作碼 rs 為源寄存器 rd 為目的寄存器 并規(guī)定 Rs 或 rd選定的寄存器 00R0 免責聲明 中國文檔網(wǎng)致力于為會員提供高質量文檔 網(wǎng)站所有資料均來自 internet 和會員 中國文檔網(wǎng) 不保證其內容的合法性 準確性或有效性 文檔版權屬于提供者所有 中國文檔網(wǎng)不承擔與此相關的任何 法律責任 16 01 10 R1 R2 2 訪存指令及程序控制指令 模型機設計兩條訪存指令 即存數(shù) STA 取數(shù) LDA 兩條轉移指令 即無條件轉移 指令 JMP 結果為 0 或有進位轉移指令 BZC 指令格式為 7 65 43 21 0 00MOP CODErd D 其中 OP CODE 為操作碼 rd 為目的寄存器地址 LDA STA 指令使用 D 為位移量 正 負均可 M 為尋址模式 其定義為 尋址模式 M有效地址 E說明微程序入口 00 01 10 11 E D E D E RI D E PC D 直接尋址 間接尋址 RI 變址尋址 相對尋址 20 21 22 23 變址尋址寄存器指定為寄存器 R2 3 輸入 輸出指令 輸入輸出指令均采取單字節(jié)指令 其格式如下 7 6 5 43 21 0 OP CODEaddrrd 其中 addr 01 時 選中 Input Device 中的開關組作為輸入設備 addr 10 時 選 中 Output Device 中的數(shù)碼顯示作為輸出設備 4 停機指令 用于實現(xiàn)停機操作 2 連接實驗線路在測試程序裝入內存后 機器自動執(zhí)行控存中 00 號的微指令 產(chǎn)生控制 臺命令 其流程如下 01 為取指微指令的地址 3 根據(jù)附錄 2 的圖 2 復雜模型機的連線圖 連接實驗線路 4 本設計實現(xiàn)的模型機共包含五條機器指令 IN 輸入 CLR 清零 ADC 帶進位加法 免責聲明 中國文檔網(wǎng)致力于為會員提供高質量文檔 網(wǎng)站所有資料均來自 internet 和會員 中國文檔網(wǎng) 不保證其內容的合法性 準確性或有效性 文檔版權屬于提供者所有 中國文檔網(wǎng)不承擔與此相關的任何 法律責任 17 SUC 帶借位減法 INC 累加 1 AND 邏輯與 COM 取反 MOV 移動 RRC 循環(huán)右移 RLC 循環(huán)左移 BZC 條件轉移 OUT 輸出 HLT 停機 本設計的工作程序的內存映象 裝入起始地址 00H 如下 地址 二進制 內容 二進制 助記符說 明十六進制代碼 0000 00000100 0100IN 將輸入數(shù)據(jù)送 R0 寄存 器 0044 0000 00010100 0110IN 將輸入數(shù)據(jù)送 R2 寄存 器 0146 0000 00101001 1000ADCRO 01H cy R00298 0000 00111000 0001MOVR0 R10381 0000 01001111 1001RLC 帶進位左循環(huán)移位 R1 結果送到 R1 04F5 0000 01010101 1001OUTR1 LED0559 0000 01100000 1100BZC060C 0000 01100000 001002 D0702 0000 01110110 0000HLT 停機 0860 5 本設計的程序流程圖如下 P 1 RAM BUS BUS IR 運行微程序 PC AR PC 1 PC AR PC 1 RAM BUS BUS DR1 RAM BUS BUS AR PC AR PC 1 RAM BUS BUS AR RAM BUS BUS DR1 RAM BUS BUS AR PC AR PC 1 RAM BUS BUS DR1 RI DR2 DR1 DR2 BUS AR DR1 DR2 BUS DR1 PC AR PC 1 RAM BUS BUS DR1 PC BUS BUS DR2 DR1 DR2 BUS AR DR1 DR2 BUS DR1 SW BUS BUS rd 01 rd LED 01 STOP 01 ALU 0 BUS BUS rd 01 rs rd 01 rs BUS BUS DR1 rd BUS BUS DR2 DR1 DR2 BUS rd rs BUS BUS DR2 rd BUS BUS DR1 DR1 DR2 BUS DR1 DR1 rd rd BUS BUS DR1 DR1 1 BUS rd rs BUS BUS DR1 rd BUS BUS DR2 DR1 DR2 BUS rd rd BUS BUS DR1 DR1 BUS BUS rd rs 299 帶進位右 循環(huán)移位 299 rd rs 299 帶進位左 循環(huán)移位 299 rd P 1 RAM BUS BUS rd 01 rd BUS BUS RAM 01 DR1 BUS BUS PC 01 P 3 DR1 BUS BUS PC 0101 Y N 01 02 20 2021222324 252627 303132333435 36 37 71 72 70 676663 65 6254 55 56 52 53 03 04 05 06 07 15 16 17 45 46 47 50 51 4040 40 40 40 41 42 43 44 6444 01 01 01 01 01 0101 LADSTAJMPBZC 00 直接 01 間接 10 變址 11 相對 INOUT HLTCLRMOVADCSUC INCAND COMRRCRLC 帶進位 免責聲明 中國文檔網(wǎng)致力于為會員提供高質量文檔 網(wǎng)站所有資料均來自 internet 和會員 中國文檔網(wǎng) 不保證其內容的合法性 準確性或有效性 文檔版權屬于提供者所有 中國文檔網(wǎng)不承擔與此相關的任何 法律責任 18 6 微程序 主要 RLC 部分 微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABC UA5 UA0 后續(xù)地址 十六進制代碼 1 F0 0 1 1 0 0 0 1 10 0 00 0 10 0 01 1 1 0 0 11F318239 3 90 0 0 1 1 0 0 1 10 0 01 0 00 0 01 1 1 0 1 03919883A 3 A0 0 0 0 0 0 0 1 10 0 11 0 00 0 00 0 0 0 0 13A019801 分析 程序的思想如下 此程序是輸入兩個數(shù)據(jù)相加 并左移一位的操作 首先將輸入一個 數(shù)到 R0 寄存器 然后輸入另一個數(shù)到 R2 寄存器 完成后將數(shù)送 ALU 單元執(zhí)行 ADC 操作 ADC 為帶進位的加法 所以結果是在 ADD 的基礎上又多加了一個 CY 進位標志 ADC 完成后結果送到 R0 寄存器 然后 MOVE 命令將 R0 中的數(shù)送到 R1 在 R1 進行一次左移操作 先送數(shù)到 299 執(zhí)行一次左移后將數(shù)傳回 后再將數(shù)送存到 R1 然后送顯示器顯示 接 著 BZC 跳轉 判斷是否循環(huán)執(zhí)行 如 ADC 加法中產(chǎn)生了進位 CY 1 則送顯后立即 JMP 指 令回到微程序的 01 步 即回到 ADC 繼續(xù)執(zhí)行帶進位的加法 一直循環(huán) 如沒有產(chǎn)生進位 則停機 微程序中 當 A9 0 A8 0 時 選中 Y0 當 A9 0 A8 1 時 選中 Y1 當 A9 1 A8 0 時 選中 Y2 當 A9 1 A8 1 時 選中 Y3 微指令解釋 ADC 加法完成后會執(zhí)行微地址 1FH 的指令 S3 CN 為 001100 A B C 字段為 000 001 000 即選擇 RS B 有效 表示將 R1 的數(shù)據(jù)送到 299 后續(xù)地址為 39H 39H 指令中 S3 CN 為 000110 A B C 字段為 000 100 000 為 299 B 有效 執(zhí)行循環(huán)左移運算 后續(xù)地址為 3AH 3AH 指令的 A B C 字段為 001 100 000 表示選中 LDRI 299 B 有效 將 299 單元中循環(huán)左移后所得的結果送到 R1 299 R1 至此 RLC 指令完成 剩下程序會將結果送顯繼續(xù)執(zhí)行 所有微指令代碼如下 M00018108 M0E01B60F M1E318237 M2C01A42D M3A019801 M0101ED82 M0F95EA25 M1F318239 M2D65AB6E M3B070A08 M0200C050 M1001ED83 M20009001 M2E0D9A01 M3C068A09 M0300A004 M1101ED85 M21028401 M2F01AA30 M0400E0A0 M1201ED8D M2205DB81 M300D8171 M0500E006 M1301EDA6 M230180E4 M31959B41 M0600A007 M14001001 M24018001 M32019A01 M0700E0A0 M16018016 M2595AAA0 M3301B435 M0801ED8A M173D9A01 M2600A027 M3405DB81 M0901ED8C M1901A22A M2701BC28 M35B99B41 M0A00A03B M1A01B22C M2895EA29 M360D9A01 M0B018001 M1B01A232 M2995AAA0 M37298838 M0C00203C M1C01A233 M2A01B42B M38019801 M0D00A00E M1D01A236 M2B959B41 M3919883A 免責聲明 中國文檔網(wǎng)致力于為會員提供高質量文檔 網(wǎng)站所有資料均來自 internet 和會員 中國文檔網(wǎng) 不保證其內容的合法性 準確性或有效性 文檔版權屬于提供者所有 中國文檔網(wǎng)不承擔與此相關的任何 法律責任 19 7 測試數(shù)據(jù) 第一組 R0 FFH R2 01H 第二組 R0 01H R2 01H 結果為 第一組 R1 01 第二組 R1 04 9 結果分析 兩組數(shù)據(jù)主要是有進位與沒有進位之間的差別 第一組數(shù)據(jù) 01 01 10 R0 和 R2 中的數(shù)據(jù)相加后沒有產(chǎn)生進位 因此 CY 0 將結果送到 299 后循環(huán)左移 然后 送顯 結果為 10H 100H 而 BZC 指令就會直接跳轉到 HLT 執(zhí)行停機操作 使程序 終止 第二組數(shù)據(jù)為 FF 01 結果為 00 產(chǎn)生一個進位 因此 CY 1 將結果送到 299 后循環(huán)左移 結果為 00H 01H BZC 的條件成立 跳轉到 02 繼續(xù)指令執(zhí)行 繼 續(xù)執(zhí)行 ADC 到 BZC 時會因為沒有產(chǎn)生進位 使程序終止運行 五 課程設計心得五 課程設計心得 通過這次課程設計 對計算機的基本組成 部件的設計 部件間的連接 微程序控制 器的設計 微指令和微程序的編制與調試等過程有更深的了解 加深了對組成原理理論課 程的理解 通過自己對一系列微程序的編寫 對程序執(zhí)行的流程以及指令之間的跳轉有了更深的 理解 能夠根據(jù)流程圖和機器指令寫出相應微程序 對簡單模型機里的數(shù)據(jù)流向圖也有了 一定的理解 能看懂根據(jù)自己編寫的微程序在模型機上的一步步流向 對 ADD ADC BZC RLC 等指令的運用更加熟悉 對它們微程序的一步步流程也有了清晰 的認識 通過對機器指令和微指令的分析和編寫 理解了指令代碼所對應的功能 本次實 驗里的微程序均由自己根據(jù)流程圖及機器指令編寫 正確完成了題目 1 4 的要求 本次實驗中 在微程序的調試中花費不少時間 尤其在 BZC 和 RLC 指令上耽擱較久 但通過觀察模型機上的操作流向來檢查錯誤收獲較大 模型機能比較準確的看出自己出錯 的地方 即數(shù)據(jù)沒有向題目要求的地方流動 通過對程序進行多次調試修改以及老師的幫 助指導下得到正確結果 在這次課程設計中 很多計算機組成原理的知識在實際中得到運 用 對組成原理的很多內容有了一個直觀的認識 自身理論知識和動手能力得到很大提高 有很大的收獲 六 六 附錄附錄 附錄附