计算机组成原理课程设计

计算机组成原理课程设计流水型硬布线控制器的设计与调试教学目的•培养从事在系统编程逻辑器件设计的独立工作和创新能力，取得运用ISP技术进行工程设计与调试的实践经验；•通过知识的综合运用，加深对计算机系统各模块的协同工作的认识，特别是对并行、流水的认识，深入理解控制器的工作原理；•实践通过改写控制器逻辑的的方法来提高计算机系统性能的途径。体会采用在系统编程技术的优点。设计与调试任务•在硬联线控制器的基础上，设计一台硬联线控制器的流水模型计算机；•根据设计图纸，在通用实验台上进行组装，或对硬联线控制器方案的模型机进行改装，并调试成功；•在组装调试成功的基础上，整理出设计图纸和其他文件。设计与调试任务•总框图（数据通路）•硬布线控制器逻辑模块图•ABEL语言源程序•硬布线控制流程图•模拟向量测试方程•元件排列图•设计说明书•调试小结实验设备•TEC—4计算机组成原理实验系统一台•双踪示波器一台•直流万用表一只•逻辑测试笔一支•集成电路若干片，取决于设计方案•集成电路使用ISP芯片（一片ISPLS1032）。采用ISP器件，则需要一台PC机运行设计自动化软件（例如ISPEXPERT）作设计，编程和下载使用数据格式和指令系统•采用与模型计算机相同的指令系统,即12条机器指令。同样考虑到复杂度和时间问题，一般应降低难度，采用该指令系统的子集：去掉中断指令后的3条机器指令，只保留9条指令。指令格式名称助记符功能R7R6R5R4R2R3R1R0加法ADDRb,RsRd+RsRd0000RS1RS0RD1RD0减法SUBRd,RsRd-RsRd0001RS1RS0RD1RD0乘法MULRd,RsRd*RsRd0010RS1RS0RD1RD0逻辑与ANDRd,RsRd&RsRd0011RS1RS0RD1RD0存数STARd,[Rs]Rd[Rs]0100RS1RS0RD1RD0取数LDARd,[Rs][Rs]Rd0101RS1RS0RD1RD0无条件转移JMP[Rs][Rs]PC1000RS1RS0XX条件转移JCD若C=1则PC+DPC1001D3D2D1D0停机STP暂停运行0110XXXX中断返回IRET返回断点1010XXXX开中断INTS允许中断1011XXXX关中断INTC禁止中断1100XXXX流水硬布线控制器流程图SKIPRS_BUS#TJSW_BUS#LDAR1M3=1LDAR2SST0TJSW_BUS#M4=1LDR4LDPCSKIPSKIPSKIPSKIPSW_BUS#CEL#LRW=0CEL#LRW=1TJSKIPSW_BUS#CEL#LRW=0SKIPSW_BUS#CEL#LRW=0SW_BUS#LDAR1M3=1LDAR2SST0TJM3=0Ldar2CERLDIRPC_INCSST0CST1SW_BUS#LDAR1SST0TJSW_BUS#LDAR1SST0TJWRDTJAR1_INCTJAR1_INCCERLDIRTJCERLDIRSW_BUS#LDER0100:KRR1001:KRD0000:PR0011:KLD0010:KWE0001:KRD1010:KWE1011:KLD1100:KRR1000:PR接下图STW4W3W2W1流水硬布线控制器流程图M1=0LDDR1M2=0LDDR2SKIPSST1ALU=A+BALU_BUSLDERM3=0LDAR2CERLDIRPC_INCRS_BUS#LDAR1SKIPSST1WRDSKIPCST1M2=0LDAR2RS_BUS#LDAR1SKIPCST1RS_BUS#M4=1LDR4SKIPCST1WRDM4=0LDR4PC_ADDLDPCSKIPCST1M4=0LDR4PC_ADDLDPCSKIPCST1SKIPCST1SKIPCST1CST1WRDSKIP00000ADD00100STA00101LDA00011AND00010MUL00001SUB01000JMP01001JC00110STPST1IRW4W1ST=1000M1=0LDDR1M2=0LDDR2SKIPSST1M1=0LDDR1M2=0LDDR2SKIPSST1M1=0LDDR1M2=0LDDR2SKIPSST1WRDSST1M1=0LDDR1M2=0LDDR2SKIPWRDSST1M1=0LDDR1M2=0LDDR2SKIPWRDSST1M1=0LDDR1M2=0LDDR2SKIPWRDSST1M1=0LDDR1M2=0LDDR2SKIP10000ADD10001SUB10010MUL10011AND10100STA11000JMP11001JC10110STP10101LDAWRDSST1RS_BUS#LDAR1SKIPWRDCST1M2=0LDDR2RS_BUS#LDAR1SKIPWRDCST1RS_BUS#M4=1LDR4LDPCSKIPCC=0C=1CC=0C=1ALU=A-BALU_BUSLDERM3=0LDAR2CERLDIRPC_INCALU=A*BALU_BUSLDERM3=0LDAR2CERLDIRPC_INCALU=A&BALU_BUSLDERM3=0LDAR2CERLDIRPC_INCCEL#LRW=1LDERM3=0LDAR2CERLDIRPC_INCALU=AALU_BUSCEL#LRW=0M3=0LDAR2CERLDIRPC_INCM3=0LDAR2CERLDIRPC_INCTJM3=0LDAR2CERLDIRPC_INCM3=0LDAR2CERLDIRPC_INC编译下载和接线•首先，在PC机上运行ISPEXPERT软件，建立一个新项目，在该项目下，输入ABEL语言源文件，经过编译和适配，生成JED文件。用出厂时提供的下在电缆将PC记得打印机接口核实验台上的下载插座（编程插座）相连。打开实验系统电源，即可在ISPEXPERT软件内向ISP1032下载。有关ISPEXPERT的使用，可参考有关资料。•接固定连线和数据通路内部连线•控制台和ISP1032的连线•时序电路和ISP1032的连线•数据通路和ISP1032的接线组装与调试•由于使用在系统可编程逻辑电路，集成度高，灵活性强，编程，下载方便，用于硬布线控制器将使分调变得简单。控制器内部连线集中在芯片内部，由程序自动完成，其速度，准确率和可靠性都是人工界限所不可比拟的。•ISP技术设计的硬布线控制器，其分调试完全是软件模拟的向量测试。但应注意，向量测试方程的设计应全面，尽管覆盖所有的可能性，避免间错漏带到总调试中。另外要注意两方面问题：组装与调试•测试软件要求测试状态连续，即上一方程的终结状态作文下一方程的初始自状态，不能中断；•如果方程的输入向量组中有某些影响输出向量的项缺失，测试仍能进行，但缺失项将会以随机值影响输出；•分调正常后，可进行将控制器与数据通路的模块连接，进行全机总调试。组装与调试•与微程序控制器相类似，总调的第一步是检查全部硬布线控制流程，以单拍（DP）方式执行指令。进行的顺序也是先执行控制台命令，然后执行机器指令。当全部控制流程图检查完毕后，如果数据通路的执行部件（运算器，存储器等）功能正确，就算总调第一步完成。•第二步是在内存中装入包括有全部指令系统的一段程序和有关数据，进一步可采用单步（DB）方式或连续方式执行，以验证机器执行指令的正确性。•第三不是编写一段表演程序，令机器运行。•第四步是运行指导老师给出的验收程序。如通过，则设计和调试完成。测试程序RAM地址指令机器代码寄存器数据00HLDAR0,[R2]58HR260H01HLDAR1,[R3]5DHR361H02HADDR0,R104HRAM地址数据03HJC+595H60H24H04HANDR0,R134H61H83H05HSUBR0,R31CH06HMULR0,R124H07HSTAR0,[R1]44H08HSTP60H09HJMP[R1]84H测试结果寄存器数据RAM地址单元数据R012H83H12HR183H61H83HR260HR361H