复杂模型机(组成原理)课程设计报告

课程设计报告课题:复杂模型机设计同组姓名：陈珊（1108030416）徐丽娜（1108030417）宋利英（1108030421）专业班级：计科1104班指导教师：牟琦设计时间：2013-12-31目录一、课程设计目的和意义..........................................................................................3二、复杂模型机的设计与实现内容............................................................................41.数据格式................................................................................................................................42.指令格式................................................................................................................................43.指令系统................................................................................................................................5三、总体设计................................................................................................................61.设计复杂模型机的监控软件................................................................................................72.设计微程序流程图................................................................................................................73.转换格式................................................................................................................................84.实验接线................................................................................................................................95.写微程序和程序....................................................................................................................96.运行程序..............................................................................................................................107.验证......................................................................................................................................11四、系统测试及实验截图..........................................................................................12五、总结......................................................................................................................18一、课程设计目的和意义经过一系列硬件课程如计算机原理的学习及相关实验后，综合应用所学理论知识解决实际设计和应用问题，进行一个综合的系统的实验。培养实际动手能力，进一步提高硬件设计能力。培养实事求是和严肃认真的工作态度。通过设计过程，熟悉和掌握微机系统的硬件设计方法、设计步骤，真正做到理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。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。二、复杂模型机的设计与实现内容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：其中第7位为符号位，数值表示范围是：－1≤X＜1。2.指令格式模型机设计四大类指令共十六条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、存数指令、取数指令、转移指令和停机指令。⑴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为源寄存器，RD为目的寄存器。⑵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、有进位转移指令BZC。指令格式为：7654321000MOP-CODERdD其中，OP-CODE为操作码，RD为目的寄存器地址（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：寻址方式有效地址说明00011011E=DE=（D）E=(R2)+DE=（PC）+D直接寻址间接寻址R2变址寻址相对寻址本模型机规定变址RI指定为寄存器R2。⑶I/O指令输入IN和输出OUT指令采用单字节指令，其格式如下：76543210OP-CODEaddrRd其中，addr=01时，选中输入数据开关组KD0～KD7作为输入设备，addr=10时，选中2位数码管作为输出设备。⑷停机指令指令格式如下：76543210OP-CODE0000HALT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，其它指令1条。表3-8列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。三、总体设计复杂模型机的数据通路框图如图3-16，图3-17所示。根据复杂模型机的硬件电路设计机器指令，再根据机器指令要求，设计微程序流程图及微程序，最后形成16进制文件。图3-16图3-17四、实验步骤1.设计复杂模型机的机器指令＄P0044IN01,R0＄P0146IN01,R2＄P0298ADCR2,R0＄P0381MOVR0,R1＄P04F5RLCR1,R1＄P050CBZC00,00＄P06002.设计微程序流程图按照实验机设计的微指令格式,参照微指令流程图，设计微指令，并形成二进制代码表。3.转换格式程序：＄P0044＄P0146＄P0298＄P0381＄P04F5＄P050C＄P0600微程序：＄M00088105＄M0182ED0＄M0250C004＄M0304A004＄M04A0E004＄M0506E004＄M0607A004＄M07A0E004＄M088AED05＄M098CED05＄M0A3BA004＄M0B018005＄M0C3C2004＄M0D0EA004＄M0E0FB605＄M0F25EA95＄M1083ED05＄M1185ED05＄M128DED05＄M13A6ED05＄M14011004＄M15010407＄M16168005＄M17019A3D＄M18019205＄M192AA205＄M1A2CB205＄M1B32A205＄M1C33A205＄M1D36A205＄M1E378235＄M1F398235＄M20019004＄M21018406＄M2281DB05＄M23E48005＄M24018005＄M25A0AA95＄M2627A004＄M2728BC05＄M2829EA95＄M29A0AA95＄M2A2BB405＄M2B419B95＄M2C2DA405＄M2D6EAB05＄M2E2FAA0D＄M2F30AA05＄M3071810D＄M31419B95＄M32019A05＄M3335B405＄M3481DB05＄M35419BBD＄M36019A0D＄M3738882D＄M38019805＄M393A881D＄M3A019805＄M3B080A07＄M3C098A064.实验接线在实验八的基础上将跳线器J13和J14由右边相连改为左边相连，再将IJ1连IJ2。详细如下：a、跳线器J1～J12全部拨在右边（自动工作方式）；b、跳线器J16、J18、J23、J24全部拨在左边；c、跳线器J15、J19、J25全部拨在右边，跳线器J13、J14拨在左边；d、跳线器J20～J22、J26、J27连上短路片；e、UJ1连UJ2，JSE1连JSE2，SJ1连SJ2；f、MBUS连BUS2；g、REGBUS连BUS5；h、PCBUS连EXJ2；i、ALUBUS连EXJ3；j、ALUO1连BUS1；k、EXJ1连BUS3；l、ALUO2连BUS4；n、IJ1连IJ2。连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。5.写微程序和程序①手动方法写微程序参看实验六。手动方法写代码程序（机器指令）步骤如下：通过上一步将机器指令对应的微代码正确地写入E2ROM2816芯片后，再进行机器指令程序的装入和检查。A.将编程开关置运行位置，运行方式开关置单步位置。B.拨动总清开关（0→1），微地址寄存器清零，程序计数器清零。然后使控制开关SWC、SWA开关置为01，按动一次启动运行开关，微地址显示灯LUA0～LUA5显示001001，再按动一次启动运行开关，微地址显示灯LUA0～LUA5显示001100，此时数据开关的内容置为要写入的机器指令，再按动一次启动运行开关，即完成该条指令的写入。若仔细阅读微程序流程，就不难发现，机器指令的首地址只要第一次给入即可，PC会自动加1，所以，每次按动启动运行开关，只有在微地址灯显示001100时，才设置内容，直到所有机器指令写完。C.写完程序后须进行检验。拨动总清开关(0→1)后，微地址清零，PC程序计数器清零，然后使控制开关SWC、SWA为00,按动启动运行开关，微地址灯将显示001000，再按启动运行开关，微地址灯显示为001010，第三次按启动运行开关，微地址灯显示为111011，此时总线数据显示灯LZD0～LZD7显示为该首地址的内容，再次按动启动运行开关，微地址灯显示为001000，此时，2位数码管显示的内容即为RAM中的数据，不断按动启动运行开关，可检查后续单元内容。注意：每次仅在微地址灯显示为001000时，2位数码管显示的内容才是相应地址中的机器指令内容。②联机读/写微程序和程序用联机软件的装载功能将16进制格式文件（文件名为C8JHE3）装入实验机即可（详细操作见联机软件的README）。6.运行程序①单步运行程序A.编程开关置运行状态，运行方式开关置为单步状态,运行控制开关置为运行状态。B.拨动总清开关(0→1)，微地址清零，PC计数器清零，程序首地址为OOH。C.按动启动运行开关，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。②连续运行程序A.编程开关置运行状态，运行方式开关置为连续状态,运行控制开关置为运行状态。B.拨动总清