复杂模型机(组成原理)课程设计报告

1、课程设计报告课题：复夏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 .4.1数据格式42指令格式43指令系统5三、 总体设计6.1. 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1.8'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

2、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： KX V 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。 算术逻辑指令设计9条算

3、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。 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：765432100 0MOP-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00E=D直接寻址01E= (D)间接寻址10E=(R2)+DR2变址寻址11E= (PC) +D

4、相对寻址本模型机规定变址RI指定为寄存器R2。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:76543210OP-CODEaddrRd其中，addr=01时，选中输入数据开关组KD0KD7作为输入设备，addr=10时, 选中2位数码管作为输出设备。停机指令指令格式如下：76543210OP-CODE0 00 0HALT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。、总体设计复杂模型机的数据通路框图如图 3-16，图3

5、-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 3-16W/R图 3-17四、实验步骤1. 设计复杂模型机的机器指令$ POO 44IN 01, R0$ P01 46IN 01, 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I IT脈K -iLLIkz nif-Alt m w UH bOil阿4.1 HP»|WcinM

6、ilmMKNC4 ¥1UA4WWKI411 » 1r M1h IPl21 I MT.4 jj卜 »I 11TT1 n-unfixiH北IIKII w M<e%U lilh«kM.j iMl Milk IIK IliV 1|U III*-IIIKMEIMlIMHI*Ft1HJri.nth 11HII l h KJI Daiivv kdlllJh Ukibj g gw i |Htf, JJB.Bji ne.IJU-： iII* PrIJLKII4cl -« AAI. IK1 “i*4i ©I1111% 3fcilpJfclI jjf

7、elK PlUlEz.UEK>b 4041 t> fdiJM厂1F 1-丄4l!躺會iii4in h i !： ii|i “彳oi«l IW->xJjLiLLlIIlG严I冲JLift斗览13. 转换格式程序：$ poo 44 $ P01 46 $ P02 98$ P03 81$ P04 F5 $ P05 0C $ P06 00微程序：$ M00088105$ M0182ED0$ M0250C004$ M0304A004$ M04A0E004$ M0506E004$ M0607A004$ M07A0E004$ M088AED05$ M098CED05$ M0A 3B

8、A004$ 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$ M25A0AA9

9、5$ M2627A004$ M2728BC05$ M2829EA95$ M29A0AA95$ M2A2BB405$ M2B419B95$ M2C2DA405$ M2D6EAB05$ M2E2FAA0D$ M2F30AA05$ M3071810D$ M31419B95$ M32019A05$ M3335B405$ M3481DB05$ M35419BBD$ M36019A0D$ M3738882D$ M38019805$ M393A881D$ M3A019805$ M3B080A07$ M3C 098A064. 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

10、连IJ2。详细如下：a跳线器J1J12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J20J22、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、ALU01 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.

11、 写微程序和程序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 E2ROM 2816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LUA0LUA5显示"001001"，再按动一次&qu

12、ot;启动运行"开关，微地址显示灯LUA0LUA5 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宀:完OC. 写完程序后须进行检验。拨动总清开关(0 f 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"0 0&qu

13、ot;,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 LZD0LZD7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

14、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。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 ) 06. 运行程序 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(0f 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

15、"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。 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.拨动总清开关，清微地址及 PC计数器，按动"启动运行"开关，系统连 续运行程序。如果要停止程序的运行，只需将 "运行控制"开关置为"停止"状态，系统就停机。7. 验证采用单步或连续运行方式执行机器指令，参照机器指令及微程

16、序流程图，将 实验现象与理论分析比较，验证系统执行指令的正确性。四、系统测试及实验截图图1 PC清零，自动+1在RAM 中取地址为 00H的指令44H图2从输入设备中读取数据 1并送至R0图3 PC自动+1在RAM 中取地址为 01H的指令46H图4指令46H送至IR进行译码并发出相应的控制信号图5从输入设备中读取数据 2并送R2图6 PC自动+1取地址为02H的指令98H图7指令98H送至IR进行译码并发岀相应的控制信号图8 寄存器R2中数据送至 DR1图9 寄存器R2中数据送至 DR1图10 ALU进行加法运算并将结果图11 R0中数据送至 R1（转存）图12PC+1,取地址为（04H）的指令（F5）图13将指令F5H送至IR并译码发岀相应的控制信号图14将R0中数据（3）送至移位寄存器图15移位寄存器进行移位操作（数据3变为数据6）图16将移位寄存器中数据存入R1图17 PC+1，取内存地址为 05H的指令OCH图18将指令OCH送至