计算机硬件课程设计简单模型机设计

1、计算机硬件综合课程设计报告简单模型机设计一、设计要求硬件：TDN-CM计算机组成原理实验系统一台， PC机一台，排线若干，串口线一根。 软件：CMP软件二、设计目的1. 通过对一个简单计算机的设计， 对计算机的基本组成、 部件的设计、 部件间的连接、 微 程序控制器的设计、 微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解， 加深对理论课 程的理解。2. 通过这次课程设计，建立整机的概念， 对程序进行编辑，校验，锻炼理论联系实际的能 力。3. 通过本次课程设计熟悉和训练设计思路与实现方法。4. 通过本次课程设计锻炼团队合作的能力和团队问题的解决。三、设计电路及连线设计电路及连线实验图如下图 1-1

2、 所示。7ji ATz UN：Tswitch0.'AL'f UJt：!'LCC IIHITW腹 UHTJ T4TJJi-UIbd21 XK UNIT图1-1简单模型机连线图HiHi:H3HAL u:：nHu I middfJIB7 jftvjgBOAR?CT ZlLDAB.QBT LOADU'ADJ5刖血皿MITf -5 CK LDP<y四、设计说明L&TF22HLtf>IK KM：<aTH；-LLE>.MI9BWAFLOADU PC BtMt -fT厂咋CTULDIUi；JHPUT >£Sl-l；E:5WD -U

3、 DO Q-Ct Ehv/etatT lel*.bLF:.叩-|.ll'rPVT L'£W£k本次课程设计将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。本次课程设计采用五条机器指令：IN （输入）、ADD （二进制加法）、STA （存数）、OUT（输出）、JMP （无条件转移），其指令格式如下助记符机器指令码说明微程序入口地址IN0000 0000“INPUT DEVICE

4、 ”中10的开关状态t R0ADDaddr0001 0000xxxx次xxR0+addr t R011STAaddr0010 0000XXXX次xxR0 t addr12OUTaddr0011 0000xxxxxxxxaddr t BUS13JM Paddr0100 0000xxxx次xxaddr t PC14（前 4位为操作码）：其中，IN为单字长（8位），其余为双字长，xxxx xxxx为addr对应的二进制地址码。设计数据通路框图如图1-2所示。微代码定义如表 1-1所示。图1-2数据通路图表1-124232221201918171615 14 1312 11 109 8 7654321

5、S3S2S1SOMCnWEA9A8ABCuA5uA4uA3uA2uA1uAOA字段B字段C字段151413选择000001LDDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDAR121110选择000001RS-B010011100101ALU-B110PC-B987选择000001P（ 1）010011100P（ 4）101110LDPC五、设计步骤1. 设计微程序流程图，如图1-3所示。运行微程序INADD01PCT arPC+1RAM tBUSBUS t ir02101110P(1)STAOUTJMPSWT R/PCt arPC+103RAM tBUS01BU

6、S t ARPC T ARPC+11°7RAM tBUSBUS t AR115rR0 t BUS13PC T ARPC+11614TPCt arPC+1RAM tBUSBUS t DR205R0 t DR1BUS t RAM0601(DR1)+(DR2) TRORAM tBUSBUS t ARf 17RAM tBUSBUStDR125DR1t led01RAM tBUS01图1-3微程序流程图表1-2微地址S3S2S1S0MCnWEA9A8ABCuA5 uA00 00000000110000001000100000 10000000111101101100000100 2000000

7、0011000000010010000 30000000011100000000001000 40000000010110000000001010 50000000110100010000001100 61001010110011010000000010 70000000011100000000011011 00000000000010000000000011 10000000111101101100000111 20000000111101101100001111 30000000111101101100011101 40000000111101101100101101 5000000101

8、0000010000000011 60000000011100000000011111 70000000010100000000101012 00000000111101101100100102 10000000111101101100101002 20000000010100000000101112 30000000110000000000000012 40000000000100000000110002 50000011100001010000000012 60000000011010001100000012 70000011100001010000100003 0000001101000

9、1010000100013.设计验证程序的内存映像（装入起始地址00H）如下表1-3所示。表1-3地址（二进制）内容（二进制）助记符说明0000 00000000 0000IN:将输入数据送R0寄存器0000 00010001 0000ADD 0AHR0+0AH t R00000 00100000 10100000 00110010 0000STA 0BHR0t 0BH0000 01000000 10110000 01010011 0000OUT 0BH0BH t LED0000 01100000 10110000 01110100 0000JMP 08H00H t PC0000 100000

10、00 00000000 10010000 10100000 0001输入自定的数据0000 1011求和结果的存储单兀4.建立联机操作文件。为了从 PC 机下载工作程序和微程序，需要建立联机操作文件，该文件是普通的文本文件，扩展名为 TXT ，可用记事本来建立。 源程序如下：$P0000$P0110$P020A$P0320$P040B$P0530$P060B$P0740$P0800$P0A01$M00018110$M0101ED82$M0200C048$M0300E004$M0400B005$M0501A206$M06959A01$M0700E00D$M08001001$M0901ED83$M

11、0A01ED87$M0B01ED8E$M0C01ED96$M0D028201$M0E00E00F$M0F00A015$M1001ED92$M1101ED94$M1200A017$M13018001$M14002018$M15070A01$M1600D181$M17070A10$M18068A115. 调试、执行程序。首先打开 CMP 软件， 测试端口是否连接成功， 然后装入联机操作文件， 接着测试程序，测试值RO=FEH，置数据开关状态 11111110根据提示拨动总清开关CLR (1)适时清零。在调试过程中，出现了一些问题，例如，出现提示窗口，提示源程序第几行错误，经检 查原来是数字0写成了

12、字母0;观察数据流通图，有支路不通，就检查该支路的连线，排查 错误。六、设计结果和体会1 、设计结果当R0=FEH时，求和结果为 FFH，即0BH单元中存储值为 FFH , LED显示FF。2、设计体会 此次课程设计，让我对计算机的基本组成、简单运算器的数据传送通路组成、存储器RAM 工作特性及数据的读写方法、时序信号发生电路的组成原理、微程序控制器的设计思 路和组成原理、 微程序的编制、 写入过程有了进一步的了解， 也让我觉得自己的动手能力有 很大的提高; 自信心也增强了， 在课程设计过程中通过仔细查阅资料解决了遇到的问题，做到了理论与实践相结合，巩固和深化了自己的知识结构，收获颇多。七、建

13、议课程设计可以体现出团队合作程度，紧密合作加上明确分工，能够大大地提高设计速度，在动手设计之前， 最好将设计所需要的数据， 程序准备好， 为了判断设计结果是否正确， 有必要在准备阶段计算理论值。 仔细分析指令的每一位， 以及微程序流程图，理清思路，在 设计时做到胸有成竹。复杂模型机设计一、设计要求硬件：TDN-CM计算机组成原理实验系统一台， PC机一台，排线若干，串口线一根。 软件：CMP软件二、设计目的1. 通过对一个简单计算机的设计， 对计算机的基本组成、 部件的设计、 部件间的连接、 微 程序控制器的设计、 微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解， 加深对理论课 程的理解。2.

14、通过这次课程设计，建立整机的概念， 对程序进行编辑，校验，锻炼理论联系实际的能 力。3. 通过本次课程设计熟悉和训练设计思路与实现方法。4. 通过本次课程设计锻炼团队合作的能力和团队问题的解决。三、设计电路及连线设计电路及连线实验图如下图 2-1 所示。lAL'f UK：!'r -JIRI?CT ZT:AllflLCC IlhlTDO OjH.hLIHt5X1TiT3:Sk'J J btX'-；Ej swnW SW-B -''-Ul$>U lid： tlLMKltwr ryLOCTjianTHTBISETK5-B r2 1 IEJ.B4JL

15、DIRV0CH- ¥10- V?LP-rz>3 (jmmain h；em ct oj “ lEl*.BcFmr ri" -TIDA R gn0 K BLMKO<h-Qu5StFF-*-H-o h耳(JLPP<0AMhtJS -ihi；L «TPl!T DiWCE图2-1复杂模型机连线图四、设计说明在简单模型机的基础上搭接移位控制电路，实现移位控制运算。新增4条移位运算指令：RL （左环移）、RLC （带进位左环移）、RR （右环移）、RRC （带进位右环移），其指令格式如下：助记符操作码RR01010000RRC01100000RL0111000

16、0RLC10000000指令格式如表2-1所示。表2-124232221201918171615 14 1312 11 109 8 7654321S3S2S1S0MCnWEA9A8ABCuA5uA4uA3uA2uA1uA0A字段B字段C字段151413选择000001LDDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDAR121110选择000001RS-B010011100299-B101ALU-B110PC-B987选择000001P（ 1）010011100P（ 4）101110LDPC299-BLDDR1T474299ALU-BS3T4 S2 ALU(741

17、81) 叫戸 JDR1(7,1273)r LDDRDR2(7-4273)2tAR(74273)MEM (6116 )CEOUTPUTCEPCPC( 74161)t°AD/ PC-B /r TTLED-B数据通路图如图2-2所示。BUS地址总线数据总线R0-B R0(74374)R1-BR1(74374)TDR1 1r T4-R2-R2(74374)T45OW/R时序微控器CS0CS1 SW-BCS2EINPUTIR ( 74273 )CPU图2-2数据通路图五、设计步骤INADDSTA2021PCt arSWt RoPC+1RAM tbus01PCtPC+1ar1107rPCt ar

18、0323BUS T ar04RAM tbusBUStDR20506ram tbusBUS t AR17ROt BUSBUStramBUST DR1ROt DR101(DR1)+(DR2) t ro01KWE(01)11PCt AR14 PC；1CSWD t BUSBUStDR11* + 一DR1t ram运行微程序20P(1)OUTJMP24PCT arPC+1rr25ROt 299rrc26RLRLCPC+1v 3134ram tbusBUS t ARRAM tbus33DR1t led0135带进位右环移右环移RAM tbusBUS T PC36ROt 29937299 t ro299 t

19、 ro01ROt29911 41左环移142299 t roROt 299402730带进位左环移299 t ro010101八进制微地址00图2-3微程序流程图2. 微指令代码化（十六进制表示），写入操作文件后面。3. 设计验证程序的内存映像（装入起始地址00H）如下表2-2所示。表2-2地址（二进制）内容（二进制）助记符说明0000 00000000 0000IN将输入数据送R0寄存器0000 00010001 0000ADD 0DHR0+0DH R00000 00100000 11010000 00111000 0000RLC将R0寄存器中的数据带 进位循环左移一位0000 010000

20、00 0000IN“ INPUT DEVICE JR00000 010101100000RRC将R0寄存器中的数据带 进位循环右移一位0000 01100111 0000RL将R0寄存器中的数据 循环左移一位0000 01110010 0000STA 0EHR0t 0EH0000 10000000 11100000 10010011 0000OUT 0EH0EH t LED0000 10100000 11100000 10110100 0000JMP 00H00H t PC0000 11000000 00000000 11010000 0001输入自定的数据0000 1110求和结果的存储单兀

21、4. 建立联机操作文件。为了从PC机下载工作程序和微程序，需要建立联机操作文件，该文件是普通的文本文 件，扩展名为TXT，可用记事本来建立。源程序如下：$P0000$P0110$P020D$P0380$P0400$P0560$P0670$P0720$P080E$P0930$POAOE$P0B40$POCOO$P0D01$M00018108 $M0101ED82 $M0200C050 $M0300E004 $M0400B005 $M0501A206 $M06959A01 $M0700E00F $M0801ED8A $M0901ED8C $M0A00A00E $M0B018001 $M0C00200D $M0D068A09 $M0E070A08 $M0F028201 $M10001001 $M1101ED83 $M1201ED87 $M1301ED99 $M1401ED9C $M1531821D $M1631821F $M17318221 $M18313223 $M1900E01A $M1A00A01B $M1B070A01 $M1C00D181 $M1D21881E $M1E019801 $M1F298820 $M20019801 $M21118822 $M22019801 $M23198824 $M24019