计算机组成原理课程设计

沈阳理工大学课程设计专用纸No沈阳理工大学课程设计专用纸No0沈阳理工大学沈阳理工大学名目\l“_TOC_250012“一、试验计算机的设计 1\l“_TOC_250011“整机规律框图设计 1\l“_TOC_250010“指令系统的设计 2\l“_TOC_250009“微操作掌握部件的设计 3\l“_TOC_250008“微指令编码的格式设计 3\l“_TOC_250007“微操作掌握信号设计 4\l“_TOC_250006“微程序挨次掌握方式设计 5微程序设计 10设计组装试验计算机接线表 18编写调试程序 19\l“_TOC_250005“二、试验计算机的组装 19\l“_TOC_250004“三、试验计算机的调试 23\l“_TOC_250003“调试前预备 23\l“_TOC_250002“程序调试过程 25\l“_TOC_250001“调试结果 25\l“_TOC_250000“参考资料 26沈阳理工大学课程设计专用纸No沈阳理工大学课程设计专用纸No10沈阳理工大学沈阳理工大学一、试验计算机的设计整机规律框图设计1-1模型机构造框图指令系统的设计指令格式：算术规律指令设计9条算术规律指令并用单字节表示，寻址方式承受存放器直接寻址。其格式如下：7 67 65 43 210OP-CODErsrdOP-CODE为操作码，rs为源存放器，rd为目的存放器，并规定：选定存放器00R001R110R29条算术规律指令的名称、功能和具体格式见表2-1访问及转移指令7 65 43 21 000MOP-CODErdD设定有2条访问指令，即存数、取数2条转移指令，即无条件转移7 65 43 21 000MOP-CODErdD其中Ed〔A指令使用D〔正负均可，M为寻址模式，其定义如下：寻址模式ME说明00E=D直接寻址01E=(D)间接寻址10E=(R1)+DRI变址寻址11E=(PC)+D相对寻址RIR2。3〕I/O指令输入〔IN〕和输出〔OUT〕指令承受单字节指令，其格式如下：7 67 6543210OP-CODEaddrrd其中addr=01addr=10示电路”中的数码管作为输出设备。4〕指令格式如下：7 6 5 47 6 5 43 21 0OP-CODE0000HALT指令，用于实现停机操作。指令系统：1694条。输入212-1列出了各条指令的格式、汇编符号和指令功能。CLRrd011100rd0-->rdMOVrs，rd1000rsrdrs-->rdADCrs，rd1001rsrdrs+rd+cy-->rdSBCrs，rd1010rsrdrs-rd-cy-->rdINCrd1011rsrdrd+1-->rdANDrs，rd1100rsrdrs∧rd-->rdCOMrd1101rsrdrd-->rdRRCrs，rd1110rsrdrd规律右移RLCrs，rd1111rsrdrd规律左移LDA M，D，rdSTA M，D，rd0000MM00D01rdrdE-->rsrd-->EJMP M，D00MD1000E-->PCBZC M，D00MD1100CY=1Z=1时，DE-->PC汇编符号指令格式功能汇编符号指令格式功能IN addr，rdOUT addr，rd0100 01 rd0101 10 rdHALTaddr-->rdrd-->addr停机微操作掌握部件的设计微指令编码的格式设计24位，其掌握位挨次如下：242322212019181716151413121110987654321S3S2S1S0MCnWE1A1BF1F2F3uA5uA4uA3uA2uA1uA0微操作掌握信号设计18位为操作掌握字段和测试字段。uA5-uA06位的下地址字段微地址。微指令中个掌握位的含义如下：S3、S2、S1、S0、M、Cn是掌握运算器的规律和算术运算的微命令。S3、S2、S1、S0、M、Cn组合功能表〔其中符号“+”表示规律“或”运算，符号“*”表示规律“与”运算，符号“/”表示规律“非”运算，符号“加”表示算术加运算，符号“减”表示算术减运算：选择M=1M=0算术操作S3S2S1S0规律操作Cn=1〔无进位〕Cn=0〔有进位〕0000F=/AF=AF=A10001F=/(A+B)F=A+B10010F=/A*BF=A+/B10100F=/(A*B)F=AA*/BF=AA*/B10101F=/BA*/BA*/B10110F=(/A*B+A*/B)F=AB1F=AB0111F=A*/BF=A*/B1F=A*/B1000F=/A+BF=AA*BF=AA*B11001F=/(/A*B+A*/B)F=ABF=AB11010F=BA*BA*B11011F=A*BF=A*B1F=A*B1100F=1F=AAF=AA11101F=A+/BAA10011F=0F=1(2的补)F=01110F=A+BAA11111F=AF=A1F=AWE是写内存的微命令，状态“1”有效。ABMD1”为无效。F1、F2、F3为三个译码字段，分别由三个掌握位经指令译码电路741388种状态，前7种状态分别对应一组互斥性微命令中的一个，状态“111”为无效。F3P1-P4四个测试囗，从而实现微程序的挨次、分支、循环运行。Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３三个字段的编码方案如下表。000LDRi000RAG000P1001LOAD001ALU-G001AR010LDR2010RCG010P3011011011100LDR1100RBG100P2101LAR101PC-G101LPC110LDIR110299－G110P4F1字段15F1字段151413F2字段选择 121110选择F3字段9 8 7 选择LOADPC写操作。LDR2LT2写操作。LDR1LT1写操作。LARAR写操作。LDIR表示指令存放器写操作。RAG表示源存放器读操作。微ALU-G表示运算器输出操作。微RCG表示目的存放器读操作。PC-GPC读操作。LPCPC选通操作。299-G表示移位存放器读写操作。RBG表示变址存放器读操作。微程序挨次掌握方式设计微程序掌握部件组成原理它主要由掌握存储器、微指令存放器和地址转移规律三大局部组成。程序固化，机器运行时则只读不写。其工作过程是：每读出一条微指令，则执行这条微指令的时间总和称为一个微指令周期。通常，在串行方式的微程序掌握器中，微指令周期就是只读存储器的工作周期。掌握存储器的字长就是微指令字的长度，其存储容量视机器指令系统而定，即取决于微程序的数量。对掌握存储器的要求是速度快，读出周期要短。字段和判别测试字段的信息。在一般状况下，微指令由掌握存储器读出后直接给出下一条微指令的地址，通常那么下一条微指令的地址就直接由微地址存放器给出。当微程序消灭分支时，意味着P反响信息，去修改微地址存放器的内容，并按改好的内容去读下一条微指令。地址转移规律就担当自动完成修改微地址的任务。微程序掌握原理图微程序掌握原理图微程序入口地址形成方法3个判别测试位：P4CA1、CA2的状态为测试条件，通过修改下地址字段微地址的A0、A13指令、读机器指令、和执行机器指令三种状态的微程序的入口。P14IR7、IR6、IR5、IR4的状态为测试条件，通过修改下地址字段微地址的A3、A2、A1、A016路分支转移，使微程序分别转移到IN指令、ADD指令、MOV指令、OUT指令、RRC16条机器指令执行阶段的微程序的入口。P22IR3、IR2的状态为测试条件，通过修改下地址字段微地址的A1、A04路分支转移，使微程序分别转移到LDA指令、STA指令、BZC指JMP4条机器指令执行阶段的微程序的入口。控存的下地址确定方法微程序挨次掌握方式也即微程序执行过程中下一条微指令地址确实定方式。常用的有两种方式：计数增量方式和“下地址场”断定方式。MPC增量计微程序存储在控存的假设干个连续单元中。“下地址场”断定方式是指微程序在执行过程中，通过微程序掌握部件中的微地址形成电路，直接承受微指令中“下地址场”字段的信息，来产生下一条微指令地址。因此，承受这种方式的微指令格式中设有“下地址场”字段，一条机器指令所对应的微程序在控存中可以不连续存放。本试验计算机的挨次掌握是承受“下地址场”断定方式。无论是在微程序的挨次执行过程中，还是最终一条微指令执行完毕之后进入下一条机器指令的取指过程，都是由微指令中“下地址场”字段的微地址，通过微程序掌握部件中的微地址形成电路，直接来产生下一条微指令地址。微程序掌握部件组成构造示意图如下：微程序掌握信号微程序在控存中的分布状况微程序设计写出每条指令对应的微程序流程图输入指令INSTA

IN指令的微程序流程图 STA指令直接寻址的微程序流程图 STA指令间接寻址的微程序流程图沈阳理工大学课程设计专用纸No沈阳理工大学课程设计专用纸No11沈阳理工大学沈阳理工大学

STA指令相对寻址的微程序流程图 LDA指令直接寻址的微程序流程图 LDA指令间接寻址的微程序流程图LDA指令的微程序流程图OUT

OUT指令的微程序流程图

CLR指令的微程序流程图JMP指令的微程序流程图3.5.2写出每段微程序中各微指令的二进制编码、16进制编码〔216进制编码〕微地址S3S2S1S0微地址S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0〔二进制〕000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000010100000000011000111111000001微地址OUT指令的编码微地址〔二进制〕S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000沈阳理工大学课程设计专用纸No沈阳理工大学课程设计专用纸No15沈阳理工大学沈阳理工大学010101010101000000101111010 111000001微地址CLR指令的编码微地址〔二进制〕S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000010111001111000000001111000001微地址STA直接寻址的编码微地址〔二进制〕S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000010000000000000101101101000011000011000000010100111111000100000100000000010101111100100000100000000000010000111111000001100001000000110111100111000001微地址STA间接寻址的编码微地址〔二进制〕S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000010001000000000101101101000101000101000000010101111111000110000110000000010100111111000111000111000000010101111100100000100000000000010000111111000001100001000000110111100111000001微地址STA相对寻址的编码微地址〔二进制〕S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000010011000000000101101101100110100110000000010100111111100111100111000000000010101111101000101000100101000101100111101001101001100101000100100100100000100000000000010000111111000001100001000000110111100111000001微地址JMP指令的编码微地址〔二进制〕S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000010000000000000101101101000011000011000000010100111111000100000100000000010100111111100000100000000000010000111111000001100010000000010001111101000001微地址LDA直接寻址的编码微地址〔二进制〕S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000010000000000000101101101000011000011000000010100111111000100000100000000010101111100100000100000000000010000111111000001微地址LDA间接寻址的编码微地址〔二进制〕S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000010001000000000101101101000101000101000000010101111111000110000110000000010100111111000111000111000000010101111100100000100000100000000000010000 111111000001微地址LDA相对寻址的编码微地址〔二进制〕S3S2S1S0MCNWE1A1BF1F2F3UA5--UA0000001000000000101101101000010000010000000010110111111111101111101000000010110111000010000010011000000000101101101100110100110000000010100111111100111100111000000000010101111101000101000100101000101100111101001101001100101000100100100100000100000000000010000111111000001设计组装试验计算机接线表编写调试程序程序：INR0R0STAR0,[0FH]R00F中INR0R0MOVR0,R1R0R1LDA[0FH],R20FR2ADCR1,R2R1R2R2中OUTR2R2中的内容BZC[20H]Z=120H去执行RRCR2,R0R2,R0JMP[30H]30H每条指令所对应的机器码〔16进制编码〕及在内存中的存放位置：地址〔16进制〕指令〔二进制〕指令〔16进制〕助记符000100010044INR0010000010004STAR0,[0FH]02000011110F030100010044INR0041000000181MOVR0,R1050000001002LDAR2,[0FH]06000011110F071001011096ADCR1,R208010110105AOUTR209000011000CJZ[20H]0A0010000020RRCR2,R00B11101000E8JMP[30H]0C00001000080D0011000030200000000000300000000000二、试验计算机的组装依据各局部的组成,连线步骤如下:R0G---R2G(存放器堆电路)~R0G---R2G(指令存放器电路)LR0---LR2(存放器堆电路)~LR0---LR2(指令存放器电路)IR2---IR7(指令存放器电路)~IR2---IR7(指令存放器电路)IO0---IO3(指令存放器电路)~IO0---IO3(指令存放器电路)CA1(指令存放器电路)~E4(掌握总线)CA2(指令存放器电路)~E5(掌握总线)Y2(I/O掌握电路)~D-G(输出显示电路)Y1(I/O掌握电路)~CE(主存储器电路)WR(输出显示电路)~W/R(读写掌握电路)F1---F4(掌握总线)~T1---T4(读写掌握电路)地址总线)~MA7---MA0(主存储器电路)WE(主存储器电路)~W/R(读写掌握电路)ALUJ2(运算器电路)~BD7---BD0(数据总线)ALUJ1(运算器电路)~BD7---BD0(数据总线)PCJ1(程序计数器电路)~BD7---BD0(数据总线)RJ1(存放器堆电路)~BD7---BD0(数据总线)MC16---MC17(微程序掌握器电路)~1A---1B(I/O掌握电路)299-G(微程序掌握器电路~299-G(运算器电路)MC24---MC19(微程序掌握器电路~S3---CN(运算器电路)LDR1(微程序掌握器电路)~LDR1(运算器电路)LDR2(微程序掌握器电路)~LDR2(运算器电路)运算器电路)AR(微程序掌握器电路)~AR(运算器电路)PC-G(微程序掌握器电路)~PC-G(程序计数器电路))LPC(微程序掌握器电路)~LPC(程序计数器电路)LRi(微程序掌握器电路)~LRi(指令译码电路))~RAG---RCG(指令译码电路)SA5---SA0(微程序掌握器电路)~SA5---SA0(指令译码电路)P1---P4(微程序掌握器电路)~P1---P4(指令译码电路)LDIR(微程序掌握器电路)~LDIR(指令存放器电路)UAJ1(微程序掌握器电路)~C1---C6(掌握总线)MC18(微程序掌握器电路)~WE(读写掌握电路)LAR(微程序掌握器电路)~LAR(地址存放器电路)D0---D7(输出显示电路)~BD7---BD0(数据总线)MD7---MD0(主存储器电路)~BD7---BD0(数据总线)应使排线插头上的箭头面对自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面对左边插在竖排座上。试验计算机接线图如以下图三、试验计算机的调试调试前预备1、依据试验指导说明书连接硬件系统2、启动试验软件，翻开试验课题菜单，选中试验课题翻开试验课题参数对话窗口：微指令操作时如图3.13.1微指令操作写:在编辑框中输入试验指导书中的微指令程序(格式：两位八进制微地址+空格+),EX6.MSMK4K3K2K1拨至“0010”写状