计算机硬件课程设计报告——复杂模型机设计.doc

计算机硬件课程设计报告复杂模型机设计 一、实验目的经过一系列硬件课程的学习及相关实验后，做一个综合的系统性的设计，这在硬件方面是一个提高，进一步培养实践能力。二、实验原理搭建一台8位模型机，指令系统要求有10条 以上，其中包括运算类指令、传送类指令、 控制转移类指令、输入输出指令、停机指令等。三、实验思路1、确定设计目标：确定所设计计算机的功能和用途。2、确定指令系统：确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式。3、确定总体结构与数据通路：总体结构设计包含确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构，列出各种信息传送路径以及实现这些传送所需要的微命令。4、设计指令执行流程：数据通路确定后，就可以设计指令系统中每条指令的执行流程。根据指令的复杂程度。每条指令所需要的机器周期数。对于微程序控制的 计算机，根据总线结构，需要考虑哪些微操作可以安排在同一个微指令中。5、确定微程序地址：根据后续微地址的形成方法，确定每条微程序地址及分支转移地址。6、根据微指令格式，将微程序流程中的所有微操作进行二进制代码化，写入到控制存储器中的相应单元中。7、组装、调试：在总装调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有功能模块工作正常后，才能保证整机的运行正确。四、实验原理1.指令系统及指令格式： 指令系统应包括：算术逻辑运算指令、访存指令、控制转移指令、I/O指令、停机指令。 一般指令格式：DATA/ADDROP-CODERSRD DATA/ADDR00 MOPCODERD指令系统如: ADD RS,RD MOV DATA,RD MOV RS,ADDR JZ ADDR IN RD HALT其中RS 、RD为R0、R1、R2中之一 ，DATA为立即数，ADDR为内存地址。2.指令微操作流程3.微指令格式299-b s1 s0 m 功能 0 0 0 任意 保持 0 1 0 0 循环右移 0 1 0 1 带进位循环右移 0 0 1 0 循环左移 0 0 1 1 带进位循环左移 任意 1 1 任意 装数 4.微程序入口地址形成寄存器地址译码电路5.模型机的时序6.模型机数据通路7.微程序装载格式机器指令格式: $Pxxxx 微指令格式: $Mxxxxxxxx 8.模型机组装电路图五、实验步骤：1、按照给定模型机组装电路图连接电路;2、连通实验箱与PC机，打开CMP软件，测试实验箱是否正常;3、设计微指令，画出其微操作流程图，并翻译成相应的微指令格式;4、设计包含这些微指令的机器指令程序，并翻译成相应机器指令格式;5、把设计好微指令和机器指令保存为TXT文件，然后装载入CMP;6、打开复杂模型机，然后用单步机器指令运行程序并调试;7、检查LED数码管输出结果是否正确，最后撰写实验报告。六、实验设计：1.流程图设计：2.微程序设计：$P0000; IN R0$P0110; OUT R0$P0221; MOV RO - R1;$P0331; INC R1 ;$P0441; ADD: R0+R1 - R1;$P0554; OR: R1 or R0-R0 ;$P0664; SUB:R1 R0 - R0 $P0774; MOV:R1-MEM-R0$P0881; NOT:R1$P0990; JMP:10010000$P0A00$M00018001; COMMON LANG$M0101ED82; COMMON LANG$M0200C050; COMMON LANG$M10001001; 10 000 000000 000 001 00001H$M11070401; 11000001 110 000 010 000 01H$M12019201; 12000000 011 001 001 000 01H$M1301A403; 13000000 011 010 010 000 03H$M03019B41; 03000000 011 001 101 101 01H$M1401A204; 14000000 011 010 001 000 04H$M0401B405; 04000000 011 011 010 000 05H$M05959A01; 05100101 011 001 101 000 01H$M1501A206; 15000000 011 010 001 000 06H$M0601B407; 06000000 011 011 010 000 07H$M07E99B41; 07111010 011 001 101 101 01H$M1601A408; 16000000 011 010 010 000 08H$M0801B209; 08000000 011 011 001 000 09H$M09619A01; 09011000 011 001 101 000 01H$M1701E20A; 17000000 011 110 001 000 0AH$M0A009001; 0A000000 001 001 000 000 01H$M1801A40B; 18000000 011 010 010 000 0BH$M0B099B41; 0B000010 011 001 101 101 01H$M1901ED8C; 19000000 011 110 110 110 0CH$M0C00D181; 0C000000 001 101 000 110 01H3.微程序通路图七、实验心得本次硬件课程设计做的是设计复杂模型机，其中需要运用到计算机组成原理和微机原理的相关知识。通过让我们自己动手编写微程序，让我们对于计算机硬件基础有了更为具象的理解。实验刚开始的时候,老师就给我们讲解了从设计到最后完成微指令的一系列指导,当时听的比较认真,基本理解了设计复杂模型机指令的方法.在实际操作过程中,遇到不清楚的,也能通过老师给出的演示文稿PPT或者直接询问老师来解决问题.基本上整个流程进行的比较顺利.从简单的IN语句开始，循序渐进，直到最后的跳转语句,对照微指令格式表和机器指令表,实现了之前本以为非常复杂的指令系统.期间遇到bug或者问题的时候，我们也学会了通过观察通路图的方法来验证程序哪部分写错。由于实验过程存在着很多位的0,1，稍有不慎便会出现微指令或者机器指令写错的情况，所以在操作的过程中,两人通力合作,共同一步一步全