计算机组成原理课程设计——基本扩展接口实验.doc

I 课程设计（论文）任务书课程设计（论文）任务书计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院 硬件硬件教研室教研室学学 号号*学生姓名学生姓名*专业（班级）专业（班级）*设设计计题题目目在一台完整的模型机的基础上,外扩一片接口芯片,完成基本扩展接口实验设设计计技技术术参参数数微指令，接口设设计计要要求求将机器指令和微指令编写成规定格式的十六进制文件，然后下载到实验箱上模拟工工作作量量1.课程设计说明书;2.画出流程图,编写微指令代码和程序工工作作计计划划第 16 周 学习复杂模型机和接口相关知识第 17 周 画出流程图,设计微指令，将机器指令和微指令编写成规定格式的十六进制文件第 18 周 连线,在实验箱上运行参参考考资资料料计算机组成原理 第三版（网络版） 白中英主编计算机组成原理实验指导书指导教师签字指导教师签字教研室主任签字教研室主任签字20092009 年年 9 9 月月 2828 日日II 课程设计（论文）成绩评定表课程设计（论文）成绩评定表指导教师评语：成绩： 指导教师： 年 月 日III摘要摘要本课程设计是用 8255 芯片设计实现 A 口输出，B 口输入，结果并用 LED 单元灯显示输出结果。8255 方式 0 是基本输入/输出方式，A、B、C 三个口中任何一个口都可提供简单的输入和输出操作，不需要应答联络信号，即可用于无条件传送的场合，也可以用作查询方式传送。当采用查询方式传送时，原则上可用 A、B 和 C 三个口的任一位充当查询信号，但通常都是选用 C 口充当查询信号，这和 C 口的编程有关。通常把 C 口的 4 位(高 4 位或低 4 位)规定为输出口，用以输出一些控制信号，把 C 口的另 4 位规定为输人口，用以输入外设的状态。方式 1 是一种选通输人偷出方式，A 口和 B 口均可工作在这种方式。方式 1 可作为查询式传送方式，此时握手联络信号，C 口要用 6 位(分成两个 3 位)分别作为 A 口和 B 口的应答联络信号。方式 1 也可用作中断方式，此时要写对应的 C 口的按位置位字，打开中断。方式 2 是 A 口独有的双向传送方式，一般使用中断传送方式。 根据 8255 的端口输出/输入方式进行编程，设计微指令，微程序。关键词关键词： 8255 芯片，微指令，端口 A、B、C，方式 0、1、2IV目目录录摘要摘要 .IIIIII一.概要设计 .1 111 设计目的.112 设计仪器.113 设计内容.1二.详细设计 .6 621 系统需求分析.622 系统目标.623 功能分析.624 详细步骤.6三总结 .1010参考文献 .11111一.概要设计11 设计目的1. 在构成一台完整的模型机的基础上，控制真实的外围接口芯片，进行基本的接口实验；2. 本设计外扩一片 8255 接口芯片，完成基本并行口实验；3. 该设计旨在编写实现端口的读写，掌握其指令格式。12 设计仪器 TDXCM+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干；PC 机一台。13 设计内容部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实验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。 本实验编写实现端口的读写，其指格式如下：端口读指令：助记符 CIN D,R0指令格式 表 1-1 端口读指令格式1 1 1 0RID其中第一个字节前四位为操作码，D 为端口地址，其功能是将端口为 D 的端口内容写入至寄存器 Ri 中。端口写指令：助记符 COUT Ri, D 指令格式 表 1-2 端口写指令格式1 1 1 1RID其功能是将 Ri 寄存器中的内容写至以 D 为端口地址的端口中。地址 内容 助记符 说明 00 50 IN ；输入 10000010（B 入，A 出）01 20 COUT03H ；R003H02 03 203 10 CIN ；BR004 01 05 20 COUT ； R0A06 00 为了向 RAM 中装入程序和数据,检查写入是否正确,并能启动程序执行,还必须设计三个控制台操作微程序.存储器读操作:拨动总清开关 CLR 后,控制台开关 SWB,SWA 为”0 0”时,按 START微动开关,可对 RAM 连续手动读操作.存储器写操作:拨动总清开关 CLR 后,控制台开关 SWB SWA 置为”0 1”时,按 START微动开关可对 RAM 进行连续手动写入.启动程序:拨动总清开关 CLR 后,控制台开关 SWB SWA 置为“1 1”时,按 START微动开关,既可转入到第 01 号“取址”微指令,启动程序运行.上述三条控制台指令用两个开关 SWB SWA 的状态来设置,其定义如下表 1-3 读写变化SWBSWA控制台指令001011读内存（KRD）写内存（KWE）启动程序（RP）根据以上要素设计数据通路框图,如图 1-1。图 1-1 数据通路框图3PCARPC+1P1RAMBUSBUSIRSWBUSBUSRDRIDPCARPC+1RAMBUSBUSARPCARPC+1RAMBUSBUSARPCARPC+1RAMBUSBUSARRIDDRI当全部微程序设计完毕之后，应将每条微指令代码化： 运行 01 02 10 IN COUT CIN COUT 10 11 12 13 71 36 71 01 72 67 72 01 01 014PCARPC+1DR1RAMRAMBUSBUSDR1RAMBUSBUSDR1PCARPC+1P4DR1RAM 控制台： 00 10 WRITE READ RUN 21 20 13 14 22 01 74 73 图 1-2 微程序流程图表 1-6 二进制微代码表微地址S3CNRDM17 M16ABPuA5uA00 00 0 0 0 0 001 10 0 00 0 01 0 00 0 1 0 0 00 10 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 00 20 0 0 0 0 000 11 0 00 0 00 0 10 0 1 0 0 01 00 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 1 0 0 1 01 10 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 0 01 20 0 0 0 0 000 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 1 11 30 0 0 0 0 001 10 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 11 40 0 0 0 0 000 00 1 00 0 00 0 00 1 1 0 0 02 00 0 0 0 0 000 00 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 12 10 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 01 1 0 1 1 12 20 0 0 0 0 001 11 1 01 1 01 1 01 1 1 0 0 156 70 0 0 0 0 000 11 1 00 0 00 0 01 1 1 0 0 07 00 0 0 0 0 001 00 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 17 10 0 0 0 0 000 11 1 00 0 00 0 01 1 1 0 1 07 20 0 0 0 0 011 00 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 17 30 0 0 0 0 111 00 0 01 0 10 0 00 0 1 0 0 07 40 0 0 0 0 110 10 0 01 0 10 0 00 0 1 0 0 1指令寄存器（IR）：指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把他从内存取到缓冲寄存器中，然后再传送至指令寄存器。指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试P (1)，通过节拍脉冲 T4 的控制以便识别所要求的操作。 “指令译码器：” （实验板上标有“INS DECODE”的芯片）根据指令中的操作码译码强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。本系统有两种外部 I/O 设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备（INPUT DEVICE） ；另一种是数码块，它作为输出设备（OUT DEVICE） 。例如：输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不变。输出时，将输出数据送到数据总线上，当写信号（W/E）有效时，将数据打入输出锁存器，驱动数码块显示。6二.详细设计（21 系统需求分析一台计算机所能执行的各种指令集合称为指令系统或指令集。一台特定的计算机只能执行自己指令系统中的指令。因此，指令系统就是计算机的机器语言。指令系统表征着计算机的基本功能和使用属性，它是计算机系统设计中的核心问题。指令系统的设计主要括指令功能、操作类型的设计，寻址方式和指令格式的设计。 计算机的性能与它所设置的指令系统有很大的关系，指令系统反映了计算机的主要属性，而指令系统的设置又与机器的硬件结构密切相关。指令是计算机执行某种操作的命令，而指令系统是一台计算机中所有机器指令的集合。通常性能较好的计算机都设置有功能齐全、通用性强、指令丰富的指令系统，而指令功能的实现需要复杂的硬件结构来支持。 22 系统目标在基本模型机的基础上改进并实现 IN,STA,OUT,JMP,AND,OR,NOT 等 7 条指令的功能。23 功能分析该系统实现的功能是对输入的数据可以和内存中的数据进行连续的与或非逻辑运算，并对其结果进行存储，显示等功能，从而得到一个简易的复杂模型机所实现的功能。24 详细步骤(1)按图 2-1 连接实验线路。7开关单元 存储器单元 LDPC地址指针单元逻辑译码单元微控制器单元寄存器单元 指令单元LED 单元8255 单元信号单元输入单元接 I0 SE1 SE1 到 . . . . PC_G PC_G指 . . . . LDAR LDAR令 . . . . LOAD LOAD单 I7 SE6 SE6 LDPC 元 P1 P1 P2 P2 接 P3 P3 DR0 到 P4 P4 Y1 CE_R . 数 . 据接 RS_G RS_G WE WE . 总到 . . DR7 线开 SWA 接关 SWB AR0 到单 LDRI LDRI 地元 LDR0 R2_G 址 AR7 总 线 L7 L0 LDR0 R2_G接到 PA7 . PA0逻 I0 辑 LDRI LDRI Y2 CE D0 接译 WE WE 到码 I7 数单 RD RD 据元 SW_G Y0 D7 总 线 S3 PB7 A0 A0 接 A1 A1 到 地 LDDR1 PB0 RST 址 总 TS1 TS2 TS3 TS4 线 +PS8 T1 T2 T3 T4图 2-1 实验接线图(2)写程序联机读/写程序按照规定格式，将机器指令及表 52 微指令二进制表成十六进制的如下格式文件。微指令格式中的微指令代码微 将表 52 中的 24 位微代码按从左到右分成 3 个 8 位，将此三个 8 位二进制代码化为相应的十六进制数即可。程 序$P0000$P0120$P0203$P0310$P0401$P0520 $P0600微程序$M00018108$M0101ED82$M0200C048$M08001001$M0901EDB7$M0A01EDB9输出单元LED_GWE微控Y2WES3LDDR2ALU_GALUS3LDDR2D7D0JD1数据总线9$M0B018001$M0C002018$M1001ED92$M1101ED94$M1200A017$M3700E038$M38011001$M3900E03A$M3A030201$M3B070A08$M3C068A09(3)运行程序1.单步运行程序A 使编程开关处于”RUN的状态,STEP 为”STEP” 状态,STOP 为”RUN”状态B 拨动总清处于 CLR (0_1),微地址清零,程序计数器清零,程序首址为 00H.C 单步运行一条微指令,每按动一次 START 键,即单步运行一条指令,对照微程序流程图,观察微地址显示是否和流程一致.D 当运行结束后.可检查存数单元中的结果是否和理论植一致.2. 连续运行程序A 使”START UNIT” 中的 STEP 开关置为”ECEX”状态.STOP 开关置为”RUN”状态. B 拨动 CLR 开关,清微地址及程序计数器,然后按动 START,系统连续运行程序,稍后将”STOP”拨至”STOP”时,系统停机.C 停机后,可检查存数单元结果是否正确.3. 若联机运行程序时,进入 DEBUG 调试界面,总清开关 CLR 清零后，程序首址为 00H. 按相应功能键既可联机运行调试程序。10三总结通过此次课程设计，总体来说，收获颇丰，无论是在培养自己的实验动手能力还是培养自己的性情方面。我在紧张和兴奋中学会了很多东西。特别是在这次设计中，我体会到与同学之间合作的乐趣。在相互的配合中，我们了解到团结的重要性。 这次实习做的在构成一台完整的模型机的基础上，控制真实的外围接口芯片，进行基本的接口实验，它在基本模型机的基础上进行了改进。采用 TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统搭建电路图，从而在实验箱上实现复杂模型机指令系统。该系统在基本模型机的基础上改进并实现 IN, OUT 读写指令的功能。 在实习的过程中，由于同学之间的合作很好，所以实验进行顺利。虽然经历很多次的测试和失败，但仍学会了以平静的心态来面对遇到的挫折。这是我们这次实验能够成功的主