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：cm瞰件二、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所示。开：；串fm门 之-

2、jjeo口1 ulcckiryldikj arq<t zhl? vmit bb7;ad.be»vv ? "：t|7 一；tjiftiwe 0，口* 口=嗷m19fl ur ts)i bistate vftt鼻io分lc-g irarro&10-ojjj衣biwej t>e： = 0" 田冷比 ei-b t所刃ldki a-0 ldce2 o- <ja加电讣二叫叫t次第?心工年用多需hj|-0- uhij 业w (j：fl b|i i:f; e 1otdfwanr iikit<li 1ra-q-fl器¥u0ylo-ldaft

3、n- i*a t llfarlcxdl 1_oo- u3m置工uwrr«日口一 一on pc.bldpcq- -c-c- -0 u>kadi hf.：s hh':中 led b u-扁 wir%output device图1-1简单模型机连线图四、设计说明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）、s

4、ta （存数）、out（输出）、jmp （无条件转移），其指令格式如下（前 4位为操作码）：助记符机器指令码说明微程序入口地址in0000 0000“input device ” 中10的开关状态一 r0addaddr0001 0000xxxx*xxr0+addr 一 r011staaddr0010 0000xxxx*xxr0 一 addr12outaddr0011 0000xxxxxxxxaddr f bus13jm paddr0100 0000xxxx*xxaddr 一 pc14表1-124232221201918171615 14 1312 11 109 8 7654321s3s2s1s

5、0mcnwea9a8abcua5ua4ua3ua2ua1ua0五、设计步骤其中，in为单字长（8位），其余为双字长， xxxx xkxx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。a字段b字段c字段151413选择000001lddri010lddr1011lddr2100ldir101load110ldar121110选择000001rs-b010011100101alu-b110pc-b987选择000001p (1)010011100p (4)101110ldpc1.设计微程序流程图，如图 1-3所示。运行微程序01pcfarpc+102r

6、am fbusinadd10 11busfir10p(1)sta12pcfarout13swfrpcfarpc+1pc+1pcfarjmp14 07pc+116ram fbusram f busbus farbusfarram fbuso 0415bus farpc+1ram f buspcfarram f bus17bus -dr2ram fbus0105r0 fdr1r0-busbus frambus -dr1250601(dr1)+(dr2) 06r0dr1-led01图1-3微程序流程图2.微指令代码化，如下表1-2所示。表1-2微地址s3s2s1s0mcnwea9a8abcua5 u

7、a00000000001100000010001000001000000011110110110000010020000000011000000010010000300000000111000000000010004000000001011000000000101050000000110100010000001100610010101100110100000000107000000001110000000001101100000000000010000000000011100000001111011011000001112000000011110110110000111130000000111

8、101101100011101400000001111011011001011015000000101000001000000001160000000011100000000011111700000000101000000001010120000000011110110110010010210000000111101101100101002200000000101000000001011123000000011000000000000001240000000000100000000110002500000111000010100000000126000000001101000110000001

9、27000001110000101000010000300000011010001010000100013.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 - r00000 00100000 10100000 00110010 0000sta 0bhr0 一 0bh0000 01000000 10110000 01010011 0000out 0bh0bh 一 led0000 01100000 1011000

10、0 01110100 0000jmp 08h00h fpc0000 10000000 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。需要建立联机操作文件，该文件是普通的文本文为了从pc机下载工作程序和微程序, 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$m06

11、959a01$m0700e00d$m08001001$m0901ed83$m0a01ed87$m0b01ed8e$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r0=feh,置数据开关状态 11111110,根据提示拨动总清开关clr (0-1)适时清零。在调试过程中，出现了

12、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写成了字母o;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

13、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：cm瞰件二、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

14、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 2-1所示。i.ctun- ldi kl 1ld?< d9 8 7654321abc图2-1复杂模型机连线图四、设计说明24232221201918171615 14 1312 11 10s3 s2 s1s0 mcn we a9 a8ua5ua4ua3 ua2ua1ua0在简单模型机的基础上搭接移位控制电路，实

15、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：指令格式如表2-1所示。表2-1lcg u1iit助记符操作码rr0101 0000rrc0110 0000rl0111 0000rlc1000 00007 h8林3=*胃僦cf zimu vxit m1x6 unitt® sw-d d-ch 1rmritkttlmbbldarlqajj0 leck2=b鲍管-n躺入 u»o- e: = |> 田野比 rt-b 0-ua.m uem ci二¥1ex uwrrext bs

16、doled e u-l 日| wftcoutput device工二1bvs uhit br?rbopjimg unitldaftb7 gi） ：从口的西国a字段b字段c字段151413选择121110选择987选择000000000001lddri001rs-b001p (1)010lddr1010010011lddr2011011100ldir100299-b100p (4)101load101alu-b101110ldar110pc-b110ldpc数据通路图如图2-2所示。五、设计步骤1.设计微程序流程图，如图 2-3所示。运行微程序01pcfarpc+102ram fbusbus f

17、 ir20inaddstaout20212223p(1)jmp24pcfarrr25rrc2 26rl2 27rlc30pcfarpcfarr0f299r0f299swf r0pc+1ram fbuspc+1pcfarpc+10307ram fbuspc+13 313401busfarbusfar041705r0>busbusframram fbusbus -dr2ram fbusram fbusram f busbusfar299fr00135带进位右环移右环移36r0f29937299fr00101bus-dr101r0fdr1330601dr1-led(dr1)+(dr2) - r

18、0011141r0f29943左环移299 f r04299 f r0带进位左环移0100八进制微地址01kwe(01)20p 4krd(00)10pcfar(swb ,swa)rp(11)pcfari pc+114 12pc+101cswdfbusram fbusbus-dr1busydr115dr1-ramdrw led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

19、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 01000000 0000in“input device ”-r00000 01010110 0000rrc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 0ehr0 一 0eh0000 10000000 11100000 10010011 0000out 0eh0ehlled0000 10100000 11100000

20、 10110100 0000jmp 00h00h fpc0000 11000000 00000000 11010000 0001输入自定的数据0000 1110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$p020d$p0380$p0400$p0560$p0670$p0720$p080e$p0930$p0a0e$p0b40$poc00$p0d01$m00018108$m0101ed82 $m0200c050 $m0300e004 $m0400b0

21、05 $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 $m23198