模型机设计与实现汇总

1、武汉理工大学华夏学院计算机组成原理简明教程课程设计说明书学号武汉理工大学华夏学院课程设计课程名称计算机组成原理题目模型机设计与实现专业计算机科学与技术班级姓名成绩指导教师田小华2013年1月23日课程设计任务书设计题目模型机设计与实现设计目的1 .巩固和加深所学的硬件系统知识；2 .学习和掌握硬件系统的设计方法；3 .掌握计算机各模块的原理和相互关系，建立计算机整机概念4 .利用基本模型机的构建与调试实验，完整地建立计算机硬件的整机模型，掌握CPU的基本结构和控制流程，掌握指令执行的基本过程。设计任务（在规定的时间内完成下列任务）1 .掌握CISC微控制器功能与微指令格式2 .设计五条机器指令

2、，并编写对应的微程序3 .在TDN-CM+教学实验系统中调试机器指令程序，确认运行结果时间安排1 .第21周周1（1月21日下午）:全体集中讲解课程设计原理与方法2 .第21周周15（1月2124日）:分班调试，撰写设计报告具体要求1 .1月21日周1:熟悉任务，掌握设备2 .周2:完成模型机的实验线路连接3 .周3:调试模型机，记录实验结果4 .周3:拟定课程设计报告大纲5 .周4:撰写并打印课程设计报告指导教师签名：田小华2013年1月21日教研室主任签名：201年月日目录1课程设计目的12设备13课程设计内容3.1 课程设计原理13.2 微指令格式63.3 微程序流程图63.4 微指令二

3、进制代码表73.5 实验步骤3.5.1 实验接线图93.5.2 操作步骤104系统调试4.1 系统调试过程124.2 系统运行截图124.3 实验结果分析145课程设计总结5.1 给出每条机器指令的微程序（十六进制格式）145.2 课程设计心得、经验教训及注意事项5.2.1 注意事项155.2.2 经验教训及心得体会16附录参考文献17模型机设计与实现1课程设计目的掌握计算机各功能模块的工作原理和相互关系，建立计算机的整机概念2设备TDN-CM计算机组成原理教学实验系统一台,排线若干3课程设计内容3.1课程设计原理部件实验过程中，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

4、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，CPLM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）。地址（二进制）（二进制）助记符0000 00000000 0000IN R0“INPUT DEVICE班号）” -R00000 00010001 0000ADD 0AH,R0R0+0AH一 R00000 00100000 10100000 00110010 0000S

5、TA R0,0BHR00BH0000 01000000 10110000 01010011 0000OUT 0BH0BH一 LED0000 01100000 10110000 01110100 0000JMP 00H00H一 PC0000 10000000 00007000010010000 10100000 1001学号（18号同学）0000 1011IN指令：输入开关值的数据即输入班号:求和结果（班号加学号）42Ho开关拨出01000010,将这个数据送入R0中。将内存6116的OAhfr放入自己的学号即18=12HADD旨令：进行班号+学号运算OU怖令：内存OB单元的内容将在LED模块上

6、显示，若是LED模块有问题的话，在数据总线上也可以看到。存储器读操作（KRD：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWBSWM“00”时，按START散动开关，可对RAM1续手动读操作。存储器写操作（KWE：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWBSWM“01”时，按START散动开关，可对RAM1行连续手动写入。启动程序：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWBSWAS为“11”时，按STARTS动开关，即可转入到第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SWBSWA勺状态来设置，其定义如下：SWBSWA控制台指令00读内存（KRD01写内存（KWE11启动程序（R?其中611

7、6中的地址以及内存的读、写、运行等，都是通过联机直接加载上去的，不用自己动手去操作。实验数据通路框图，见图1空伸M电Mni£J法力阳3工：*ECD谩0口凶WW1：H；-占m金。I/事匠一IEltsin四回国"i2*卜4”曾日帝小料！工LUHQ T4AH- I 卜RD-RLISLDIRT3CPULUftDDATA BUSDiJTPi.n FF ri r-WiWRO-图1实验数据通路框图3.2微指令格式实验过程中使用的机器指令的微指令格式如图224S3储 一.1) 一2120191817161514131211109 8 76541' 121S2S1SOMCnVEA9A

8、8ABCuA5uA4uA3uA2nA!uAO151413选择000001LDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDARA字段12ii10选择00001RS-Ba10口11h丁i0IALU-Bi10PC-BB字段987选择000001P(l)010011i00P(4)i01i10LDPCC字段3.3微程序流程图图2微指令格式KYSr K CO1 )图3微指令流程图3.4 微指令二进制代码表微指令二进制代码表，详见表1武汉理工大学华夏学院计算机组成原理简明教程课程设计说明书表1微指令二进制代码表八进制二进制格式十六进制格式微地址S&SSMCWEAAABC

9、jiAjiA微地址微指令内容00Q00000001100000010001000000H018110H01Q00000001111011011000001001H01ED82H02Q00000000110000000100100002H00C048H03Q00000000111000000000010003H00E004H04Q00000000101100000000010104H00B005H05Q00000001101000100000011005H01A206H06Q10010101100110100000000106H959A01H07Q000000001110000000001101

10、07H00E00DH10Q00000000000100000000000108H001001H11Q00000001111011011000001109H01ED83H12Q0000000111101101100001110AH01ED87H13Q0000000111101101100011100BH01ED8EH14Q0000000111101101100101100CH01ED96H15Q0000001010000010000000010DH028201H16Q0000000011100000000011110EH00E00FH17Q0000000010100000000101010FH0

11、0A015H20Q00000001111011011001001010H01ED92H21Q00000001111011011001010011H01ED94H22Q00000000101000010001011112H00A117H23Q00000001100000000000000113H018001H24Q00000000001000000001100014H002018H25Q00000111000010100000000115H070A10H26Q00000000110100011000000116H00D181H27Q00000111000010100001000017H070A1

12、0H30Q00000110100010100001000118H068B11HO3.5 实验步骤3.5.1 实验接线图1"TKIZ'lTJrn 12 rii.0m 1 csn-QI :七j uuitj i.DiJit：AJ.t-HUJRi1心HHl 与 I NIIIPI I 闽；A1 口1WI.DIJR 1 口 MJlJklJ ALUdtD曲口*V圣：1 L1X1)CUyIR SfifiI 5WH* SW ASF：lP<1)171.0.1 r i'5K1NA，I %S ICil I MTK” USWAOJ>IKINSINITUJAR -o117i.oadD

13、-! A1U6O-1 -11 LJQIKIcLl JI VVAlJiJltl-：SS I MlaLDARLOADO PC肚O IlJiVM16 M)7 I.Ill1X1 H1 飞MAIN "MlhiQ1J7 .IA I NITQl'ITlW DEVICEINFTI DfeVlCEF乎:SU'JJ Jn sw -b D一甲 Q V 搞限口图4实验接线图注意：接线过程中不得有任何错误模块一定要通过总线BUSUNIT部件数据线连接，包括：ALUUNITREGUNITADDRESSUNIT模块输入输出设备直接通过EXUNITEXTBUS上W/R要与MAINMEM上的W/R以及

14、OUTPUTDEVICE上的W/R都分别连线注意在连线前要验线：从开关接到总线单元，SW-B置为0,拨动开关，LED等会有相应的显示3.5.2 操作步骤(1)微控器编程开关拨至RUN,“STEP-STEP,“STOPfRUN实验箱利用COM"与微机连接，实验箱加电，启动微机：开机以后，进入界面，测试COW,若测试正常则接着往下做，若是失败，则立即更换实验箱。进入安装实验系统的目录，例如D:CMR对实验箱复位；桌面上选择：CMP图标，运行CMP.EXE进入实验运行环境；选择转载菜单的装载功能：C:TANGDUCMPSAMPLEEX1.TXT第一个是把机器指令转储，第二个是把所有的微指令

15、转储到控制器中选择数据通路图标：开关置班号，内存0AH单元置学号班号：42H:01000010学号：12H:00010010试验箱上CLR:1一0一1运行菜单的连续运行功能，若运行正确，将在“OUTPUT模块看到十六进制的结果：班号加学号的和：42H+12H=54H采用单步或连续运行方式执行机器指令程序，请参照机器指令程序及微程序流程图，将实验结果与程序的理论分析结果进行比较，验证实验系统执行机器指令程序的正确性。EX1文本文件内容如下：机器指令程序:$P0000$P0110$P020A$P0320$P040B$P0530$P060B$P0740$P0800$P0A12机器指令对应的微程序:$

16、M00018110$M0101ED82$M0200c048$M0300E004$M0400B005$M0501A206$M06959A01$M0700E00D$M08001001$M0901ED83$M0A01ED87$M0B01ED8E$M0C01ED96$M0D028201$M0E00E00F$M0F00A015$M1001ED92$M1101ED94$M1200A017$M13018001$M14002018$M15070A01$M1600D181$M17070A10$M18068A11若运行不正确，首先检查连线有无错误4系统调试4.1 系统调试过程(1)将数据开关置为42H(01000

17、010);(2)向地址0A单元中置数据12H(00010010);(3)将R0中的班号42H(01000010)装入DR1中，同时将内存RAMfr的学号12H(00010010)装入DR2中。(4)将DR1和DR2的值送入ALU运算器中，进行加法运算，得结果为54H,并将其送入R0中。(5)将R0中的和送入输出单元OUTPUT。4.2 系统运行截图舞£ 程第盛”号l»gEEDOgaoao”“TrTr"mmsl»gBEE 舞“ mMwm E g E 3 S 强 mwM m mlaul2nMl5lerMgl»|IKIIIIIFMJLH HI； *匚

18、二空占旧 riMfl：E!®口ma«Q：坛行向出¥蛆 MK：I也9口史：用物i：H：口但0 |岫无回国田|口目旺2J图5运行截图1FL，1/HKM，E.r：Jl；JI_|rT2f二置Anm以普*w®n：E)girq话号®明触©Hitii：凌恒口w，胤山.百号口51sl上个,加豆0国|口目居01»*41>WH题Wh!3EIFE19mw-.1ia>r.：.。：11f二理用日啾啕注口应3*W：D：i蝌(口Bttm过(£秘口TO：U：.#口0口|北/嚏部电网I田回回用INPUTOUTPUTFFDSlxlJOru

19、R 速前修 5IjilEFTMjMnrimlxlwMLJUFrrFnrn'FFFTFrn,MKfflUIJMMaJDIjITFFl;巡城0|旧宾窑mr幽 gnhlloccijnlllrli!lllsl3Hl5IGITiel9llIJicRIJ£clslM L?匚几WITAc BistE乩U上,EIF最£J蚂二霓舞吧W1>：E：XiiJd口回H1运行军理田西江I卡亶:£|Bni!：MitiXi.田区口寸。|工用扁。附|国可旧刊旧9pi*kd*国日*再！m考区_一_啦骞及4.3 实验结果分析理论分析：输入的班号为42H(01000010),学号为18H(

20、00011000),则两个数相加为:42H+18H=54H(01010100B)。实验结果：输出和为54H,二进制数为01010100。由上面可得理论分析和实验结果相吻合，故实验正确。5课程设计总结5.1 给出每条机器指令的微程序(十六进制格式):IN:01H02H10H01H:01ED82H02H:00C048H10H:01ED92HADD:01H>02H-11H03H04H05H06H01H:01ED82H02H:00C048H11H:01ED94H03H:00E004H04H:00B005H05H:01A206H06H:959A01HSTA:01H02H-12H-07H15H01H

21、:01ED82H02H:00C048H12H:00A117H07H:00E00DH15H:070A10HOUT:01H>02H-13H-16H17H25H01H:01ED82H02H:00C048H13H:01ED94H16H:00E004H17H:00B005H25H:01A206HJMP:01H02H-14H-26H01H:01ED82H02H:00C048H14H:01ED94H26H:00E004H5.2 课程设计心得、经验教训及注意事项5.2.1 注意事项接线过程中不得有任何错误模块一定要通过总线BUSUNIT部件数据线连接，包括：ALUUNITREGUNITADDRESSUNIT模块；输入输出设备直接通过EXUNIT;EXTBUS上W/R要与MAINMEM上的W/R以及OUTPUTDEVICE上的W/R都分别连线；注意在连线前要验线：从开关接到总线单元，SW-B置为0,拨动开关，LED等会有相应的显示。开机以后，进入界面，测试COW,若测试正常则接着往下做，若是失败，则立即更换实验箱。加载时第一个是把机器指令转储，第二个是把所有的微指令转储到控制器中内存0AH单元置学号时，置入的内容并不是18,而是自己学号变为十六进制的数：18=12H,所以内存0AH单元置入的数为12.5.2.2 经验教训及心得体会首先这次课程设计感触最最深刻的就是，连线时一定要认