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1、计算机组成原理课程设计算机组成原理课程设计讲稿计讲稿本讲稿第一页，共四十六页课程设计流程课程设计流程一、计算机硬件电路设计二、软件设计三、调试四、验收五、写课程设计报告本讲稿第二页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（1）FD-CES基本部件n n运算器模块 n n寄存器堆模块 n n指令部件模块 n n内存模块 n n总线模块 n n微程序控制模块 n n启停和时序模块 n n控制台控制模块 本讲稿第三页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（2）PLDPLD实验板实验板n nPLDPLD实验板的中间是一块实验板的中间是一块LatticeLattic
2、e公司的公司的ispLSI2096APLDispLSI2096APLD。n nPLDPLD实验板的右上方有一片实验板的右上方有一片2K8bit2K8bit的的E E2 2PROMPROM电路电路ATMEL24C16ATMEL24C16，它具有加电后在线随机读写、掉电后信，它具有加电后在线随机读写、掉电后信息保存等优点，可作为实验计算机的外存，用于保存息保存等优点，可作为实验计算机的外存，用于保存内存中的程序代码和控存中的微程序代码。内存中的程序代码和控存中的微程序代码。n nPLDPLD实验板的左下方有一个用于连接实验板的左下方有一个用于连接PCPC机并行口的机并行口的8 8芯针插，通过它可将
3、芯针插，通过它可将PCPC机编译生成的扩展名为机编译生成的扩展名为JEDJED的文件下载到的文件下载到ispLSI2096AispLSI2096A。n nPLDPLD实验板上方有两个实验板上方有两个4040芯针插和一个芯针插和一个5050芯针插（简称为芯针插（简称为上左、上中、上右），这三个插头的信号分布分别对应主上左、上中、上右），这三个插头的信号分布分别对应主板下方的三个插座。板下方的三个插座。本讲稿第四页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（3）n nPLD实验板下方有一个20芯针插和一个50芯针插（简称为下左、下右），这两个插头的信号分布分别对应主板下方的两个插座
4、。n n上左、上中、上右、下左、下右这五个插头所含信号见图1-28。用PLD实验板进行课程设计时，必须将上左、上中、上右、下左三个插头分别与主板相应插座连接好，并且将SW/USER开关拨到SW位置，下右不用插，它是作单独的步件实验准备的。本讲稿第五页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（4）本讲稿第六页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（5）图图1-291-29是是ispLSI2096AispLSI2096A的引脚分布以及它在的引脚分布以及它在FD-CESFD-CES实实验仪中的连接使用情况，可以看出它们有些引脚只有一验仪中的连接使用情况，可以看出
5、它们有些引脚只有一种用途，如第种用途，如第3232脚（脚（I/O 11I/O 11），它和实验仪连接使用为），它和实验仪连接使用为CPUCPU提供内存控制信号提供内存控制信号WCWC。有些引脚有多种用途，如。有些引脚有多种用途，如第第9696脚（脚（I/O 59I/O 59），它和实验仪连接用作显示灯），它和实验仪连接用作显示灯L3L3的信的信号线或微指令寄存器的一组输出信号线号线或微指令寄存器的一组输出信号线M22M22。所以在作。所以在作课程设计时，必须将课程设计时，必须将PCPC机编译生成的扩展名为机编译生成的扩展名为JEDJED的文的文件下载到件下载到ispLSI2096AispLSI
6、2096A，这个文件就是对，这个文件就是对ispLSI2096AispLSI2096A各引各引脚的定义以及本章中各部件的信号定义，并且包含了它脚的定义以及本章中各部件的信号定义，并且包含了它们的连接。们的连接。本讲稿第七页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（6）本讲稿第八页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（7）可编程逻辑器件可编程逻辑器件PLDPLD的使用的使用n n可编程逻辑器件设计语言可编程逻辑器件设计语言ABELABEL简介简介n n开发使用开发使用PLDPLD系统时，应使用语言或逻辑图来描述该系统时，应使用语言或逻辑图来描述该PLDPL
7、D的的功能，并通过编译、连接、适配，产生可对芯片进行编程功能，并通过编译、连接、适配，产生可对芯片进行编程的目标文件（该文件一般采用熔丝图格式，如标准的的目标文件（该文件一般采用熔丝图格式，如标准的JEDJED文件），然后下载到芯片中。文件），然后下载到芯片中。n n常用的可编程逻辑器件设计语言为常用的可编程逻辑器件设计语言为ABEL-HDLABEL-HDL（ABELABEL硬件描述语言），它是硬件描述语言），它是DATA I/ODATA I/O开发的一种可编程开发的一种可编程逻辑器件设计语言，它支持绝大多数可编程逻辑器逻辑器件设计语言，它支持绝大多数可编程逻辑器件。件。n n其他硬件描述语言
8、有其他硬件描述语言有VHDLVHDL、VerilogVerilog。本讲稿第九页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（8）ABEL-HDLABEL-HDL语言的基本结构语言的基本结构 ABEL-HDL ABEL-HDL语言源文件由一个或多个相互独立的模块组成，每个模块包含了一个完整的语言源文件由一个或多个相互独立的模块组成，每个模块包含了一个完整的逻辑描述。源文件中的所有模块都可以被逻辑描述。源文件中的所有模块都可以被ABEL-HDLABEL-HDL软件同时处理。软件同时处理。ABEL-HDL ABEL-HDL语言源文件举例如下语言源文件举例如下,文件名为文件名为F456
9、.ABLF456.ABL、模块名为、模块名为M456M456、标题名为、标题名为T456T456。标头段标头段MODULE M456MODULE M456TITLE T456TITLE T456定义段定义段IAB10 PIN 45;IAB10 PIN 45;IAB9IAB9PIN 44;PIN 44;IAB8IAB8PIN 43;PIN 43;IAB7 PIN 42;IAB7 PIN 42;IAB6 PIN 41;IAB6 PIN 41;逻辑描述段逻辑描述段EQUATIONSEQUATIONSIAB7=IAB9&IAB8;IAB7=IAB9&IAB8;IAB6=IAB9$IAB8;IAB6=I
10、AB9$IAB8;结束段结束段END END 本讲稿第十页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（9）n nISP Synario SystemISP Synario System简介简介n nISP Synario SystemISP Synario System是一个集成环境，可使用是一个集成环境，可使用ABEL-HDLABEL-HDL语言语言编辑、编译及产生编辑、编译及产生JEDJED文件。这个软件的文件组织方法是：文件。这个软件的文件组织方法是：首先建立一个工程文件（扩展名为首先建立一个工程文件（扩展名为SYNSYN），然后在工程文件），然后在工程文件中建立一个或多
11、个逻辑功能描述源文件（扩展名为中建立一个或多个逻辑功能描述源文件（扩展名为ABLABL），），在源文件中又包含一个或多个模块。在下面的步骤中，建立在源文件中又包含一个或多个模块。在下面的步骤中，建立了一个工程文件（了一个工程文件（456.SYN456.SYN）,其中包含一个逻辑功能描述源其中包含一个逻辑功能描述源文件（文件（F456.ABLF456.ABL），在源文件），在源文件F456.ABLF456.ABL中包含一个模块中包含一个模块（M456M456）。最后经编译后产生的扩展名为）。最后经编译后产生的扩展名为JEDJED文件为文件为456.JED456.JED，和工程文件名相同。步骤如下
12、：，和工程文件名相同。步骤如下：n n在使用该软件之前，在使用该软件之前，PLD PLD板上的串口线接到微机的串口，板上的串口线接到微机的串口，一般为一般为COM1COM1。PLD PLD板上的四个插座和板上的四个插座和FD-CESFD-CES实验仪上对应实验仪上对应的四个扁平电缆正确连接。的四个扁平电缆正确连接。PLD PLD板上的并口线接到微机的板上的并口线接到微机的并口并口 将将FD-CESFD-CES实验仪上的实验仪上的SW/USERSW/USER开关拨到开关拨到SWSW位置位置 将将FD-CESFD-CES实验仪上的实验仪上的KAL/KAHKAL/KAH、KBL/KBHKBL/KBH
13、、KCL/KCHKCL/KCH开关分别开关分别拨到右、左、左位置，拨到右、左、左位置，KRL/KRHKRL/KRH开关拨到开关拨到“上面上面”位置位置 打打开开FD-CESFD-CES实验仪电源。实验仪电源。本讲稿第十一页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（10）1.找到桌面上的图标ISP Synario，双击启动，见图2-1。本讲稿第十二页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（11）2.FileNew Project,出现图2-2，选择文件夹，输入工程名，创建新工程。本讲稿第十三页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（12）
14、3.在图2-3中双击Virtual Device,选择可编程芯片。本讲稿第十四页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（13）4.选择ISP Synario Device list,在下面的列表中选择ispLSI 2096-80 TQFP128。本讲稿第十五页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（14）5.SourceNew创建ABEL源文件，在图2-5中选择第二项建立ABEL模块。本讲稿第十六页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（15）6.输入模块名、文件名和标题。本讲稿第十七页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬
15、件电路设计（16）7.输入并保存文件，见图2-7。本讲稿第十八页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（17）8.按图2-7选择，单击Start按钮对源文件进行编译，产生JED文件，图2-9是正在编译。本讲稿第十九页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（18）9.图2-10是编译完成后的窗口，对号表示无错误，按扭Log可以看编译结果，见图2-11。本讲稿第二十页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（19）本讲稿第二十一页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（20）总结：总结：n n熟悉电路，设计连线。熟悉电路
16、，设计连线。n n创建工程文件：创建工程文件：filename.synfilename.synn n创建描述文件：创建描述文件：filename.ablfilename.abln n生成下载文件：生成下载文件：filename.jedfilename.jedn n实验箱和主机相连的串口线用来下载程序和微程序实验箱和主机相连的串口线用来下载程序和微程序.n nPLDPLD板和主机相连的并口线用来下载硬件电路文件板和主机相连的并口线用来下载硬件电路文件(.JED)(.JED)本讲稿第二十二页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（21）n n下载软件简介n n编译后要将生成的扩
17、展名为JED的文件下载到实验板（PLD板）上的2096A，LATTICE公司提供了下载软件，下面是下载步骤。n n1首先将PLD板上的并口线接到微机的并口上，然后找到桌面上的图标WDOWNLD，启动该软件，出现图2-12的窗口。本讲稿第二十三页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（22）本讲稿第二十四页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算机硬件电路设计（23）2.选择FileNewOptionISP Chain InterfacePlease select the default2096A，见图2-13。本讲稿第二十五页，共四十六页一、计算机硬件电路设计（一、计算
18、机硬件电路设计（24）3.3.单击确定后出现窗口图单击确定后出现窗口图2-142-14。选择。选择BrowseBrowse，找到要下载的，找到要下载的JEDJED文件，单击常用文件，单击常用工具栏的下载图标（从左数第工具栏的下载图标（从左数第8 8个）即可。个）即可。本讲稿第二十六页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(1)FD-CESFD-CES系统软件的使用系统软件的使用 FD-CESFD-CES系统软件是为系统软件是为FD-CESFD-CES实验仪与微机相连以构成高层次实验系统所使用实验仪与微机相连以构成高层次实验系统所使用的配套软件，它提供编辑、汇编、反汇编、文件传送及调试等功能。的配
19、套软件，它提供编辑、汇编、反汇编、文件传送及调试等功能。在这个系统中，共使用在这个系统中，共使用4 4种文件，它们的功能简介如下：种文件，它们的功能简介如下：n nFILENAME.ASMFILENAME.ASM汇编语言源程序，用于联机调试的程序，由用户自己编写，经过汇编后生成汇编语言源程序，用于联机调试的程序，由用户自己编写，经过汇编后生成FILENAME.OBJFILENAME.OBJ就可以下载到就可以下载到PLDPLD板的内存使用了。板的内存使用了。FILENAMEFILENAME是文件名。是文件名。n nINS.DEFINS.DEF指令定义文件，它是汇编指令和机器码的对照表，在对指令定
20、义文件，它是汇编指令和机器码的对照表，在对FILENAME.ASMFILENAME.ASM进行汇编时进行汇编时使用。使用。n nFILENAME.MIDFILENAME.MID微程序文件，它对指令系统中的每条汇编指令进行微指令定义，用于对汇编指令进行解释，微程序文件，它对指令系统中的每条汇编指令进行微指令定义，用于对汇编指令进行解释，发出微操作，执行汇编指令，这个文件经编译后生成发出微操作，执行汇编指令，这个文件经编译后生成FILENAME.DATFILENAME.DAT文件，下载到文件，下载到PLDPLD板的控存使用。板的控存使用。n nBIT.DEFBIT.DEF微指令每位的定义，和微指令
21、每位的定义，和FILENAME.MIDFILENAME.MID配合使用，共配合使用，共2424位。位。本讲稿第二十七页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(2)*.ASMINS.DEF*.MIDBIT.DEF本讲稿第二十八页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(3)本讲稿第二十九页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(4)n n在使用该软件之前，在使用该软件之前，实验箱上的串口线接到微机的实验箱上的串口线接到微机的串口，一般为串口，一般为COM1COM1。PLD PLD板上的四个插座和板上的四个插座和FD-FD-CESCES实验仪上对应的四个扁平电缆正确连接。实验仪上对应的四个扁平电缆正确连接
22、。PLD PLD板上的并口线接到微机的并口板上的并口线接到微机的并口 将将FD-CESFD-CES实验仪上实验仪上的的SW/USERSW/USER开关拨到开关拨到SWSW位置位置 将将FD-CESFD-CES实验仪上实验仪上的的KAL/KAHKAL/KAH、KBL/KBHKBL/KBH、KCL/KCHKCL/KCH开关分别拨到开关分别拨到右、左、左位置，右、左、左位置，KRL/KRHKRL/KRH开关拨到开关拨到“上面上面”位置位置 打开打开FD-CESFD-CES实验仪电源。实验仪电源。n nFD-CESFD-CES系统软件的使用步骤如下：系统软件的使用步骤如下：1.1.找到桌面上的图标找到
23、桌面上的图标FDCESFDCES，启动，见图，启动，见图3-13-1。本讲稿第三十页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(5)FD-CES Assembler用于对汇编源程序和微程序进行编辑、汇编，最后生成FILENAME.OBJ和FILENAME.DAT。FD-CES Debugger是将FD-CES Assembler最后生成FILENAME.OBJ和FILENAME.DAT，下载到PLD板联机调试。2选择FD-CES Assembler后出现图3-2。本讲稿第三十一页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(6)3.选择FileNew建立新文件，见图3-3。4.编辑汇编源程序，保存，见图3-
24、4。本讲稿第三十二页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(7)5 5选择选择Assemble DisAssembleAssemble DisAssemble中的中的AssembleAssemble对汇编源程序对汇编源程序进行汇编，图进行汇编，图3-53-5是汇编正确的情况。是汇编正确的情况。本讲稿第三十三页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(8)6编辑并保存INS.DEF文件，见图3-6，这个文件不用汇编。本讲稿第三十四页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(9)7 7编辑并保存微程序文件，见图编辑并保存微程序文件，见图3-73-7。8.8.对微程序文件进行编译，选择对微程序文件进行编译，选
25、择Assemble DisAssembleAssemble DisAssemble中的中的GenGen，产生扩展名为，产生扩展名为DATDAT的文件，见图的文件，见图3-83-8。本讲稿第三十五页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(10)9编辑并保存BIT.DEF文件，见图3-9，这个文件不用编译。10选择FD-CES Debugger后见图3-10，选择串行口，一般为Com1 本讲稿第三十六页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(11)1111单击确定后见图单击确定后见图3-113-11。1212选择选择StructureStructure中的中的Structure4Structure4，
26、见图，见图3-123-12。本讲稿第三十七页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(12)13选择LoadProgram，将目标文件下载到微机的内存，用户要选择要下载的文件名，并在Load at中给出启动地址（在此为000），在本步执行前一定要将FD-CES实验仪上的M/CM开关拨到M位置。见图3-13。本讲稿第三十八页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(13)本讲稿第三十九页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(14)图3-14是一个提示，在本步执行前一定要将FD-CES实验仪上的M/CM开关拨到M位置。图3-15是传送目标文件成功的对话框。14选择LoadMicro Program，将编译
27、后的微程序文件（扩展名为DAT）下载到微机的内存，用户要选择要下载的文件名，在本步执行前一定要将FD-CES实验仪上的M/CM开关拨到CM位置。见图3-16。本讲稿第四十页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(15)图图3-173-17是一个提示，在本步执行前是一个提示，在本步执行前一定要将一定要将FD-CESFD-CES实验仪上的实验仪上的M/CMM/CM开关拨到开关拨到CMCM位置。位置。图3-18是传送微程序文件成功的对话框。利用同样的步骤将BIT.DEF下载到控存。如果不用单步执行，可不用下载BIT.DEF文件。15选择RunStart at，输入启动地址开始联机调试，在本步执行前一定
28、要将FD-CES实验仪上的M/CM开关拨到M位置。见图3-19。也可以通过控制台操作，RET键 输入启动地址000 LOAD键 STRT键。本讲稿第四十一页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(16)n n微程序入口地址形成方法微程序入口地址形成方法n n 比较简易的方法是以指令操作码（比较简易的方法是以指令操作码（8 8位）为核心扩位）为核心扩展成展成1111位的微程序地址即位的微程序地址即MD10MD10MD0MD0，这种方法称为，这种方法称为“按操作码散转按操作码散转”。n n 如果指令系统仅如果指令系统仅8 8条指令，条指令，IR1IR1的的I7.I6.I5I7.I6.I5为指令操作码
29、，为指令操作码，每条指令执行不超过每条指令执行不超过4 4拍，即微程序可由多至拍，即微程序可由多至4 4条微指令组条微指令组成，见图成，见图4-44-4，那么可按图，那么可按图4-64-6形成各微程序首地址，见表形成各微程序首地址，见表4-14-1。本讲稿第四十二页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(17)本讲稿第四十三页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(18)本讲稿第四十四页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(19)微指令地址003H本讲稿第四十五页，共四十六页二、软件设计二、软件设计(20)微指令地址023H,a10=0访问内存微指令地址027H,a10=1访问外设本讲稿第四十六页，共四十六页