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1、课程设计报告课程设计报告课课题题:同组姓名：同组姓名：专业班级：专业班级：指导教师：指导教师：设计时间：设计时间：复杂模型机设计复杂模型机设计陈珊（陈珊（11080304161108030416）徐丽娜（徐丽娜（11080304171108030417）宋利英（宋利英（11080304211108030421）计科计科 11041104班班牟琦牟琦2013-12-312013-12-31目录目录一、课程设计目的和意义.3二、复杂模型机的设计与实现内容.41.数据格式.42.指令格式.43.指令系统.5三、总体设计.61.设计复杂模型机的监控软件.72.设计微程序流程图.73.转换格式.84.实
2、验接线.95.写微程序和程序.106.运行程序.117.验证.11四、系统测试及实验截图.12五、总结.19一、课程设计目的和意义一、课程设计目的和意义经过一系列硬件课程如计算机原理的学习及相关实验后，综合应用所学理论知识解决实际设计和应用问题，进行一个综合的系统的实验。培养实际动手能力，进一步提高硬件设计能力。培养实事求是和严肃认真的工作态度。通过设计过程，熟悉和掌握微机系统的硬件设计方法、设计步骤，真正做到理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。二、复杂模型机的设计与实现内容二、复杂模型机的设计与实现内容1.1.数据格式
3、数据格式模型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为 8 位，其格式如下：其中第 7 位为符号位，数值表示范围是：1X 1。2.2.指令格式指令格式模型机设计四大类指令共十六条，其中包括算术逻辑指令、I/O 指令、存数指令、取数指令、转移指令和停机指令。算术逻辑指令设计 9 条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：76543210OP-CODERsRd其中，OP-CODE为操作码，RS 为源寄存器，RD 为目的寄存器。访问指令及转移指令模型机设计 2 条访问指令：即存数STA、取数LDA；2 条转移指令：即无条件转移 JMP、有进位转移指令 BZC。指令格式为：
4、765432100 00 0MOP-CODED其中，OP-CODE为操作码，RD 为目的寄存器地址（LDA、STA 指令使用）。D 为位移量（正负均可），M 为寻址模式，其定义如下：寻址方式有效地址说明Rd00011011E=DE=（D）E=(R2)+DE=（PC）+D直接寻址间接寻址R2变址寻址相对寻址本模型机规定变址 RI 指定为寄存器 R2。I/O 指令输入 IN 和输出 OUT 指令采用单字节指令，其格式如下：76543210OP-CODEaddrRd其中，addr=01 时，选中输入数据开关组 KD0KD7 作为输入设备，addr=10 时，选中 2 位数码管作为输出设备。停机指令
5、指令格式如下：76543210OP-CODE0000HALT指令，用于实现停机操作。3.3.指令系统指令系统本模型机共有 16 条基本指令，其中算术逻辑指令 7 条，访问内存指令和程序控制指令 4 条，输入输出指令2 条，其它指令1 条。表3-8 列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。三、总体设计三、总体设计复杂模型机的数据通路框图如图 3-16，图 3-17 所示。根据复杂模型机的硬件电路设计机器指令，再根据机器指令要求，设计微程序流程图及微程序，最后形成 16 进制文件。图 3-16图 3-17四、实验步骤四、实验步骤1.1.设计复杂模型机的机器指令设计复杂模型机的机器指令P0044I
6、N01,R0P0146IN01,R2P0298ADCR2,R0P0381MOVR0,R1P04F5RLCR1,R1P050CBZC00,00P06002.2.设计微程序流程图设计微程序流程图按照实验机设计的微指令格式,参照微指令流程图，设计微指令，并形成二进制代码表。3.3.转换格式转换格式程序：P0044 P0146P0298P0381P04F5 P050CP0600微程序：M0182ED0M04A0E004M07A0E004M0A 3BA004M0250C004M0506E004M088AED05M00088105M0304A004M0607A004M098CED05M0B018005M0
7、C3C2004M0D0EA004M0E0FB605M0F 25EA95M128DED05M15010407M18019205M1B32A205M1E378235M1083ED05M1185ED05M13A6ED05M16168005M192AA205M1C33A205M1F398235M14011004M17019A3DM1A2CB205M1D36A205M20019004M21018406M24018005M2728BC05M2281DB05M23E48005M25A0AA95M2627A004M2829EA95M29A0AA95M2C2DA405M2A2BB405M2B419B95M2D6
8、EAB05M2E2FAA0DM2F30AA05M3071810DM31419B95M3335B405M36019A0DM393A881DM3C098A06M3481DB05M3738882DM3A019805M32019A05M35419BBDM38019805M3B080A074.4.实验接线实验接线在实验八的基础上将跳线器 J13 和 J14 由右边相连改为左边相连，再将 IJ1连 IJ2。详细如下：a、跳线器 J1J12 全部拨在右边（自动工作方式）；b、跳线器 J16、J18、J23、J24 全部拨在左边；c、跳线器 J15、J19、J25 全部拨在右边，跳线器 J13、J14 拨在左
9、边；d、跳线器 J20J22、J26、J27 连上短路片；e、UJ1 连 UJ2，JSE1 连 JSE2，SJ1 连 SJ2；f、MBUS 连 BUS2；g、REGBUS 连 BUS5；h、PCBUS 连 EXJ2；i、ALUBUS 连 EXJ3；j、ALUO1 连 BUS1；k、EXJ1 连 BUS3；l、ALUO2 连 BUS4；n、IJ1 连 IJ2。连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。5.5.写微程序和程序写微程序和程序 手动方法写微程序参看实验六。手动方法写代码程序（机器指令）步骤如下：通过上一步将机器指令对应的微代码正确地写入 E2ROM 2816 芯片后，再进行机器指令程序的装
10、入和检查。A.将编程开关置运行位置，运行方式开关置单步位置。B.拨动总清开关（01），微地址寄存器清零，程序计数器清零。然后使控制开关 SWC、SWA开关置为01，按动一次启动运行开关，微地址显示灯 LUA0LUA5 显示001001，再按动一次启动运行开关，微地址显示灯LUA0LUA5显示001100，此时数据开关的内容置为要写入的机器指令，再按动一次 启动运行开关，即完成该条指令的写入。若仔细阅读微程序流程，就不难发现，机器指令的首地址只要第一次给入即可，PC 会自动加 1，所以，每次按动启动运行开关，只有在微地址灯显示001100时，才设置内容，直到所有机器指令写完。C.写完程序后须进行
11、检验。拨动总清开关(01)后，微地址清零，PC 程序计数器清零，然后使控制开关SWC、SWA为0 0,按动启动运行开关，微地址灯将显示001000，再按启动运行开关，微地址灯显示为001010，第三次按启动运行开关，微地址灯显示为111011，此时总线数据显示灯 LZD0LZD7 显示为该首地址的内容，再次按动启动运行开关，微地址灯显示为001000，此时，2 位数码管显示的内容即为 RAM 中的数据，不断按动启动运行开关，可检查后续单元内容。注意：每次仅在微地址灯显示为001000时，2 位数码管显示的内容才是相应地址中的机器指令内容。联机读/写微程序和程序用联机软件的装载功能将 16 进制
12、格式文件（文件名为 C8JHE3）装入实验机即可（详细操作见联机软件的 README）。6.6.运行程序运行程序单步运行程序A.编程开关置运行状态，运行方式开关置为单步状态,运行控制开关置为运行状态。B.拨动总清开关(01)，微地址清零，PC 计数器清零，程序首地址为 OOH。C.按动启动运行开关，即单步运行一条微指令。对照微程序流程图，观察微地址显示灯是否和流程一致。连续运行程序A.编程开关置运行状态，运行方式开关置为连续状态,运行控制开关置为运行状态。B.拨动总清开关，清微地址及 PC 计数器，按动启动运行开关，系统连续运行程序。如果要停止程序的运行，只需将运行控制开关置为停止状态，系统就
13、停机。7.7.验证验证采用单步或连续运行方式执行机器指令，参照机器指令及微程序流程图，将实验现象与理论分析比较，验证系统执行指令的正确性。四、系统测试及实验截图四、系统测试及实验截图图图 1 1PCPC 清零，自动清零，自动+1+1 在在 RAMRAM 中取地址为中取地址为 00H00H 的指令的指令 44H44H图图 2 2从输入设备中读取数据从输入设备中读取数据 1 1 并送至并送至 R0R0图图 3 3PCPC 自动自动+1+1 在在 RAMRAM 中取地址为中取地址为 01H01H 的指令的指令 46H46H图图 4 4指令指令 46H46H 送至送至 IRIR 进行译码并发出相应的控
14、制信号进行译码并发出相应的控制信号图图 5 5从输入设备中读取数据从输入设备中读取数据 2 2 并送并送 R2R2图图 6 6PCPC 自动自动+1+1 取地址为取地址为 02H02H 的指令的指令 98H98H图图 7 7指令指令 98H98H 送至送至 IRIR 进行译码并发出相应的控制信号进行译码并发出相应的控制信号图图 8 8寄存器寄存器 R2R2 中数据送至中数据送至 DR1DR1图图 9 9寄存器寄存器 R2R2 中数据送至中数据送至 DR1DR1图图 1010ALUALU 进行加法运算并将结果进行加法运算并将结果图图 1111R0R0 中数据送至中数据送至 R1(R1(转存）转存
15、）图图 1212PC+1,PC+1,取地址为（取地址为（04H04H）的指令（）的指令（F5)F5)图图 1313将指令将指令 F5HF5H 送至送至 IRIR 并译码发出相应的控制信号并译码发出相应的控制信号图图 1414将将 R0R0 中数据（中数据（3 3）送至移位寄存器）送至移位寄存器图图 1515移位寄存器进行移位操作（数据移位寄存器进行移位操作（数据 3 3 变为数据变为数据 6 6）图图 1616将移位寄存器中数据存入将移位寄存器中数据存入 R1R1图图 1717PC+1PC+1，取内存地址为，取内存地址为 05H05H 的指令的指令 0CH0CH图图 1818将指令将指令 0C
16、H0CH 送至送至 IRIR 并译码发出相应的控制信号并译码发出相应的控制信号图图 1919PC+1,PC+1,取地址为取地址为 05H05H 的指令的指令 00H00H（JMPJMP 指令）指令）五、总结五、总结这次实验总体来说还是比较容易的，就是在输入微程序和老师的测试程序时比较费力，弄不好又要重新输入（后来听说可以使用软件直接烧制）。再一个就是找错的时候需要非常的细心，各个方面的问题都要考虑到。比如说微程序本身有没有错，程序有没有写错，格式是否正确，最后还有考虑到插线或者导线的问题。经过这次试验，我深深的感到团队合作的重要，以及在困难面前冷静思考的好处。也进一步的加强我对计算机组成结构特别是控制器的设计的认识与掌握。