计算机组成原理课程设计---一台模型计算机的设计和调试Word格式文档下载.docx
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19
计算机组成原理课程设计报告
寻址方式M
有效地址
说明
0 0
E=D
直接寻址
设计题目
一台模型计算机的设计与调试
1.数据格式
字长:
8位
格式:
定点整数
尾数
符号
7 6 0
其中:
第7位为符号位,数值表示范围是:
定点整数:
-128≤X≤127。
2.指令系统
指令的类型设计:
算术逻辑运算、数据存取、程序控制、输入输出,按固定操作码4
位长度进行设计,设计14条指令。
2.1.算术逻辑运算指令
设计7条算术逻辑运算类指令并用单字节表示,寻址方式采用寄存器寻址,指令为
RR型,其格式如下:
7 4 3 2 1 0
OP-CODE
Rs
Rd
其中:
OP-CODE为操作码,Rs为源寄存器,Rd为目的寄存器
2.2.访内指令及转移指令
2条访问指令:
存数(STA)、取数(LDA)
2条转移指令:
无条件转移(JMP)、结果为零或有进位转移指令(BZC)指令格式为:
D
Rd/Rs
M
7 6 5 4 3 2 1 0
D为位移量(正负均可),M为寻址方式,其定义如下:
1
E=(D)
间接寻址
E=(Ri)+D
Ri变址寻址
E=(PC)+D
相对寻址
本模型机选择变址寄存器Ri为寄存器R2。
2.3.输入输出指令
格式如下:
addr
其中,addr=01 时,选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为入设备,addr=10时,选中
“OUTPUTDEVICE”中的七段LED数码块作为输出设备。
2.4.停机指令
停机指令HALT,用于实现停机操作。
2.5.具体编码
序号
汇编指令
机器代码格式
功能说明
CLR Rd
0111 00 Rd
0→Rd
2
MOVRs,Rd
1000 Rs Rd
Rs→Rd
3
ADC Rs,Rd
1001 Rs Rd
Rs+Rd+Cy→Rd
4
SBC Rs,Rd
1010 Rs Rd
Rs-Rd-Cy→Rd
5
INC Rd
1011 xx Rd
Rd+1→Rd
6
AND Rs,Rd
1100 Rs Rd
Rs∧Rd→Rd
7
COM Rd
1101 xx Rd
8
LDA M,D,Rd
00 M00 Rd, D
E→Rd
9
STA M,D,Rd
00 M01 Rd, D
Rd→E
10
JMP M,D
00 M10 00 , D
E→PC
11
BZC M,D
00 M11 00 , D
当Cy=1或Z=1时,E→PC
12
IN Rd
0100 10 Rd
输入单元→Rd
13
OUT Rd
0101 10Rd
Rd→输出单元
14
HALT
0110 00 00
停机
3.数据通路
3.1.全局概略图
3.2.单片机写控制
3.3.微程序显示
3.4.指令寄存器
3.5.通用寄存器
3.6.运算器
3.7.内存和程序计数器
3.8.地址总线显示
3.9.手动输入微程序
3.10.单片机写微程序
3.11.控制存储器
3.12.指令译码
3.13.微地址显示
3.14.单片机与数据总线输入
设计
数据总线
模型计算机的数据总线,用于分时传输各种数据。
地址总线
模型计算机的地址总线,用于传输地址寄存器的地址。
微地址总线
微程序控制器的微地址总线,用于分时传输微地址。
微程序数据总线
微程序控制器的微程序数据总线,用于传输微程序数据。
单片机写数据总线
单片机写入模型计算机内存和控制存储器的单片机写数据总线。
运行步骤
1.单片机写内存控制逻辑:
把开关SW1,SW2拨动到下面,START=0
2.启动运行约3秒,等显示数据稳定,表示数据写入完成。
3.单击暂停。
单片机写内存控制逻辑:
把开关SW1,SW2拨动到上面
START=1。
缩小设计图,让指令寄存器,微地址寄存器,输出显示器,地址寄存器显示同时显示。
单击释放暂停按钮,继续运行。
4.观察LED数码管显示器上的数据。
3.15.设计说明
,
4.时序系统
4.1.时序系统与起停控制
4.2.时序波形图
5.微指令格式
微程序
23
22
21
20
18
17
16
15
控制信号
S3
S2
S1
S0
CN
WE
A9
A8
A字段
B字段
P字段
uA5
Ua
uA3
uA2
uA1
A字段
B字段
P字段
LDRi
RS_B
P1
LDDR1
RD_B
P2
LDDR2
RI_B
P3
LDIR
P4
LOAD
ALU_B
AR
LDAR
PC_B
LDPC
6.微程序控制器
6.1.原理图
6.2.地址转移逻辑
7.微程序流程图
8.微程序代码表
微地址
S3S2S1S0MCNWEA9A8
A
B
C
UA5…UA0
00
0 0 0 0 0 0 0 1 1
000
100
001000
01
110
110
000010
02
0 0 0 0 0 0 0 0 1
001
010000
03
010
000100
04
010
100000
05
000110
06
000111
07
001010
001100
111011
000001
0 0 0 0 0 0 0 0 0
111100
001110
011
001111
1 0 0 1 0 1 0 1 1
101
100101
000011
000101
001101
100110
24
001
25
0 0 0 0 0 0 0 1 0
000
26
010110
27
0 0 1 1 0 0 0 1 1
30
31
101010
32
101100
33
110010
34
110011
35
110110
36
37
40
41
0 0 0 0 0 0 1 0 1
42
0 0 0 0 0 1 0 1 1
101
43
100100
44
45
46
100111
47
101000
50
101001
51
52
101011
53
54
101101
55
101110
56
0 0 0 0 1 0 0 1 1
101111
57
110000
60
110001
61
62
001
63
64
65
1 0 1 1 1 0 0 1 1
66
0 0 0 0 1 1 0 1 1
67
70
0 0 1 0 1 0 0 1 1
71
72
0 0 0 1 1 0 0 1 1
73
0 0 0 0 0 1 1 1 0
74
0 0 0 0 0 1 1 0 1
001001
9.设计体会
这次计算机组成原理课程设计不仅是一个综合复习课堂知识的过程,而且是一次非常好的锻炼实践能力的机会。
以前在学习计算机科学与技术这个专业时,主要是接触软件,忽略了很多硬件方面的知识。
但是,只有综合学习和应用计算机软硬件知识,才能更好和更深层次地理解计算机的工作原理。
在课程设计中发现对学过的一些理论知识的理解还不够深刻,尤其是一些细节方面的知识。
只是知其然,而不知其所以然,缺乏深入的思考,往往只看到了表面。
在课程设计过程中遇到了一些理解不清的知识点。
通过看课本,到图书馆借阅相关资料学习,最后加深了对相关知识点的理解,应用到了课程设计中。
对一些芯片的具体参数和用法不太熟悉,通过上网搜索,学会了使用这些芯片。
通过这次课程设计,我对计算机的组成和工作原理的理解更加深入了。
同时,也锻炼了自己实际分析问题和解决问题的能力,为以后的进一步学习打下了基础。
10.参考文献
《计算机组成原理》,科学出版社,白中英著。
《计算机组成原理与系统结构试验教程》,西安电子科技大学出版社,杨小龙编著。
百度百科中相关芯片资料
11.附录
11.1.单片机写程序
#include"
reg51.h"
#defineDELAY_T4 //延时函数单位时间
#definePRO_LONG16//程序长度
sbitC51_NOT_SW_B=P0^0;
//C51单片机写存储器控制逻辑
sbitWUD_CE0=P1^0;
//写微程序数据片选信号sbitWUD_CE1=P1^1;
sbitWUD_CE2=P1^2;
sbitMCS0=P1^3;
//控制存储器片选信号sbitMCS1=P1^4;
sbitMCS2=P1^5;
sbitMOE=P1^6;
//控制存储器读选通信号
sbitMWE=P1^7;
//控制存储器写选通信号
sbitWRITE_TUA=P2^0;
//写微地址转移逻辑选通信号sbitC51_LDAR=P2^1;
//C51写地址寄存器选通信号sbitWDBUSCE=P2^2;
//写数据总线选通信号
sbitC51_CE=P2^3;
//C51访问存储器片选信号sbitC51_OE=P2^4;
//C51读存储器选通信号sbitC51_WE=P2^5;
//C51写存储器选通信号
sbitOEUA=P2^6;
//C51写微地址选通信号
sbitWEUA=P2^7;
//C51锁存微地址信号
/*程序注释输入R1=16输出R1=16
内存读取R0=12
输出R0=12
自增R0
输出R0=13R0+R1->
R1=29输出R1=29输出R1=29
清零R0=0输出R0=0输出R0=0输出R0=0停机
*/
charram[16]={ //程序
0x45,//01000101IN R1 //R1=16
0x59,//01011001OUTR1 //R1=16
0x00,//00000000LAD R0 //R0=[0x0f]=0x12
0x0f,//data_0=[0x0f]=0x12
0x58,//01011000OUTR0 //R0=0x12
0xb0,//10110000INCR0 //R0=13
0x58,//01011000OUTR0 //R0=13
0x91,//10010001R0+R1->
R1 //R1=16+13=29
0x59,//01011001OUTR1 //R1=29
0x59,//01011001OUTR1
0x70,//01110000CLRR0 //R0=00
0x58,//01011000OUTR0 //R0=00
0x60,//01100000STOP
0x12,//data_0=[0x0f]=0x12
};
charcodec2[61]={ //控制存储器高8位
0x01,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0x01,0x01,0x00,0x01,0x00,0x00,0x01,0x95,
0x01,0x01,0x01,0x01,0x00,0x01,0x01,0x31,
0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,
0x00,0x02,0x05,0x01,0x01,0x95,0x00,0x01,
0x95,0x95,0x01,0x95,0x01,0x05,0x09,0x01,
0x05,0x95,0x01,0x01,0x05,0xb9,0x0d,0x01,
0x29,0x01,0x19,0x07,0x06
charcodec1[61]={ //控制存储器中8位0x81,0xed,0xc0,0xa0,0xe0,0xe0,0xa0,0xe0,0xed,0xed,0xa0,0x80,0x20,0xa0,0xb6,0xea,0xed,0xed,0xed,0xed,0x10,0x04,0x80,0x9a,0x92,0xa2,0xb2,0xa4,0xa2,0xa4,0x82,0x82,0x90,0x84,0xda,0x80,0x80,0xaa,0xa0,0xbc,0xea,0xaa,0xb4,0x9a,0xa4,0xaa,0xaa,0xaa,0xaa,0x9a,0x9a,0xb4,0xda,0x9a,0x9a,0xa2,0x98,0xa2,0x98,0x0a,0x8a
charcodec0[61]={ //控制存储器低8位
0x08,0x82,0x50,0x04,0xa0,0x06,0x07,0xa0,
0x8a,0x8c,0x3b,0x01,0x3c,0x0e,0x0f,0x25,0x83,0x85,0x8d,0xa6,0x01,0x01,0x16,0x01,
0x01,0x2a,0x2c,0x32,0x33,0x36,0x08,0x08,
0x01,0x01,0x01,0xe4,0x01,0x90,0x27,0x28,
0x29,0x90,0x2b,0x01,0x2d,0x2e,0x2f,0x30,0x31,0x01,0x01,0x36,0x01,0x01,0x01,0x08,
0x08,0x08,0x08,0x08,0x09
chari;
voiddelay(chart)//延时函数,调整延时时间,可看到读写过程
{
chari,j,k;
for(i=0;
i<
t;
i++)
for(j=0;
j<
j++)
for(k=0;
k<
k++)
;
}
voidinit(void)//初始化数据,准备写入数据
C5
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- 计算机 组成 原理 课程设计 模型 设计 调试