组成原理课程设计-模型机设计.doc
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1、河南科技大学课 程 设 计 说 明 书课程名称 组成原理课程设计 题 目 模型机设计 院 系 班 级 学生姓名 指导教师 日 期 课程设计任务书(指导教师填写)课程设计名称 组成原理课程设计 专业班级 电信科07 设计题目 模型机设计 一、 课程设计目的1.掌握整机动态工作过程2.了解微程序控制器的设计,构建指令系统3.组建模型机,编写应用程序进行调试二、设计内容、技术条件和要求1.设计内容(1)设计指令系统(2)编写微程序(3)实验接线(4)编写应用程序,选择实现下列要求的一种功能输入两个一位十进制数,计算两数之和,并以BCD码输出输入一个一位十进制数,将其扩大5倍后以BCD码输出输入一个两
2、位十进制数,求其负值的补码输入一个两位十进制数,输出八进制结果输入几个数,统计大于10的数的个数输入几个数,找出最大数2.设计要求(1)指令在8条以上(2)寻址方式包括:寄存器寻址、直接寻址、立即数寻址(3)数据由键盘输入(4)由数码管显示数据三、时间进度安排2010-6-21:布置题目2010-6-22:熟悉实验原理,编写微程序和应用程序2010-6-232010-7-1:实验调试2010-7-22010-7-4:编写课程设计报告四、主要参考文献1.张新荣,于瑞国.计算机组成原理.天津大学出版社2.白中英.计算机组成原理.科学出版社指导教师签字: 2010年 6 月 20 日模型机设计一、设
3、计目的1.掌握整机动态工作过程2.了解微程序控制器的设计,构建指令系统3.组建模型机,编写应用程序进行调试二、设计器材 EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套,排线若干。三、设计要求(1)指令在8条以上(2)寻址方式包括:寄存器寻址、直接寻址、立即数寻址(3)数据由键盘输入(4)由数码管显示结果四、模型机结构图1模型机结构框图图1中运算器ALU由U7U10四片74LS181构成,暂存器1由U3、U4两片74LS273构成,暂存器2由U5、U6两片74LS273构成。微控器部分控存由U13U15三片2816构成。除此之外,CPU的其它部分都由EP1K10集成(其原理见系统介绍部分)。存储器
4、部分由两片6116构成16位存储器,地址总线只有低八位有效,因而其存储空间为00HFFH。输出设备由底板上的四个LED数码管及其译码、驱动电路构成,当D-G和W/R均为低电平时将数据总线的数据送入数码管显示。在开关方式下,输入设备由16位电平开关及两个三态传输芯片74LS244构成,当DIJ-G为低电平时将16位开关状态送上数据总线。在键盘方式或联机方式下,数据可由键盘或串口输入,然后由监控程序直接送上数据总线,因而外加的数据输入电路可以不用。注:本系统的数据总线为16位,指令、地址和程序计数器均为8位。当数据总线上的数据打入指令寄存器、地址寄存器和程序计数器时,只有低8位有效。五、指令编码及
5、微程序1数据格式本实验计算机采用定点补码表示法表示数据,字长为16位,其格式如下:1514 13 0符号尾 数其中第16位为符号位,数值表示范围是:-32768X32767。2指令格式(1)算术逻辑指令设计9条单字长算术逻辑指令,寻址方式采用寄存器直接寻址。其格式如下:7 6 5 43 21 0OP-CODErsrd其中OP-CODE为操作码,rs为源寄存器,rd为目的寄存器,并规定:OP-CODE011110001001101010111100110111101111指令CLRMOVADDSUBINCANDNOTRORROLrs或rd选定寄存器00Ax01Bx10Cx9条算术逻辑指令的名称、
6、功能和具体格式见表1。(2)存储器访问及转移指令 存储器的访问有两种,即存数和取数。它们都使用助记符MOV,但其操作码不同。转移指令只有一种,即无条件转移(JMP)。指令格式如下:7 65 43 21 000MOP-CODErdD其中OP-CODE为操作码,rd为寄存器。M为寻址模式,D随M的不同其定义也不相同,如下表所示:OP-CODE000110指令说明写存储器读存储器转移指令寻址模式M有效地址ED定义说 明00E=(PC)+1立即数立即寻址10E=D直接地址直接寻址11E=100H +D直接地址扩展直接寻址注:扩展直接寻址用于面包板上扩展的存储器的寻址。(3)I/O指令 输入(IN)和输
7、出(OUT)指令采用单字节指令,其格式如下:7 6 5 43 21 0OP-CODEaddrrd其中,当OP-CODE=0100且addr=10时,从“数据输入电路”中的开关组输入数据;当OP-CODE=0100且addr=01时,将数据送到“输出显示电路”中的数码管显示。3指令系统有14条基本指令,其中算术逻辑指令8条,访问内存指令和程序控制指令4条。输入输出指令2条。表1列出了各条指令的格式、汇编符号和指令功能。表1 指令格式汇编符号指令的格式功 能MOV rd,rs1000 rs rdrsrdADD rd,rs1001 rs rdrs+rdrdSUB rd,rs1010 rs rdrd-
8、rsrdINC rd1011 rd rdrd+1rdAND rd,rs1100 rs rdrsrdrdNOT rd1101 rd rd/rdrdROR rd1110 rd rdrdROL rd1111 rd rdrdMOV D,rd00 10 00 rdrdDDMOV rd, D00 10 01 rdDrdDMOV rd,D00 00 01 rdDrdDJMP D00 00 10 00DPCDIN rd, KIN0100 10 rdKINrdOUT DISP,rd0100 01 rdrdDISP 4设计微代码微程序设计的关键技术之一是处理好每条微指令的下地址,以保证程序正确高效地进行。本系统采
9、用分段编码的指令格式,采用断定方式确定下一条微指令的地址。控制场 下地址场微指令寄存器MIR微地址形成电路控存CM微操作控制信号指令操作码状态条件微指令微地址图2 断定方式微程序控制部件示图每条微指令由24位组成,其控制位顺序如下:24232221201918171615 14 1312 11 109 8 7654321S3S2S1S0MCnWE1A1BF1F2F3uA5uA4uA3uA2uA1uA0MS24MS16对应于微指令的第2416位,S3S2S1S0MCn为运算器的方式控制, WE为外部器件的读写信号,1表示写,0表示读;控制总线上的WR为外部读写控制电路的输出,其控制电路为: 图3
10、控制电路1A、1B用于选通外部器件,通常接至底板IO控制电路的1A1B端,四个输出Y0Y1Y2Y3接外部器件的片选端。(注:Y3被系统占用,用于输入中断,Y0Y1Y2能被用户使用)。I/O控制电路由一片74LS139构成,用于为外部器件提供选通信号。其原理和逻辑关系如下图所示:图4 I/O控制电路输 入输 出1A1BY0Y1Y2Y3000111101011011101111110微指令中的uA5-uA0为6位的后续微地址。、三个字段的编码方案如表2:表2 、编码方案F1字段F2字段F3字段15 14 13选择12 11 10选择9 8 7选择0 0 0LRi0 0 0RAG0 0 0P10 0
11、 1LOAD0 0 1ALU-G0 0 1AR0 1 0LDR20 1 0RCG0 1 0P30 1 1自定义0 1 1自定义0 1 1自定义1 0 0LDR11 0 0RBG1 0 0P21 0 1LAR1 0 1PC-G1 0 1LPC1 1 0LDIR1 1 0299-G1 1 0P41 1 1无操作1 1 1无操作1 1 1无操作 MS15MS13对应于微指令中的F1,经锁存译码后产生6个输出信号:LRi、LDR1、LDR2、LDIR、LOAD、LAR。其中LDR1、LDR2为运算器的两个锁存控制;LDIR为指令寄存器的锁存控制;LRi为寄存器堆的写控制,它与指令寄存器的第0位和第1位
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