计算机组成原理累加器实验报告

1 课程设计任务书 学 院 信息学院 专 业 计算机科学与技术 学生姓 名 学 号 设计题 目 研制一台多累加器结构的实验计算机 内容及要求： 利用 EL-JY-II 型计算机组成原理实验仪提供的硬件资源，通过设计(包括整机结构设计、 指令设计、微程序设计、微指令设计、调试程序设计等) 、组装、调试三个步骤完成一台微 程序控制的简单实验计算机的研制。 设计总要求： 1．实验计算机整机应由如下几个模块组成：运算器、寄存器、指令部件、微程序控制部 件、内存、总线缓冲电路、输入和输出控制电路。 2．运算器采用双数据暂存器多寄存器结构，并带移位运算功能。 3．设计如下几条机器指令的格式，指令格式可以采用单字长或双字长设计。 算术清零运算指令：CLR rd (功能 0 -> rd) 逻辑与运算指令： ADC rs，rd (功能rs + rd+cy -> rd) 输入输出指令： IN #DATA，rd (功能DATA -> rd) OUT Ri (功能Ri的值 -> LED输出) 转移指令： JMP addr (功能addr-> PC) 访问指令： STA addr (功能 Ri-> addr)LDA addr (功能 addr->Ri) 4. 设计微指令的格式, 编写上述每条机器指令所对应的微程序，并上机调试。 5. 通过如下程序的编写调试，验收机器指令、微指令、微程序的设计结果。 IN #data，R0 STA R0, addr MOV R0, R1 CLR R2 CLR R0 LDA addr,R0 ADC R0,R1 OUT R1 JMP 00H 进度安排： 第 17 周：布置课程设计任务，查阅资料，分组设计，实验室组装和调试。 第 18 周：调试，验收，答辩，编写课程设计报告。 指导教师(签字)： 2011 年 12 月 10 日 学院院长(签字)： 2011 年 12 月 10 日2 目录 一、 实验计算机的设计……………………………………………4 1、整机逻辑框图设计…………………………………………………………4 2、指令系统的设计……………………………………………………………5 2.1数据格式……………………………………………………………….5 2.2指令格式、指令编码、指令助记符、指令功能、操作数的寻址方 式……5 3．微操作控制部件的设 计……………………………………………………….8 3.1微指令编码的格式设计………………………………………………8 3.2微操作控制信号设计…………………………………………………8 3.3微程序顺序控制方式设 计………………………………………………9 3.3.1微程序控制部件组成原理………………………………………9 3.3.2微程序入口地址形成方法……………………………………10 3.3.3控存的下地址确定方法………………………………………11 3.3.4微程序在控存中的分布情况…………………………………12 3.4微程序设计……………………………………………………………12 3.4.1写出每条指令对应的微程序流程图…………………………12 3.4.2 写出每段微程序中各微指令的二进制编码、16进制编码…14 3.4.3写出每段微程序在控存中的存放位置………………………153 目录 4．设计组装实验计算机接线表………………………………………………16 5．编写调试程序……………………………………………………………16 二、实验计算机的调 试………………………………………………18 1调试前准备………………………………………………………………18 2程序调试过 程…………………………………………………………….18 3调试结果…………………………………………………………………20 4出错和故障分析………………………………………………………….20 三、课程设计总 结………………………………………………………………21 四、参考文 献……………………………………………………………………214 一、验计算机的设计 1 整机逻辑框图设计模型机是由运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备五大部分组成。 1、运算器又是有299，74LS181完成控制信号功能的算逻部件，暂存器LDR1，LDR2， 及三个通用寄存器Ax，Bx，Cx等组成。 2、控制器由程序计数器PC、指令寄存器、地址寄存器、时序电路、控制存储器及相 应的译码电路组成。 3、存储器RAM是通过CE和W/R两个微命令来完成数据和程序的的存放功能的。 4、输出设备有两位LED数码管和W/R控制完成的。5图 1-1 模型机结构框图 图 1-1中运算器ALU由U7--U10四片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U13--U15三片 2816构成。除此之外，CPU的其他部分都由EP1K10集成。 存储器部分由两片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00H--FFH。 输出设备由底板上的四个LED数码管及其译码、驱动构成，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 态缓冲芯片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，数据可由键盘或上位机输入，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。6 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，只有低八位有效。 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。 2 指令系统的设计 2.1 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 8 位，其格式如下： 表2.1补码表 7 6 5 4 3 2 1 0 符号 尾 数 其中第 8 位为符号位，数值表示范围是：-1≤X<1 2.2 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： 表2.2寻址方式 7 6 5 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，并规定： 表2.3寄存器表 rs 或 rd 选定寄存器 00 Ax 01 Bx 10 Cx9 条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表 2.7 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 表2.4存储器的访问表 7 6 5 4 3 2 1 0 00 M OP-CODE