计算机硬件课程设计--简单模型机设计

计算机硬件课程设计一简单模型机设计计算机硬件综合课程设计报告简单模型机设计一、设计要求硬件：TDN-CM+计算机组成原理实验系统一台，PC机一台，排线若干，串口线一根。

软件：CMP软件二、设计目的1.通过对一个简单计算机的设计,对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解，加深对理论课程的理解。

2・通过这次课程设计，建立整机的概念，对程序进行编辑，校验，锻炼理论联系实际的能力。

3・通过本次课程设计熟悉和训练设计思路与实现方法。

4.通过本次课程设计锻炼团队合作的能力和团队问题的解决。

三、设计电路及连线设计电路及连线实验图如下图1-1所示。

图1-1简单模型机连线图四、设计说明本次课程设计将能在微程序控制下自动产 生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。

这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器BV$ UNI T B?WEO-0K24SIGN A 巳 UN 〔丁SV4TCB WVRS.BRD-B RU LMRD-S!WMMH^-OKTEOLLERIHS UHCTEX UNLTINPVT C-RS1CK S :SWDSW-B 0-E0S3 B)LOG UNITI -------心ECNU191DDa a z0 ARLDR> 0 M21M18冲£.8 \AG UUITKEG IDUT一 iQ -C? ZIALV U»ITo9 9□ FC -B Q1DPCDO U-NAIF XiEU Ct □D7 d LDARQ<LOAD ^L H -° ；ADWPCaB I BOADDhMSMPTflLDJROUTPUT DEVICEoYaO-- vi0—i来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程本次课程设计釆用五条机器指令：IN （输入）、ADD （二进制加法）、STA （存数）、OUT （输出）、JMP （无条件转移），其指令格式如下（前4位为操作码）:明微程序入口地址IN 0000 0000助记符机器指令码“INPUT DEVICE” 中10RO+[addr]—>R0 RO^[addr] [addr]^BUS addr—PC 0001 000011xxxx xxxx 0010000012xxxx xxxx 0011000013xxxx xxxx 0100000014xxxx xxxx状态—RO其中，IN 为单字长（8位），其余为双字长,xxxx xxxx 为addr 对应的二进制地址码。

设计数据通路框图如图1-2所示。

微代码定 义如表所示。

CPU图1-2数据通路图表“ 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 1 9 1 8 1 7 1 615 14 131211 109 8 76 5 4 3 2 1 S 3 S 2 S 1 S 0wCnWEA 9 A 8A BC u A 5 u A 4 u A 3 u A 2 u A 1 uAA 字段B 字段C 字段1 1 1选9 8 7选 2 1 0 择择BUSbRl(74273)| DR2(74273)R0Z BJ R ()(74374)时序W/ROUTPUT CELE IT Bw/\LU(74I81)ALL-BK2^J R2(74374)地址总线.\R(74273)MEM (6I16)U C -B T3微控器1R (74273 >PC (74161) t9ADINPUT五、设计步骤1 •设计微程序流程图，如图1・3所示。

01 10运行舉程序PC->AR| PC+1 |RAM—BUSBUSTR0210 1114SW->R0PC T AR|POI I0726 0115 17 01 25RAM—BUSBUSBAR0316RAM—BUSBUS—AR1）4RAM—BUSBUS—DR2RO—BUSBUS—RAMRO->D RI06（DR1） +（DR2）—RO06RAM—BUSBUS T ARRAM—BUSBUS->DR1DRILLEDRAM—BUSBUS—PC01控制00八进制微地址20iznnr （on /1（SWB ，SWA ）图1-3微程序流程图2. 微指令代码化,如下表1-2所示。

|pC-*AR[1I PC +I 丨2320□法/01CSTO-BUS BUS->DR1RAM —BUS BUS —DR1DRILLED27DR —RAM3•设计验证程序的内存映像（装入起始地址00H）如下表1-3所示。

表1-34.建立联机操作文件。

为了从PC机下载工作程序和微程序，需要建立联机操作文件，该文件是普通的文本文件, 扩展名为TXT,可用记事本来建立。

源程序如下:$P0000 $P0110 $P020A$P0320 $P040B $P0530 $P060B $P0740 $P0800$P0A01$M00018110 $M0101ED82 $M0200C048$M0300E004 $M0400B005 $M0501A206$M06959A01 $M0700E00D $M08001001$M0901ED83 $M0A01ED87 $M0B01ED8E$M0C01ED96 $M0D028201 $MOEOOEOOF$M0F00A015 $M1001ED92 $M1101ED94$M1200A017 $M13018001 $M14002018$M15070A01$M1600D181$M17070A10$M18O68A115.调试、执行程序。

首先打开CMP软件，测试端口是否连接成功，然后装入联机操作文件，接着测试程序，测试值RO=FEH,置数据开关状态11111110,根据提示拨动总清开关CLR (0-1)适时清零。

在调试过程中，出现了一些问题，例如，出现提示窗口，提示源程序第几行错误，经检查原来是数字0写成了字母O；观察数据流通图，有支路不通，就检查该支路的连线，排查错误。

六、设计结果和体会1、设计结果当R0=FEH时，求和结果为FFH,即[0BH] 单元中存储值为FFH, LED显示FF。

2、设计体会此次课程设计，让我对计算机的基本组成、简单运算器的数据传送通路组成、存储器RAM 工作特性及数据的读写方法、时序信号发生电路的组成原理、微程序控制器的设计思路和组成原理、微程序的编制、写入过程有了进一步的了解, 也让我觉得自己的动手能力有很大的提高；自信心也增强了，在课程设计过程中通过仔细查阅资料解决了遇到的问题，做到了理论与实践相结合，巩固和深化了自己的知识结构，收获颇多。

七、建议课程设计可以体现出团队合作程度，紧密合作加上明确分工,，能够大大地提高设计速度，在动手设计之前，最好将设计所需要的数据，程序准备好，为了判断设计结果是否正确，有必要位，以及微程序流程图，理清思路，在设计时做到胸有成竹。

在准备阶段计算理论值。

仔细分析指令的每一复杂模型机设计一、设计要求硬件：TDN-CM+计算机组成原理实验系统一台，PC机一台，排线若干，串口线一根。

软件：CMP软件二、设计目的1.通过对一个简单计算机的设计,对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解，加深对理论课程的理解。

2.通过这次课程设计，建立整机的概念，对程序进行编辑，校验，锻炼理论联系实际的能力。

3.通过本次课程设计熟悉和训练设计思路与实现方法。

4.通过本次课程设计锻炼团队合作的能力和团队问题的解决。

三、设计电路及连线设计电路及连线实验图如下图2-1所示。

图2-1复杂模型机连线图四、设计说明在简单模型机的基础上搭接移位控制电路, 实现移位控制运算。

新增4条移位运算指令:RL （左环移）、RLC （带进位左环移）、RR （右环移）、RRC （带进助记符位右环移）, 其指令格式如下BV$ UNIT B?vz/Ruwrr “T3WE4>D O--QK24STATZ UNITL0GU111Tsv/l FCJi UHLRS.B RD ・B Ri-8 KJ U我RM操作码A1—To■n-k —<“19a] ALV UNIT LCC IJUrrMICRO-CCKTROLLER:ADW?CaB n --------- orM21M18SEI[t<5 UHCT{] ARLWRLJ□LD1REX UNCTKEG OITADDKKSWHI TETPUT DEkHCEO80 FC-B □ 1DPCLDKi »Y00-一INPUTORSTCK "fl":swn・」MA 序 yitu Ct O D7§1o-pu U>K数据通路图如图2・2所示。

图2-2数据通路图五、设计步骤1•设计微程序流程图，如图2・3所示。

运行弹程序01PC-*AR| PC+1 |02 RAM T BUSBUS T IR2001 01|R O —DR133IN ^DD OUT JMPRRRRCRLC2R T 299 ]30RO —299RO —29924RO —29935374134 RAM T BUSBUST ARRAM-*BUS BUSBAR01 3640 440103 JRAM —BUSBUS -*ARRAM —BUS BUS —DR2RO T BUS BUS T RAMRAM —BUS BU S T PC42RAM T BUSBUS —DR1I 05右环移左环移43 J 31 J299->R0299->R007299-RO | J17/ 299->R001Q D R —LED I QI控制00八进制微地址20irurr?((SWB ，SWA)01(DR1) + (DR2)T R001CSWD —BUS BUS->DR110□vh 7RAM —BUS BUS —DR10116微程序流程图件后面。

3•设计验证程序的内存映像（装入起始地址 00H ）如下表2-2所不。

表2-2DR —RAMDRILLED图 2-32•微指令代码化（十六进制表示）,写入操作文4.建立联机操作文件。

为了从PC机下载工作程序和微程序，需要建立联机操作文件，该文件是普通的文本文件，扩展名为TXT,可用记事本来建立。

源程序如下：$P0000$P0110$P020D$P0380$P0400$P0560$P0670$P0720$P080E$P0930$POAOE$P0B40$POCOO$P0D01$M00018108 $M0101ED82 $M0200C050$M0300E004 $M0400B005 $M0501A206$M06959A01 $M0700E00F $M0801ED8A$M0901ED8C $MOAOOAOOE $M0B018001$M0C00200D $M0D068A09 $M0E070A08$M0F028201 $M10001001 $M1101ED83$M1201ED87 $M1301ED99 $M1401ED9C$M1531821D$M1631821F$M17318221$M18313223$M1900E01A$M1AOOAO1B$M1BO7OAO1$M1COOD181$M1D21881E$M1EO198O1$M1F29882O$M20019801$M21118822$M22019801$M23198824$M240198015.调试、执行程序。