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正文內(nèi)容

基于td–cma實驗教學(xué)系統(tǒng)的模型計算機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn)課程設(shè)計論文(編輯修改稿)

2025-04-03 10:29 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 SiCiO r M o d leins t 6AiBiC i 1SiCiO r M o d leins t 7A[1]B[1]S[2]S[5]S[6]S[3]S[4] S[7]B[ 0]A[ 0]A[2]A[3] A[4] A[5]A[6]A[7]B[2]B[3] B[4]B[5]B[6]B[7]C [ 7]C H [ 0]S[1]S[0] 圖6 由半加器實現(xiàn)全加器 A [7 ..0 ]B [7 ..0 ]C H [0 ]S [7 ..0 ]C [7 ]A D D T O Pins t 10S [ 7. . 0]C [ 7]A [ 7. . 0]B [ 7. . 0] 圖7 加法器芯片 計算機(jī)組成原理課程設(shè)計 9 22 乘 運(yùn)算 圖8 23 乘加 運(yùn)算 與 乘法 與 加法相同。 計算機(jī)組成原理課程設(shè)計 10 22 減 運(yùn)算 圖9 第四章 軟件設(shè)計 1 設(shè)計內(nèi)容: 1.全面深刻地分析西安唐都科教儀器公司 的 TD– CMA 實驗教學(xué)系統(tǒng)的 組成與結(jié)構(gòu) , 為設(shè)計模型 計算機(jī)系統(tǒng)作準(zhǔn)備 ; 2. 在 TD– CMA 實驗教學(xué)系統(tǒng)平臺下完成指令寫入及程序的運(yùn)行和調(diào)試。 3. 連線搭建實現(xiàn)一個簡單的模型計算機(jī),包括 CPU,存儲器,輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。其中 CPU 由運(yùn)算器(使用大規(guī)??删幊踢壿嬈骷? CPLD設(shè)計實現(xiàn))、微程序控制器( MC)、通用寄存器,指令寄存器( IR)、程序計數(shù)器( PC)和地址寄存器( AR)組成。 。 計算機(jī)組成原理課程設(shè)計 11 2 設(shè)計要求: 1.為了搭建模型機(jī)實驗平臺進(jìn)行調(diào)試和實驗做準(zhǔn)備,所設(shè)計的模型計算 機(jī)系統(tǒng)應(yīng)借鑒計算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu); 2.畫出使用 QuartusII 軟件設(shè)計好的運(yùn)算器的接線圖。 3. 畫出簡單模型機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖; 4. 畫出簡單模型機(jī)微程序流程圖及對應(yīng)的二進(jìn)制微代碼表。 5. 畫出簡單模型計算機(jī)的接線圖。 1 模塊流程圖 NOP PC A R PC + 1 MEM I R 01 03 00 P ( 1) = = 1 N Y 3 1 IN R1 3 1 01 01 IN IN R0 IN IN R2 IN 01 R1 B R0 A R2 E A D D 34 04 05 06 A * B R0 R1 B R0 A MUL 35 07 08 01 A * B + E R0 R1 B R0 A MA D 36 09 0A 01 R2 E R1 B R0 A SU B 37 0D R 1 O U T 01 O U T 38 R0 O U T 01 O U T 39 A B R0 01 A + B + C R0 01 32 33 0B 0C R 2 O U T O U T 3A 圖10 2 源程序清單與注釋 。 //***** Start Of Main Memory Data *****// $P 00 10 $P 01 20 計算機(jī)組成原理課程設(shè)計 12 $P 02 30 $P 03 40 $P 04 80 $P 05 10 $P 06 20 $P 07 30 $P 08 50 $P 09 80 $P 0A 10 $P 0B 20 $P 0C 30 $P 0D 60 $P 0E 80 $P 0F 10 $P 10 20 $P 11 30 $P 12 70 $P 13 80 。 //***** End Of Main Memory Data *****// 。 //** Start Of MicroController Data **// $M 00 000001 $M 01 006D43 $M 03 107070 $M 04 0006C5 $M 05 000906 $M 06 019201 $M 07 0006C8 $M 08 009201 $M 09 0006CA $M 0A 00090B $M 0B 011201 $M 0C 0006CD $M 0D 001201 $M 31 181001 $M 32 182021 $M 33 183001 $M 34 000484 $M 35 000487 $M 36 000489 $M 37 00048C $M 38 280401 $M 39 280601 計算機(jī)組成原理課程設(shè)計 13 $M 3A 280801 。 //** End Of MicroController Data **// 第五章 調(diào)試過程 1 設(shè)計內(nèi)容: 1.編寫出實現(xiàn)自定義指令系統(tǒng)的微程序; 2. 將 所編寫的微程序存儲到 控制存儲器中 ; 3.在 TD– CMA 實驗教學(xué)系統(tǒng)平臺上調(diào)試和完成微程序控制器的設(shè)計工作; 2 設(shè)計要求: 1.認(rèn)真閱讀實驗教材,了解實驗所用儀器和設(shè)備的使用方法及注意事項; 2. 將 所編寫的微程序存儲到 控制存儲器中 ; 3.用單步執(zhí)行微指令方式執(zhí)行微程序并觀測所發(fā)出的控制信號; 4.每組編寫的程序必須有助記符表示的匯編語言源程序,并把源程序翻譯 成機(jī)器指令代碼,并紀(jì)錄相關(guān)實驗結(jié)果; 5.實現(xiàn)微程序功能后經(jīng)指導(dǎo)老師審核驗收。 計算機(jī)組成原理課程設(shè)計 14 1 硬件連線 圖1 2 實驗步驟 21 制定模型機(jī)設(shè)計方案 ( 1)根據(jù)任務(wù)書要求,畫出系統(tǒng)框圖,設(shè)計模型及功能及模塊流程圖。 ( 2)根據(jù)設(shè)計思路,使用 Quartos II 將運(yùn)算器以及寄存器、暫存器等芯片做好,進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試,檢查是否正確。 ( 3)根據(jù)框圖寫出微指令。 ( 4) 將運(yùn)算電路導(dǎo)入實驗箱,進(jìn)行驗證。 計算機(jī)組成原理課程設(shè)計 15 ( 5)驗證運(yùn)算電路無誤后,將為程序和主存輸入實驗箱。 ( 6)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證各個功能。 22 模型機(jī)系統(tǒng)總體框圖 圖11 各部 部分的功能和實現(xiàn)途徑 ( 1) LDPC 微程序控制器輸出的 PC 加 1 信號。 ( 2) LOAD 微程序控制器的輸出信號。 LOAD= 0 時, PC 程序計數(shù)器處于并行置數(shù)狀態(tài); LOAD= 1 時, PC 處于計數(shù)狀態(tài)。 ( 3) ALU- BUS 微程序控制器的輸出信號,控制運(yùn)算器的運(yùn)算結(jié)果是否送到總線 BUS,低電平有效。 ( 4) PC- BUS 微程序控制器的輸出信號,控制程序計數(shù)器的內(nèi)容是否送到總線 BUS, 低電平有效。 ( 5) R0- BUS 微程序控制器的輸出信號,控制寄存器 R0 的內(nèi)容是否送到總線 BUS,低電平有效。 ( 6) SW- BUS 微程序控制器的輸出信號,控制 8 位數(shù)據(jù)開關(guān) SW7- SW0 的C 計算機(jī)組成原理課程設(shè)計 16 開關(guān)量是否送到總線,低電平有效。 ( 7) LDR0 微程序控制器的輸出信號,控制把總線上的數(shù)據(jù)打入寄存器 R0。 ( 8) LDDR1 微程序控制器的輸出信號,控制把總線上的數(shù)據(jù)打入運(yùn)算暫存器 DR1。 ( 9) LDDR2 微程序控制器的輸出信號,控制把總線上的數(shù)據(jù)打入運(yùn)算暫存器 DR2。 ( 10) LDIR 微程序控制器的輸出信號,控制把總線上的數(shù)據(jù)(指令)輸入到指令寄存器 IR 中。 指令系統(tǒng) 表2 指令 格式 指令操作碼及二進(jìn)制代碼 功能 備注 IN0 R0。 IN0—— 0001 0000(10H) 輸入數(shù)據(jù)到 R0。 IN1 R1。 IN1—— 0010 0000 (20H) 輸入數(shù)據(jù)到 R1。 IN1 R2。 IN2—— 0011 0000 (30H) 輸入數(shù)據(jù)到 R2。 ADD R0, R1,R2。 ADD—— 0100 0000( 40H) ( R0)與( R1)與R3 相加結(jié)果送 R0 MUL4 R0, R1。 MUL4—— 0101 0000( 50H) ( R0 低 4 位)與( R1 低 4 位)相乘結(jié)果送 R0 MAD R0, R1,R2。 MAD—— 0110 0000( 60H) ( R0 低 4 位)與( R1 低 4 位)相乘再與 R2 相加結(jié)果送 R0 SUB R0, R1。 SUB—— 0111 0000( 70H) R0 與 R1 相減結(jié)果送 R0 OUT0 R0。 OUT0—— 1000 0000( 80H) ( R0)輸出到 LED OUT1 R1。 OUT1—— 1001 0000( 90H) ( R1)輸出到 LED OUT R2 OUT2 —— 1010 0000( A0H) ( R2)輸出到 LED 存儲器操作 起始地址從 00 開始 表3 地址 十六 進(jìn) 制表示 高五位 S3S0 A 字段 B 字段 C 字段 UA5UA0 00 000001 00000 0000 000 000 000 000001 01 006D43 00000 0000 110 110 101 000011 計算機(jī)組成原理課程設(shè)計 17 03 107070 00010 0000 111 000 001 110001 04 0006C5 00000 0000 000 011 011 000101 05 000906 00000 0000 000 100 100 000110 06 019201 00000 0011 001 001 000 000001 07 0006C8 00000 0000 000 011 011 001000 08 009201 00000 0010 001 001 000 000001 09 0006CA 00000 0000 000 011 011 001010 0A 00090B 00000 0000 000 100 100 001011 0B 011201 00000 0001 001 001 000 000001 0C 0006CD 00000 0000 000 011 011 001101 0D 001201 00000 0000 001 001 000 000001 31 181001 00011 0000 001 000 000 000001 32 182021 00011 0000 010 000 000 000001 33 183001 00011 0000 011 000 000 000001 34 000484 00000 0000 000 010 010 000100 35 000487 00000 0000 000 010 010 000111 36 000489 00000 0000 000 010 010 001001 37 00048C 00000 0000 000 010 010 001100 38 280401 00101 0000 000 010 000 000001 39 280601 00101 0000 000 011 000 000001 3A 280801 00101 0000 000 100 000 000001 3 出現(xiàn)的問題 ( 1)前期出現(xiàn) 的問題,根據(jù)課程設(shè)計任務(wù)要求, 不能很清楚的 寫出微指令與模型機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 。 ( 2) 在編譯運(yùn)算器時開始總編譯不通過,出現(xiàn)錯誤,在引腳分配上也有名稱重復(fù)的現(xiàn)象。 ( 3)驗證運(yùn)算器的正確性時,電腦出現(xiàn)一些問題,數(shù)據(jù)無法傳入 CMA 實驗箱中。再微程序試驗中,編寫微指令。將寫好的微指令存入 CMA 實驗箱中,按連接圖連接線路,去無法正常顯示。 ( 4)實驗箱接線總是出問題導(dǎo)致一些功能的實現(xiàn)出現(xiàn)問題。 ( 5)在編寫微程序時我們用了三個寄存器還有三個暫存器在分配引腳時出現(xiàn) A字段不夠的情況。 計算機(jī)組成原理課程設(shè)計 18 4 解決的方法 本次計算機(jī)組成原理課程設(shè) 計中遇到許多問題,自己小組討論,和其他小組討論,問老師及同學(xué)最后得到解決。 ( 1) 通過自己查資料,問老師同學(xué)實現(xiàn)指令的確定及編寫,在董老師給我們做了細(xì)致的講解之后我們畫出了模型機(jī)結(jié)構(gòu)框圖。 ( 2) 通過更改引腳分配,修改了一些重復(fù)的連接線后編譯通過。 ( 3) 與老師交流了一下更換了一臺主機(jī)。
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