【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(shí)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(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 9 22 乘 運(yùn)算 圖８ 23 乘加 運(yùn)算 與 乘法 與 加法相同。 計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 10 22 減 運(yùn)算 圖９ 第四章 軟件設(shè)計(jì) 1 設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的 組成與結(jié)構(gòu) ， 為設(shè)計(jì)模型 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作準(zhǔn)備 ； 2． 在 TD– CMA 實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)下完成指令寫(xiě)入及程序的運(yùn)行和調(diào)試。 3. 連線搭建實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的模型計(jì)算機(jī)，包括 CPU，存儲(chǔ)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(jì)實(shí)現(xiàn)）、微程序控制器（ MC）、通用寄存器，指令寄存器（ IR）、程序計(jì)數(shù)器（ PC）和地址寄存器（ AR）組成。 。 計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 11 2 設(shè)計(jì)要求： 1．為了搭建模型機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行調(diào)試和實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備，所設(shè)計(jì)的模型計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)應(yīng)借鑒計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)； 2．畫(huà)出使用 QuartusII 軟件設(shè)計(jì)好的運(yùn)算器的接線圖。 3. 畫(huà)出簡(jiǎn)單模型機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖； 4. 畫(huà)出簡(jiǎn)單模型機(jī)微程序流程圖及對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制微代碼表。 5. 畫(huà)出簡(jiǎn)單模型計(jì)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(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 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(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 13 $M 3A 280801 。 //** End Of MicroController Data **// 第五章 調(diào)試過(guò)程 1 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1．編寫(xiě)出實(shí)現(xiàn)自定義指令系統(tǒng)的微程序； 2． 將 所編寫(xiě)的微程序存儲(chǔ)到 控制存儲(chǔ)器中 ； 3．在 TD– CMA 實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)上調(diào)試和完成微程序控制器的設(shè)計(jì)工作； 2 設(shè)計(jì)要求： 1．認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)教材，了解實(shí)驗(yàn)所用儀器和設(shè)備的使用方法及注意事項(xiàng)； 2． 將 所編寫(xiě)的微程序存儲(chǔ)到 控制存儲(chǔ)器中 ； 3．用單步執(zhí)行微指令方式執(zhí)行微程序并觀測(cè)所發(fā)出的控制信號(hào)； 4．每組編寫(xiě)的程序必須有助記符表示的匯編語(yǔ)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(shí)驗(yàn)結(jié)果； 5．實(shí)現(xiàn)微程序功能后經(jīng)指導(dǎo)老師審核驗(yàn)收。 計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 14 1 硬件連線 圖１ 2 實(shí)驗(yàn)步驟 21 制定模型機(jī)設(shè)計(jì)方案 （ 1）根據(jù)任務(wù)書(shū)要求，畫(huà)出系統(tǒng)框圖，設(shè)計(jì)模型及功能及模塊流程圖。 （ 2）根據(jù)設(shè)計(jì)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(xiě)出微指令。 （ 4） 將運(yùn)算電路導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)箱，進(jìn)行驗(yàn)證。 計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 15 （ 5）驗(yàn)證運(yùn)算電路無(wú)誤后，將為程序和主存輸入實(shí)驗(yàn)箱。 （ 6）輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證各個(gè)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(shí)現(xiàn)途徑 （ 1） LDPC 微程序控制器輸出的 PC 加 1 信號(hào)。 （ 2） LOAD 微程序控制器的輸出信號(hào)。 LOAD＝ 0 時(shí)， PC 程序計(jì)數(shù)器處于并行置數(shù)狀態(tài)； LOAD＝ 1 時(shí)， PC 處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。 （ 3） ALU－ BUS 微程序控制器的輸出信號(hào)，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(hào)，控制程序計(jì)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(hào)，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(hào)，控制 8 位數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān) SW7－ SW0 的C 計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 16 開(kāi)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(hào)，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(hào)，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(hào)，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(hào)，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(chǔ)器操作 起始地址從 00 開(kāi)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(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 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(wèn)題 （ 1）前期出現(xiàn) 的問(wèn)題，根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)要求， 不能很清楚的 寫(xiě)出微指令與模型機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 。 （ 2） 在編譯運(yùn)算器時(shí)開(kāi)始總編譯不通過(guò)，出現(xiàn)錯(cuò)誤，在引腳分配上也有名稱(chēng)重復(fù)的現(xiàn)象。 （ 3）驗(yàn)證運(yùn)算器的正確性時(shí)，電腦出現(xiàn)一些問(wèn)題，數(shù)據(jù)無(wú)法傳入 CMA 實(shí)驗(yàn)箱中。再微程序試驗(yàn)中，編寫(xiě)微指令。將寫(xiě)好的微指令存入 CMA 實(shí)驗(yàn)箱中，按連接圖連接線路，去無(wú)法正常顯示。 （ 4）實(shí)驗(yàn)箱接線總是出問(wèn)題導(dǎo)致一些功能的實(shí)現(xiàn)出現(xiàn)問(wèn)題。 （ 5）在編寫(xiě)微程序時(shí)我們用了三個(gè)寄存器還有三個(gè)暫存器在分配引腳時(shí)出現(xiàn) A字段不夠的情況。 計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 18 4 解決的方法 本次計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè) 計(jì)中遇到許多問(wèn)題，自己小組討論，和其他小組討論，問(wèn)老師及同學(xué)最后得到解決。 （ 1） 通過(guò)自己查資料，問(wèn)老師同學(xué)實(shí)現(xiàn)指令的確定及編寫(xiě)，在董老師給我們做了細(xì)致的講解之后我們畫(huà)出了模型機(jī)結(jié)構(gòu)框圖。 （ 2） 通過(guò)更改引腳分配，修改了一些重復(fù)的連接線后編譯通過(guò)。 （ 3） 與老師交流了一下更換了一臺(tái)主機(jī)。