硬件课程设计报告样本25 53 54

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1、 院 系： 计算机系 专 业：计算机科学与技术 学 号： 110601125 110601153 110601154 姓名： 贾志鹏 张征 张之韬 指导教师：帅辉明 (标明本组的座位号) 南京理工大学紫金学院 2010.5一、设计目的通过本次硬件实验, 设计一个使用微程序控制器的模型计算机，搭建一个复杂模型机的基本模型,加深对于计算机组成原理的认识,深刻了解计算机体系结构,熟悉计算机内部各个部件的工作原理与流程，让我们理论与实践并行。二、所用设备TDN-CM+实验教学系统一台,PC微机一台,三、设计思想1、确定设计目标：确定所设计计算机的功能和用途。2、确定指令系统：确定数据的表示格式、位数、

2、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式。3、确定总体结构与数据通路：总体结构设计包含确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构，列出各种信息传送路径以及实现这些传送所需要的微命令。4、设计指令执行流程：数据通路确定后，就可以设计指令系统中每条指令的执行流程。根据指令的复杂程度。每条指令所需要的机器周期数。对于微程序控制的计算机，根据总线结构，需要考虑哪些微操作可以安排在同一个微指令中。、确定微程序地址：根据后续微地址的形成方法，确定每条微程序地址及分支转移地址。、根据微指令格式，将微程序流程中的所有微操作进行二进制代码化，写入到控制存储器中的相应单元中。 、组装、调试：在总装调试前，

3、先按功能模块进行组装和分调， 因为只有功能模块工作正常后，才能保证整机的运行正确。四、指令系统格式字 段 说 明 A B CWEA9A8Y功能151413选择121110选择987选择000Y0读INPUT000无000无000无001Y1读RAM001Ldri001Rs-b001P(1)101Y1写RAM010Lddr1010Rd-b010P(2)110Y2写OUTPUT011Lddr2011Ri-b011P(3)011Y3无100Ldir100299-b100P(4)010Y2读接口芯片端口101Load（pc置数）101Alu-b101Ar（影响z c）110Ldar110Pc-b110

4、Ldpc移位控制电路功能表299-bs1s0m功能000任意保持0101循环右移0100带进位循环右移0010循环左移0011带进位循环左移任意11任意装数五、微操作流程图六、 生成指令及对应微程序列表地址微操作2423222120191817161514131211109 87 654321S3S2S1S0MCnWEA9A8 A B C ua5ua4ua3ua2ua1ua000复位,p(4)00000001100000010000100001Pc-ar,pc+1-pc00000001111011011000001002Ram-ir,p(1)00000000110000000101000010

5、input-r000000000000100000000000112Pc-ar,pc+1-pc00000001111011011000011107RAM-bus-ar00000000111000000000100008R0-bus-ram00000010100000100000000111Pc-ar,pc+1-pc00000001111011011000001103RAM-bus-ar00000000111000000000010004RAM-bus-dr200000000101100000000010105R0-dr100000001101000100000011006(dr1)+(dr2)

6、-r000010101100110100000000114Pc-ar,pc+1-pc0000000111101101100010100ARAM-bus-ar0000000011100000000010110BRAM-bus-dr20000000010110000000011000CR0-dr10000000110100010000011010D(dr1)-(dr2)-r001100001100110100000000115Pc-ar,pc+1-pc00000001111011011000001103RAM-bus-pc000000001101110110000001RR02Ram-ir,p(1

7、)0000000011000000 011010102AR0-2990011000110000010000011010D右循环0010100110000000000011100E299-R0000000011001100000000001RL02Ram-ir,p(1)0000000011000000 011011102ER029900110001100000100001000010左循环0001100110000000000011100E299-R0000000011001100000000001RRC02Ram-ir,p(1)0000000011000000 011010102CR0-299

8、0011000110000010000011110F右循环带进位0010000110000001010011100E299-R0000000011001100000000001七、验证程序1-3 IN STA ADD$P0000 ;IN R0$P0110 ;ADD 30H,R0$P0230$P0320 ;STA 40H,R0$P0440$M00018001 ;复位$M0101ED82;PC-AR PC+1$M0200C050;RAM-IR,P(1)$M10001001;SW-R0$M1201ED87 ;$M0700E008 ;$M08029201 ;$M1101ED83 ;$M0300E004

9、 ;$M0400B005 ;$M0501A206 ;$M06159A01 ;4 SUB$P0040$M00018001 ;复位$M0101ED82;PC-AR PC+1$M0200C050;RAM-IR,P(1)$M10001001$M1401ED83$M0300E007$M0700B005$M0501A206$M06619A015 JMP$P0030$P0080$M00018001 ;复位$M0101ED82;PC-AR PC+1$M0200C050;RAM-IR,P(1)$M10001001$M1301ED83$M0300E004$M040080016 RR$P0000 ;IN R0$P0

10、1A0 ;IN Ram$M00018001 ;复位$M0101ED82;PC-AR PC+1$M0200C060$M20001001;SW-R0$M2A31820D$M0D29800E$M0E0198017 RL$P0000 ;IN R0$P01E0 ;IN Ram$M00018001 ;复位$M0101ED82;PC-AR PC+1$M0200C060$M20001001;SW-R0$M2E318210$M1021814E$M0E0198018 RRC$P01E0 ;IN Ram$M00018001 ;复位$M0101ED82;PC-AR PC+1$M0200C06C$M2C31820F$M

11、0F21814E$M0E019801八、设计总结 110601125 贾志鹏经过两天的实验，我们组完成了本次硬件课程设计。本次硬件课程设计主要分为：（1） 根据实验线路图连线试验箱，并利用CMPP软件测试试验箱是否连接正确（2） 了解微指令，根据流程图编写八个微指令（3） 根据编写的八个微指令编写测试程序，并在CMPP测试微指令是否正确第一个实验主要考验我们的细心，在连线过程中是我们对于实验盒各个模块的了解以及对于硬件连线的熟悉。在连线过程中需要注意一下事项： 所有信号的连线工作必须在实验箱关机断电的情况下进行。 导线头要拉直并按垂直方向插入插孔。 连线完成后要进行检查，确定无误后，方可加电。

12、 多余导线不得乱放在实验箱上，以避免短路。 做完实验后，要将导线垂直拔出。 在运行实验程序前，实验箱上电路连接必须准确无误并且加电。由于我们组分工明确，且逻辑清晰，所以本次试验很快完成，且一次通过测试。第二个试验是了解微指令，并通过伪指令流程图编写8个微指令。由于在之前组原课程中有学习到微指令微操作，但不甚了解。此次也是根据流程图以及微指令标准格式尝试编写，遇到问题也都向老师提问了解。编写过程还好，但是最后还得通过测试才算正确。我们组编写了IN STA ADD SUB JMP RR RL RRC这8个指令。 第三个试验是根据自己编写的微指令编写相应的测试程序，并且通过CMPP程序测试，通过测试

13、即算完成了。其中有个难题是前面的机器指令，很多次问题并不是处在微指令上，而是处在机器指令上以及地址问题上。通过向老师提问解答，终于搞明白了。并且通过测试，只是最后一个RRC的过程还是有点不甚了解。通过本次试验加深了我们对微指令微操作的了解，并且对硬件试验有了一定认知，提高了对于微机及硬件试验的兴趣。但是对于辛苦了两天，问了那么多问题，最后还是得了个C，不是很理解。八、设计总结 张征 110601153通过近两天的计算机硬件课程设计，我大概懂得了微程序控制器的模型计算机是怎么样去连线和工作的。首先我们需要连线，然后设计机器指令，将机器指令分解为微程序，再设计微指令，设计测试程序，最后完成调试。在

14、一开始的硬件连线部分，我负责看图并告诉队友连接地点，这是一个繁琐的过程，他里面有二线的、四线的、六线的、八线的，要根据具体情况具体分析，最多的是八线的，其他的也很多。连的时候还需要对应连接，不然就会有问题。在连接的时候，我需要一块块的划分好，连好这一块，接着连那一块，最后全部连好。由于我们组，分工详细，所以一次性就连接成功。接着，老师给了我们微程序流程图，也讲解了如何设计微指令，并且示范了几个。要求我们再做八个微指令。接着我们根据老师的要求开始设计微指令，我们组一开始以为只要设计八个就行了，因此浪费了很多时间，后来才知道，整个一组指令才算一个，要做八条组。因此，我们组选择了IN、STA、ADD

15、、SUB、JMP、RL、RR、RRC这八组微指令，在做前三个指令时，我们问了老师很多问题，做的也很成功，但是到了吃饭的时间，只能下午再做。下午的时候，我们都是自己再做后面的微指令，第四第五个都很成功，直到六七八的时候遇到了问题，在做测试程序的时候出现了问题，调试不能正常进行，出现了错误，最后经过不断的尝试还是成功了，做完了八组微指令，并且设计出了测试程序，运行CMPP软件，装载微程序和测试指令，打开复杂模型机通路图，运行测试指令，观察通路图上各寄存器和控制信号的变化。经过这次的实验，我对于计算机硬件课程有了更深的理解，知道了如何设计机器指令，将机器指令分解为微程序，如何设计微指令，设计测试程序

16、，最后完成调试。以后还会有更多的实验，要好好对待，认真实验，有更多的心得体会。八、设计总结 这次的实验的主要有两个部分组成，一是连接一个使用微程序控制器的模型计算机，就是根据老师PPT给我们的线路图将电脑右面的实验箱里面的链路板通过不同插口数目的线连接起来。二是自己设计微程序并且自己设计的微程序要能够在电脑里面的模型计算机里面顺利运行起来。第一个实验做起来非常的简单，根据老师的要求和PPT上面的连接图细心的连接，一会就连接完成了。其中需要重点注意的地方是当连接线的线孔超过2个的时候必须根据设计图上面的要求将线上相同颜色的部分对应的部分进行连接。第二个实验相对比较的难，首先是自己对于对于计算机组

17、成原理里面的微程序这一部分不是很了解，其实对于嵌入式里面的二进制表示的含义不是很熟悉。但是后来通过老师所给我的PPT我知道了微程序是在机器的一个CPU周期中，一组实现一定操作功能的微命令的组合，构成一条微指令。若干条微指令组成一段微程序，解释执行一条机器指令。微程序事先放在控制存储器中，执行机器指令时再取出。设计的步骤主要是：设计机器指令，将机器指令分解为微程序，设计微指令，设计测试程序，最后再调试。在微程序设计的过程中我们遇到了很多问题，特别是在进行机器微指令查询和自己在TXT里面的书写整个程序的时候非常的犹豫，由于很多的指令选择的时候自己对其本质的了解非常的模糊，感觉有两个或者更多的都符合

18、，所以在整条的微程序写完之后就出现运行失败，或者与流程图不符合。在小组的讨论和老师的帮助指点之下，我们解决了一个又一个问题。我们发现了团队力量的伟大。本来很多的程序都无法运行，微指令写入地址本来也有很多的问题，在自己和老师同学的讨论之后不停的进行者修改，终于完成了RR,RRC,RL等八个微程序，在电脑上也能够正常运行。经过这次的硬件实验我学习到了很多，不止是在硬件学习方面的知识，更多的是与他人的配合，讨论，互相的学习。硬件的学习实验让我了解的到了在比较困难的实验或者是工程项目面前个人的能力往往不及团队的力量。只有团队里面的成员互相帮助，互补长短，才能够取得最后的成功，才能够更好的提高自己的学习效率，激发自我的学习兴趣。我希望自己能够在日后的实验学习中像这次一样学到更多的东西和知识。11