带移位运算模型机的设计与实现.docx
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带移位运算模型机的设计与实现
广东白云学院课程设计
课程设计题目
学生学号：
学生姓名：
指导教师：
设计成绩：
2010年12月28日
第一章绪论------------------------------------------------------------------------------------1
1.1课程设计的目的-----------------------------------------------------------------------------------------1
1.2课程设计内容--------------------------------------------------------------------------------------------1
1.3关于西安唐都系统--------------------------------------------------------------------------------------1
第二章课程设计理论依据------------------------------------------------------------------2
2.1带移位运算模型机的设计原理-----------------------------------------------------------------------2
2.2概述---------------------------------------------------------------------------------------------------------3
第三章课程设计方案------------------------------------------------------------15
3.1确定课程设计总要求----------------------------------------------------------------------------------15
3.2课程设计逻辑电路图设计----------------------------------------------------------------------------15
3.3课程设计所需指令或程序设计----------------------------------------------------------------------16
3.4设计执行流程图--------------------------------------------------------------------------------------18
3.5设计实现方法--------------------------------------------------------------24
第四章课程设计调试与测试---------------------------------------------------------------31
4.1调试程序步骤--------------------------------------------------------------------------------------------32
4.2程序验证分析--------------------------------------------------------------------------------------------32
第五章结论---------------------------------------------------------------------------------33
参考文献----------------------------------------------------------------------------------------34
第一章绪论
1.1课程设计的目的
1.掌握系统各功能模块的基本工作原理；
2.培养单片机应用系统的设计能力；
3.熟练地应用电子线路CAD工具完成单片机系统的硬件设计任务；
4.进一步熟悉较完整的计算机的设计，全面了解并掌握微程序控制方式计算机的设计方法。
1.2课程设计内容
1．熟悉系统数据通路，包括原理框图与实验箱布置
2．根据数据通路实现实验连线
3．熟悉仿真软件的使用
4．熟悉仿真软件支持的程序与微程序格式
5．将ADD指令做适当的修改操作并调试通过
6．对原理图进行相应的修改，实现带移位的运算的模型机。
1.3关于西安唐都系统
1．先进丰富的课程内容
2．先进设计方法和开发工具
3．先进的实时动态图形调试方式
4．先进的计算机部件设计
5．开放的控制器部件设计
6．先进的系统总线和总线接口设计
7．更为灵活、实用的时序发生电路和操作台设计
8．系统电路的保护性设计保证了系统的安全性
9．系统电路检测功能和实验电路查错功能
第二章课程设计理论依据
2.1带移位运算模型机的设计原理：
图1为带移位运算的模型机实验原理图
移位运算实验原理如图所示，使用了一片74LS299作为移位发生器，其八输入／输出端以排针方式和总线单元连接。
299-B信号控制其使能端，T4时序为其时钟脉冲，实验时将“W/RUNIT”中的T4接至“STATEUNIT”中的KK2单脉冲发生器，由S0S1M控制信号控制其功能状态，其列表如下：
2.2概述
本实验为基本模型机的基础上搭接移位控制电路，实现移位控制运算，原理图如上图所示。
实现移位控制运算。
故实验中新增4条移位运算指令：
RL（左环移）；RLC（带进位左环移）；RR（右环移）；RRC（带进位右环移），其指令格式为
操作码
RR01010000
RRC01100000
RL01110000
RLC10000000
以上4条指令都为单字长指令（8位）。
RR为将R0寄存器中的内容循环右移一位。
RRC为将R0寄存器中的内容带进位右移一位，它将R0寄存器中数据右边第一位移入进位，同时将进位寄存器的数移至R0寄存器的最左位。
RL为将R0寄存器中的数据循环左移一位。
RLC为将R0寄存器中的数据带进位循环左移一位。
同样，本实验为了向RAM中装入程序和数据，设置了三个控制台操作微程序，如下表所示。
SWB
SWA
控制台指令
0
0
读内存（KRD）
0
1
写内存（KWE）
1
1
启动程序（RP）
第三章课程设计方案
3.1课程设计总要求
（1）掌握计算机部件的开发和设计流程。
（2）分析所设计系统中各功能模块的工作原理；
（3）选用合适的器件（芯片）；
（4）提出系统的设计方案；
（5）对所设计电路进行调试，按要求编写课程设计报告书，能正确编写分析、设计、测试等技术文档。
3.2课程设计逻辑电路图设计
3.3课程设计的指令或程序设计
1.带移位运算的模型机的设计与实现指令
（1）IN输入“INPUTDEVICE”－>R0，
（2）ADD[03H]R0+[03H]－>R0，
（3）RLC带进位左移
（4）IN“INPUTDEVICE”－>R0，
（5）RRC带进位右移
（6）RL左环移
（7）STA[0EH]R0－>[0EH]
（8）OUT[0EH][0EH]－>BUS
（9）JMP[00H]00H－>PC
机器指令程序微指令程序
$P0000
$P0110
$P0216
$P0380
$P0400
$P0560
$P0670
$P0720
$P080E
$P0930
$P0A0E
$P0B40
$P0C00
$P1610
$M10011000
$M1183ED01
$M00088101
$M0182ED01
按照规定格式，将机器指令及微指令二进制表编辑成十六进制的如下格式文件。
机器指令格式说明：
$P⨯⨯⨯⨯例：
$P0000
机器指令代码
十六进制地址
0微指令格式说明：
$M⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯例：
$M00018110
十六进制地址微指令代码
注意：
因系统文件格式要求，微指令代码的第一个字节（前8位）与第三字节（后8位）对换一下。
2.机器程序指令
地址（二进制）内容（二进制）助记符说明
0000000000000000IN输入“INPUTDEVICE”－>R0，
//任意输入数据
0000000100010000ADD[16H]R0+[16H]－>R0
0000001000010110
0000001110000000RLC带进位左移
00000100IN“INPUTDEVICE”－>R0，
0000010101100000RRC带进位右移
0000011001110000RL左环移
0000011100100000STA[0EH]R0－>[0EH]
0000100000001l10
0000100100110000OUT[0EH][0EH]－>BUS
00001010
0000101l01000000JMP00H00H－>PC
00001100
0001011000010000自定，10H（16D）
3.4设计执行流程图
3.5设计实现方法
确定连线图,根据各部件的功能，确定好电路各个芯片的连接，如下：
带移位运算的模型机的设计与实现接线图
微代码表
将微程序流程图按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”。
微地址
S3S2S1S0MCNWEA9A8
A
B
C
UA5…UA0
00
000000011
000
000
100
010000
01
000000011
110
110
110
000010
02
000000001
100
000
001
001000
03
000000001
110
000
000
000100
04
000000001
011
000
000
000101
05
000000011
010
001
000
000110
06
011000011
001
101
000
000001
07
000000001
110
000
000
001101
10
000000000
001
000
000
000001
11
000000011
110
110
110
000011
12
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13
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001110
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110
110
110
010110
15
000000101
000
001
000
000001
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000
000
001111
17
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010
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010100
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010
000
000
010111
23
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000
000
000
000001
24
000000000
010
000
000
011000
25
000001110
000
101
000
000001
26
000000001
101
000
110
000001
27
000001110
000
101
000
010000
30
000001101
000
101
000
010001
（1）从实验电路中装入第一个加数10H（0010000）到R0中。
（2）将R0中的装入的加数10H（00010000）装如寄存器DR1中，并且将从[16H]中读取的另一个加数10H（00010000）装入寄存器DR2中，然后通过ALU运算器进行两个寄存器的数据相加得20H（00100000），然后将结果送入R0中。
（3）进行带进位左移操作，得结果为40H（01000000）,并将结果送入R0中。
（4）将结果40H（01000000）左移，得80H（10000000）,并且将结果送入到R0中。
（5）将结果80H通过ALU输出。
第四章带移位运算模型机的调试与分析
4.1调试程序步骤
（1）从实验电路中装入第一个加数10H（0010000）到R0中。
（2）将R0中的装入的加数10H（00010000）装如寄存器DR1中，并且将从[16H]中读取的另一个加数10H（00010000）装入寄存器DR2中，然后通过ALU运算器进行两个寄存器的数据相加得20H（00100000），然后将结果送入R0中。
（3）进行带进位左移操作，得结果为40H（01000000）,并将结果送入R0中。
（4）将结果40H（01000000）左移，得80H（10000000）,并且将结果送入到R0中。
（5）将结果80H通过ALU输出。
4.2程序验证分析
理论分析:
（1）从实验电路中装入第一个加数10H（0001000），并且从内存中读取另一个加数10H（00010000），10H+10H=20H（00100000）。
（2）将结果20H（00100000）进行RRC带进位的左移操作，OF=0，得结果为40H（010000000）。
（3）将结果40H（00100000）进行RL左移，得结果为80H（10000000）。
实验分析：
从所截得的图可得，理论值与实验值相符合。
第五章结论
通过这次课程设计，我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是有许多困难，这毕竟第一次做组成原理课程设计，难免会遇到过各种各样的问题，在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，除此之外，应该多注意或总结一些细节方面。
这次课程设计终于顺利完成了，不过在设计中遇到了很多编程问题，通过小组队员中的积极讨论，也找到了一定的解决方法，这使得我明白了团队合作的重要性。
参考文献：
计算机组成原理清华大学出版社张代远编著
CCT-IV计算机组成原理实验指导书启东计算机厂有限公司
计算机组成与系统结构电子工业出版社胡越明
计算机组成原理实验指导及习题解答甘肃教育出版社文哲蓉苟平章
计算机组成原理实验及课程设计指导重庆大学出版社张庸编著
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