计算机硬件基础.docx
《计算机硬件基础.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机硬件基础.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
计算机硬件基础
扬州大学信息工程学院
课程设计报告
课程名称计算机硬件课程设计
设计题目实验计算机的研制
学生姓名
班级
学号
指导老师
2012年6月17日
目录
一、设计目的与要求
二、实验原理
三、设计微操作信号
四、硬件接线
五、数据通路结构框图
六、指令系统及微指令、微程序
七、调试
八、验收题目
九、心得体会
十、参考文献
一、设计目的与要求
目的：
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了更深的了解，加深对理论课程的理解。
要求：
1.运算器：
采用单累加器多寄存器结构（开关KA、KB、KC、KR分别置左、右、右、左）。
2.指令系统：
16条指令，内存和外设统一编址
3.内存寻址方式：
寄存器直接寻址
寄存器间接寻址
直接寻址
立即数寻址
4.能实现键盘输入的任何两个两位十进制数的加法运算，并打印出这两个两位数及运算结果。
二、实验原理
按照要求设计指令系统，该指令系统能够实现数据传送，进行加、减运算和无条件转移，具有累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存储器直接寻址、立即数寻址等五种寻址方式。
指令系统是设计计算机的依据，拟订指令系统将涉及基本字长、指令格式、指令种类、寻址方式等内容。
基本字长：
程序设计平台中配置的存储器容量为256*8，可知道基本字长定为8位。
指令格式：
指令格式可有单字长和双字长指令两种，在双字长格式中，第二字节一般定义为操作数或操作数地址。
指令格式为：
操作码OP
源操作数
目的操作数
指令类型：
模型机有单操作数指令、双操作数指令和无操作数指令。
操作码OP共四位，最多可定义16条指令。
数据的传送单位为8位
数据的传送范围R—>RR—>RAMRAM—>R
寻址方式：
由于指令较短，操作数字段仅两位，为了简化硬件设计，将操作数字段和目的操作数字段的寻址定义为不同的含义。
源操作数字段寻址方式目的操作数寻址方式
00R000R1
01（R0）01（R1）
10I10I
11D11D
三、设计微操作信号
1、运算器模块（ALU）
SA接XO接M16
SB接X1接M17
P0接CY
P1接A0接SR
P2接A7接SL
CA接Φ非
S3~S0接M23~M20
Cn的非接M19
M接M18
CG接M11
CC接Φ非
OB接M8
OT接M10
CT接+5V
2、寄存器堆模块（REG）
RR接M1
A接I0
B接I1
3、指令部件模块（I-PC）
P+1接M6
GI接M7
CI接Φ非
CK接Φ
CLR接+5V
OI接M15
4、内存模块（MEM）
RC=M2+Φ非
WC=M3+Φ非
5、总线缓冲模块（BUS）
B1、B3接RF
B2=RC+IAB2·IAB10
KA接IAB0
PA接IAB1
6、启停和时停模块（R-P）
DR接M5
RCP接Φ非
7、微程序控制模块（MPG）
MLD接M4
MP+1接+5V
MCLR接R0
MCLK接P0
MIG接地
MD10~MD6接地
MD5接I7
MD4接I6
MD3接I5
MD2接I2
MD1~MD1接+5V
四、硬件接线
SA-X0-M16M-M18CK-ΦMIG-GND
SB-X1-M17CG-M19CLR-+5VMD10-GND
P0-CYOB-M8OI-M15MD9-GND
P1-A0-SROT-M10B1-B3-RFMD8-GND
P2-A7-SLCT-+5VKA-IAB0MD7-GND
CA-Φ非-CCRR-M1KB-IAB1MD6-GND
S3-M23A-I0DR-M5MD5-I7
S2-M22B-I1MLD-M4MD4-I6
S1-M21P+1-M6MP+1-+5VMD3-I5
S0-M20GI-M7MCLR-R0MD2-I2
Cn的非-M19CI-Φ非-RCPMCLK-P0MD1-MD0-+5V
接线图
地
五、数据通路结构框图
根据设计要求，实验计算机属多累加器结构。
因此，应将试验仪上的KA、KB、KC、KR四组开关分别置为右、左、左、上的位置。
另外，实验计算机和外设（键盘和打印机），采用I/O询问方式。
六、指令系统及微指令、微程序
1、指令系统
指令系统中指令格式：
单字节指令：
I7I6I5I4I3I2I1I0
OP
Ai
OP
Aj
双字节指令：
I7I6I5I4I3I2I1I0
OP
Ai或OP
addrH
addrL/data
2、操作数的寻址方式
①累加器直接寻址：
例：
单字节指令
MOVAi,Aj;（Aj）→Ai
←含操作码及Ai选择码，选择码Aj→
指令（第一个）字节含有两个累加器选择码段，分别用于选择Ai和Aj。
②累加器间接寻址：
例：
单字节指令
MOVAi,@Aj;（0XX（Aj））→Ai
指令（第一个）字节含有两个累加器选择码段，而且低3位0XX决定访内地址高3位（页面号），Ai的内容决定访内地址低8位（页内地址）。
Aj选择码
0
X
X
←含操作码及Ai选择码→←页面号→
③直接地址寻址
例：
双字节指令
LDAiaddr;（addr）→Ai
指令第一字节低3位和指令第二字节8位构成11位操作数地址，指令第一字节高5位含有累加器Ai选择码段。
操作码，Bx选择
←11位形式地址→
④立即数寻址
例：
双字节指令
MOVAi,#data；Data→Ai
指令第一字节中含有一个累加器选择码段。
第一字节第二字节
d7
d6
d5
d4
d3
d2
d1
d0
←操作码及Ai选择码→
←8位立即数data→
七、调试
1）调试算逻运算类指令
地址
指令
指令编码
备注
003
55
00B
LDA002
80
（002）=55=>A
00C
02
00D
MOVR0，A
44
（A）=55=>R0
00E
LDA003
88
（003）=A9=>A
00F
03
010
ADDA，R0
00
55+A9=FE（H）
011
RRCA
C4
FE右移一位为7F（H）
012
STA015
A0
（A）=7F=>015
013
15
014
HALT
FF
015
00
结果：
（015）=7FH
2）调试存取类指令
地址
指令
指令编码
备注
002
55
005
LDA002
80
（002）=55=>A
006
02
007
STA00A
A0
（A）=55=>00A地址中
008
LDA401
0A
009
FF
停机
结果：
（00A）=55H
3）按如下要求设计程序并进行调试
38H=>（003）
（003）左移3位=>（004）
（004）-（003）=>（005）
地址
指令
指令编码
备注
003
38
00B
LDA003
80
00C
03
（003）=38H=>A
00D
RLCA
C0
38左移1位为70
00E
RLCA
C0
70左移1位为E0
00F
RLCA
C0
E0左移1位为C0
010
STA004
A0
011
04
012
LDA003
80
（003）=38H=>A
013
03
014
MOVA0,A
44
（A）=38=>A0
015
LDA004
88
（004）=C0=>A
016
04
017
SUBA,A0
04
C0-38=88
018
STA005
A0
019
05
01A
HALT
FF
停机
结果：
（005）=88H
八、验收题目
①、（35H）-（36H）→37H
②、（37H）左移两位→38H
③、（37H）右移四位→39H
④、（38H）-（39H）+（37H）→40H
程序代码
地址
指令
指令编码
035
F6H
036
FFH
、、、
、、、
、、、
041
LDA035
80
042
35
043
MOVR0，A
44
044
LDA036
80
045
36
046
SUBA,R0
04
047
STA037
A0
048
37
049
RLCA
C0
04A
RLCA
C0
04B
STA038
A0
04C
38
04D
LDA037
80
04E
37
04F
RCCA
C4
050
RCCA
C4
051
RCCA
C4
052
RCCA
C4
053
STR039
A0
054
39
055
LDA038
80
056
38
057
MOVR0,A
44
058
LDA039
80
059
39
05A
SUBA,R0
00
05B
MOVR0,A
44
05C
LDA037
80
05D
37
05E
ADDA,R0
04
05F
STA040
A0
060
40
061
HACT
FF
九、心得体会
本次课程设计我们要设计一台微程序控制的模型机,以对计算机能有一个整机的概念,完成对计算机组成原理这门课程的综合应用,达到学习本书的作用.作为一个计算机系学生这是必需掌握的。
使我们对数据选择器、移位器、加法器、运算器、存储器和微程序控制器，有了非常透彻的认识。
通过紧张有序的课程设计实践，不仅让我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模型机的硬件结构和怎么去设计微程序等过程有了进一步的了解,也让我觉得自己的动手能力有了很大的提高;自信心也增强了,在课程设计中自己动脑子解决遇到的问题，巩固和深化了自己的知识结构。
十、参考文献
《计算机硬件技术基础》
《计算机硬件技术基础实验及其课程设计指导书》
升级会员 