复杂模型机组成原理实验.docVIP

内容摘要 本实验利用EL-JY-Ⅱ型计算机组成原理实验系统组建电路，综合运用运算器、控制器、存储器、输入输出系统、总线等部件和辅助电路，完成一个较完整的模型计算机设计和实现，并构造一个指令系统，编写机器指令实现不同的具体功能，如实现数据的输入、输出、加法、减法、移位、自增、自减以及赋值等运算的功能。 关键词：模型机，指令系统，数据输入/输出，算术逻辑运算 目 录 内容摘要 1 第1章 绪论 4 1.1 设计地点 4 1.2 设计目的 4 1.3 设计的意义 4 1.4 课程设计的主要内容和要求 4 1.5 实验的环境 5 第2章 系统设计与实现 5 2.1 模型机结构框图 5 2.2 工作原理 6 2.2.1 数据格式 6 2.2.2 指令格式 6 2.2.3 指令系统 7 2.2.4 设计微代码 8 2.2.5 实验微代码 11 2.3 程序代码 12 2.4 实验内容介绍 12 2.5 系统实现步骤 13 2.6 测试用例 15 2.7 硬件连线图 15 第3章 总结 16 参考文献 17 课程设计任务书 课题名称 复杂模型机组成原理实验 完成时间 2009-12-29 指导教师 房好帅 职称 讲 师 学生姓名 李雨萌 班 级 B07514 总体设计要求和技术要点 掌握计算机五大功能部件的组成及功能，熟悉完整的单台计算机基本组成原理，掌握计算机中数据表示方法、运算方法、运算器的组成、控制器的实现、存储器子系统的结构与功能、输入/输出系统的工作原理与功能。 （1）利用实验设备平台构造完整的模型机； （2）利用运算器74LS181执行算术操作和逻辑操作； （3）运用随机存储器RAM以及地址和数据在计算机总线的传送关系，实现运算器和存储器协同工作，读写数据，检查结果是否正确； （4）应用微程序控制器，往EEPROM里任意写24位微代码，读出微代码并验证其正确性； （5）构造指令系统，定义至少10条机器指令，实现具有计算四则运算及逻辑运算的功能； （6）利用微程序控制器控制模型机运行，实现基于重叠和流水线技术的CPU技术。 工作内容及时间进度安排 总计2周： 1.12月22日：资料查阅、选题、系统总体设计 2.12月25日-12月29日：熟悉开发环境和工具，模块设计、代码编制 3.12月31日：系统调试与运行，成果验收 4.1月3日：上交设计报告 课程设计成果 1.课程设计硬件系统及配套软件 2.课程设计报告书 第1章 绪论 本实验实现的是对复杂模型机组成原理的研究。 1.1 设计地点 图书馆五楼机房。 1.2 设计目的 本课程设计综合运用运算器、控制器、存储器、输入输出系统、总线等部件和辅助电路，完成一个较完整的模型计算机设计和实现（包括硬件和软件）。 通过课程设计对计算机组成和系统结构的基础知识进行全面的掌握，培养独立分析、研究、开发和综合设计画出模块框图：按从上到下的设计方法，将整个设计依功能划分成若干模块；并确定各个模块的输出、输入端口及要完成的功能。检查模块逻辑功能是否正确；此模型机是由运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备五大部分组成。 1运算器又是有299，74LS181完成控制信号功能的算逻部件，暂存器DR1，DR2，及三个通用寄存器，，等组成。 2控制器由程序计数器PC、指令寄存器、地址寄存器、时序电路、控制存储器及相应的译码电路组成。 3存储器RAM是通过CE和W/R两个微命令来完成数据和程序的的存放功能的。输出设备有两位LED数码管和W/R控制完成的。 图 1 模型机结构框图 图1中运算器ALU由U7--U10四片74LS181构成，暂存器1由U3、U4两片74LS273构成，暂存器2由U5、U6两片74LS273构成。微控器部分控存由U13--U15三片2816构成。除此之外，CPU的其他部分都由EP1K10集成。 存储器部分由两片6116构成16位存储器，地址总线只有低八位有效，因而其存储空间为00H--FFH。 输出设备由底板上的四个LED数码管及其译码、驱动构成，当D-G和W/R均为低电平时将数据总线的数据送入数码管显示。在开关方式下，输入设备由16位电平开关及两个三态缓冲芯片74LS244构成，当DIJ-G为低电平时将16位开关状态送上数据总线。在键盘方式或联机方式下，数据可由键盘或上位机输入，然后由监控程序直接送上数据总线，因而外加的数据输入电路可以不用。 本系统的数据总线为16位，指令、地址和程序计数器均为8位。当数据总线上的数据打入指令寄