課程設計報告
課題: 複雜模型機設計
同組姓名： 陳珊（1108030416）
徐麗娜（1108030417）
宋利英（1108030421）
專業班級： 計科1104班
指導教師： 牟琦
設計時間： 2013-12-31
一、 課程設計目的和意義 3
二、複雜模型機的設計與實現內容 3
1.資料格式 3
2.指令格式 3
3.指令系統 4
三、總體設計 4
1.設計複雜模型機的監控軟體 4
2.設計微程式流程圖 5
3.轉換格式 5
4.實驗接線 6
5.寫微程式和程式 6
6.執行程式 7
7.驗證 8
四、系統測試及實驗截圖 8
五、總結 14
經過一系列硬體課程如計算機原理的學習及相關實驗後，綜合應用所學理論知識解決實際設計和應用問題，進行乙個綜合的系統的實驗。培養實際動手能力，進一步提高硬體設計能力。培養實事求是和嚴肅認真的工作態度。
通過設計過程，熟悉和掌握微機系統的硬體設計方法、設計步驟，真正做到理論聯絡實際，提高動手能力和分析問題、解決問題的能力。
綜合運用所學計算機原理知識，設計並實現較為完整的計算機。
模型機規定採用定點補碼表示法表示資料，且字長為8位，其格式如下：
其中第7位為符號位，數值表示範圍是：－1≤x＜1。
模型機設計四大類指令共十六條，其中包括算術邏輯指令、i/o指令、存數指令、取數指令、轉移指令和停機指令。
1 算術邏輯指令
設計9條算術邏輯指令並用單位元組表示，定址方式採用暫存器直接定址，其格式如下：
7 6 5 4 3 2 1 0
其中，op-code為操作碼，rs為源暫存器，rd為目的暫存器。
2 訪問指令及轉移指令
模型機設計2條訪問指令：即存數sta、取數lda；2條轉移指令：即無條件轉移jmp、有進製轉移指令bzc。指令格式為：
7 6 5 4 3 2 1 0
其中，op-code 為操作碼，rd為目的暫存器位址（lda、sta 指令使用）。d為位移量（正負均可），m為定址模式，其定義如下：
本模型機規定變址ri指定為暫存器r2。
3 i / o指令
輸入in和輸出out指令採用單位元組指令，其格式如下：
7 6 5 4 3 2 1 0
其中，addr=01時，選中輸入資料開關組kd0～kd7作為輸入裝置，addr=10時，選中2位數碼管作為輸出裝置。
4 停機指令指令格式如下：
7 6 5 4 3 2 1 0
halt指令，用於實現停機操作。
本模型機共有16條基本指令，其中算術邏輯指令7條，訪問記憶體指令和程式控制指令4條，輸入輸出指令2條，其它指令1條。表3-8列出了各條指令的格式、彙編符號、指令功能。
複雜模型機的資料通路框圖如圖3-16，圖3-17所示。根據複雜模型機的硬體電路設計機器指令，再根據機器指令要求，設計微程式流程圖及微程式，最後形成16進製制檔案。
圖3-16
圖3-17
＄p00 44in 01, r0
＄p01 46in 01, r2
＄p02 98adc r2, r0
＄p03 81mov r0, r1
＄p04 f5rlc r1, r1
＄p05 0cbzc 00, 00
＄p06 00
按照實驗機設計的微指令格式,參照微指令流程圖，設計微指令，並形成二進位制**表。
程式：＄p00 44 ＄p01 46 ＄p02 98＄p03 81
＄p04 f5 ＄p05 0c ＄p06 00
微程式：
＄m00 088105 ＄m01 82ed0 ＄m02 50c004
＄m03 04a004 ＄m04 a0e004 ＄m05 06e004
＄m06 07a004 ＄m07 a0e004 ＄m08 8aed05
＄m09 8ced05 ＄m0a 3ba004 ＄m0b 018005
＄m0c 3c2004 ＄m0d 0ea004 ＄m0e 0fb605
＄m0f 25ea95 ＄m10 83ed05 ＄m11 85ed05
＄m12 8ded05 ＄m13 a6ed05 ＄m14 011004
＄m15 010407 ＄m16 168005 ＄m17 019a3d
＄m18 019205 ＄m19 2aa205 ＄m1a 2cb205
＄m1b 32a205 ＄m1c 33a205 ＄m1d 36a205
＄m1e 378235 ＄m1f 398235 ＄m20 019004
＄m21 018406 ＄m22 81db05 ＄m23 e48005
＄m24 018005 ＄m25 a0aa95 ＄m26 27a004
＄m27 28bc05 ＄m28 29ea95 ＄m29 a0aa95
＄m2a 2bb405 ＄m2b 419b95 ＄m2c 2da405
＄m2d 6eab05 ＄m2e 2faa0d ＄m2f 30aa05
＄m30 71810d ＄m31 419b95 ＄m32 019a05
＄m33 35b405 ＄m34 81db05 ＄m35 419bbd
＄m36 019a0d ＄m37 38882d ＄m38 019805
＄m39 3a881d ＄m3a 019805 ＄m3b 080a07
＄m3c 098a06
在實驗八的基礎上將跳線器j13和j14由右邊相連改為左邊相連，再將ij1連ij2。詳細如下：
a、跳線器j1～j12全部撥在右邊（自動工作方式）；
b、跳線器j16、j18、j23、j24全部撥在左邊；
c、跳線器j15、j19、j25全部撥在右邊，跳線器j13、j14撥在左邊；
d、跳線器j20～j22、j26、j27連上短路片；
e、uj1連uj2，jse1連jse2，sj1連sj2；
f、mbus連bus2；
g、regbus連bus5；
h、pcbus連exj2；
i、alubus連exj3；
j、aluo1連bus1；
k、exj1連bus3；
l、aluo2連bus4；
n、ij1連ij2。
連線實驗線路，仔細查綫無誤後接通電源。
① 手動方法寫微程式參看實驗六。
手動方法寫**程式（機器指令）步驟如下： 通過上一步將機器指令對應的微**正確地寫入e2rom 2816晶元後，再進行機器指令程式的裝入和檢查。
a. 將"程式設計開關"置"執行"位置，"執行方式"開關置"單步"位置。
b. 撥動總清開關（0→1），微位址暫存器清零，程式計數器清零。然後使控制開關swc、swa開關置為"0 1"，按動一次"啟動執行"開關，微位址顯示燈lua0～lua5顯示"001001"，再按動一次"啟動執行"開關，微位址顯示燈lua0～lua5顯示"001100"，此時資料開關的內容置為要寫入的機器指令，再按動一次"啟動執行"開關，即完成該條指令的寫入。
若仔細閱讀微程式流程，就不難發現，機器指令的首位址只要第一次給入即可，pc會自動加1，所以，每次按動"啟動執行"開關，只有在微位址燈顯示"001100"時，才設定內容，直到所有機器指令寫完。
c. 寫完程式後須進行檢驗。撥動總清開關(0→1)後，微位址清零，pc程式計數器清零，然後使控制開關swc、swa為"0 0",按動"啟動執行"開關，微位址燈將顯示"001000"，再按"啟動執行"開關，微位址燈顯示為"001010"，第三次按"啟動執行"開關，微位址燈顯示為"111011"，此時匯流排資料顯示燈lzd0～lzd7顯示為該首位址的內容，再次按動"啟動執行"開關，微位址燈顯示為"001000"，此時，2位數碼管顯示的內容即為ram中的資料，不斷按動"啟動執行"開關，可檢查後續單元內容。
注意：每次僅在微位址燈顯示為"001000"時，2位數碼管顯示的內容才是相應位址中的機器指令內容。
② 聯機讀/寫微程式和程式
用聯機軟體的裝載功能將16進製制格式檔案（檔名為c8jhe3）裝入實驗機即可（詳細操作見聯機軟體的readme）。
① 單步執行程式
a. "程式設計開關"置"執行"狀態，"執行方式"開關置為"單步"狀態,"執行控制"開關置為"執行"狀態。
b. 撥動總清開關(0→1)，微位址清零，pc計數器清零，程式首位址為ooh。
c. 按動"啟動執行"開關，即單步執行一條微指令。對照微程式流程圖，觀察微位址顯示燈是否和流程一致。
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