1、<p>　　計算機組成與體系結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　學(xué) 院： </p><p>　　班 級： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p>

2、<p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　提交日期： </p><p><b>　　實驗概述</b></p><p><b>

3、　　1.1實驗?zāi)康?lt;/b></p><p>　　融會貫通計算機組成原理課程中各章的內(nèi)容，通過知識的綜合運用，加深對計算機系統(tǒng)各模塊的工作原理及相互聯(lián)系的認(rèn)識，特別是對硬連線控制器的認(rèn)識，建立清晰的整機概念。</p><p>　　學(xué)習(xí)運用ISP（在系統(tǒng)編程）技術(shù)進行硬件設(shè)計和調(diào)試的基本步驟和和方法，熟悉集成開發(fā)軟件中設(shè)計、模擬調(diào)試工具的使用，體會ISP技術(shù)相對于傳統(tǒng)開發(fā)技術(shù)的優(yōu)點

4、。</p><p>　　培養(yǎng)科學(xué)研究的獨立工作能力，取得工程設(shè)計與調(diào)試的實踐經(jīng)驗。</p><p>　　1.2設(shè)計與調(diào)試任務(wù)</p><p>　　按給定的數(shù)據(jù)格式和指令系統(tǒng)，在所提供的器件范圍內(nèi)，設(shè)計一臺硬布線控制器控制的模型計算機。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計圖紙，在通用實驗臺上進行組裝，或?qū)ξ⒊绦蚩刂品桨傅哪Ｐ蜋C進行改裝，并調(diào)試成功。&

5、lt;/p><p>　　在組裝調(diào)試成功的基礎(chǔ)上，整理出設(shè)計圖紙和其他文件，包括：</p><p>　?、?總框圖（數(shù)據(jù)通路圖）；</p><p>　?、?硬布線控制器邏輯模塊圖；</p><p>　?、?模塊ABEL-HDL或VHDL源程序（如果沒有，則文件中必須包含控制信號的譯碼函數(shù)方程組，用邏輯表達式表示出每個控制信號）；</p>

6、<p>　　④ 硬布線控制流程圖；</p><p>　?、?測試向量（可以用硬件描述語言或波形圖的方式表示）；</p><p><b>　?、?元件排列圖；</b></p><p><b>　?、?設(shè)計說明書；</b></p><p><b>　?、?調(diào)試小結(jié)；</b&

7、gt;</p><p><b>　　1.3 實驗原理</b></p><p>　　采用的數(shù)據(jù)通路和微程序控制器方案相同。</p><p>　　硬連線控制器模型機所使用的時序信號比微程序控制器的要多一些，除了原有的時序信號T1至T4外，還需要節(jié)拍信號，一拍等于一個T1至T4循環(huán)。實驗儀提供的節(jié)拍信號有四個：W1至W4。如果實驗臺提供的節(jié)拍信號不能

8、滿足需要（例如需要八拍），可以用寄存器或GAL等自行構(gòu)造，再從時序發(fā)生器引入T1至T4信號，也可以直接將節(jié)拍發(fā)生器涉及到ISP芯片內(nèi)部。</p><p><b>　　1.4 實驗環(huán)境</b></p><p>　　（TEC-4計算機組成原理實驗系統(tǒng)一臺；</p><p><b>　　直流萬用表一只；</b></p>

9、;<p><b>　　邏輯測試筆一支；</b></p><p>　　集成電路若干片（取決于設(shè)計方案，如使用ispEXPERT作為設(shè)計工具可以選用芯片ispLSI1032，若使用MAX+plus II，則可選用EPM7064。）；</p><p>　　PC機一臺（具備EDA平臺）</p><p><b>　　實驗內(nèi)容<

10、;/b></p><p><b>　　2.1實驗方案設(shè)計</b></p><p><b>　　控制器的設(shè)計思路</b></p><p>　　硬布線控制器能夠?qū)崿F(xiàn)控制功能，關(guān)鍵在于它的組合邏輯譯碼電路。譯碼電路的任務(wù)就是將一系列有關(guān)指令、時序等的輸入信號轉(zhuǎn)化為一個個控制信號，輸出到各執(zhí)行部件中。</p>

11、<p><b>　　控制流程設(shè)計</b></p><p>　　微程序控制器的控制信號以微指令周期為時間單位，硬布線控制器以機器周期為時間單位，兩者本質(zhì)上是一樣的，1個機器周期和1個微指令周期都是從時序T1的上升沿到T4的下降沿的一段時間。在微程序控制流程圖，1個執(zhí)行框代表1個微指令周期，而在硬布線控制流程圖中，1個執(zhí)行框就代表1個機器周期。</p><p>

12、<b>　　設(shè)計流程</b></p><p>　　一條指令最多用四拍完成，即W1，W2，W3， W4.對于控制臺指令，不能用四拍完成，則用控制臺標(biāo)志STO加以區(qū)分。按復(fù)位按鈕CLR#后，是STO復(fù)位為0，當(dāng)執(zhí)行一組W1，W2，W3， W4后使STO為1.T1，T2，T3，T4仍用實驗系統(tǒng)的鏈接。</p><p>　　對于中斷，增加一個標(biāo)志INTQ1，有中斷時則為1（即

13、按一下控制臺上按鈕INTR時，INTQ1為1，無中斷時則為0。數(shù)據(jù)通路圖見下圖。</p><p>　　實驗過程（實驗步驟、記錄、數(shù)據(jù)、分析）</p><p>　　根據(jù)實驗要求，設(shè)計硬布線控制器流程圖（見附錄）</p><p>　　根據(jù)硬布線控制器流程圖，設(shè)計信號操作時序表（見附錄）</p><p>　　根據(jù)設(shè)計的硬布線控制器流程圖和信號操作時

14、序表，寫出源程序 （見附錄）</p><p>　　將設(shè)計的源程序下載到實驗系統(tǒng)的芯片中</p><p>　　連線，并使用剛剛下載源程序的芯片做實驗，測試芯片的功能</p><p><b>　　另外一些固定接線：</b></p><p>　　M2，M1接GND CER接PC_INC、接LDIR</p>&l

15、t;p>　　LDAR2接LDAR1 LDDR2接LDDR1 LDPC接LDR4</p><p>　　IR0接RD0。IR1接RD1。WR0接RD0。 接RD1。IR2接RS0。IR3接RS1</p><p>　　設(shè)置 R2=60H,R3=61H,[60]=24H,[61]=83H，并將各指令代碼存入內(nèi)存，按單拍方式執(zhí)行一遍程序</p><p>　　從地址20

16、H執(zhí)行程序，在程序運行中，按一次控制臺的INTR。進入中斷后，用單拍（DP）方式執(zhí)行，直到返回主程序為止。列表記錄中斷系統(tǒng)中有關(guān)信號的變化情況，特別要記錄好斷點地址和R0的值。做中斷實驗時應(yīng)置R1=21H</p><p><b>　　中斷服務(wù)程序：</b></p><p><b>　　實驗記錄與結(jié)果</b></p><p>

17、;　　執(zhí)行完九條基本指令后結(jié)果如下</p><p>　　R0= 15H R1=83H R2=60H R3=01H </p><p>　　內(nèi)存單元60H=01H ，內(nèi)存單元61H=83H</p><p><b>　　執(zhí)行中斷指令時</b></p><p>　　在

18、28H時中斷，執(zhí)行中斷返回指令后返回到29H</p><p>　　結(jié)論：程序執(zhí)行結(jié)果與理論值相同，芯片可以正常使用。</p><p><b>　　調(diào)試與錯誤總結(jié)</b></p><p><b>　　燒片問題</b></p><p>　　代碼調(diào)試通過，在下載過程中出現(xiàn)錯誤（無法將程序燒入芯片中），可能

19、是機箱的問題。</p><p><b>　　執(zhí)行指令問題</b></p><p>　　在做第一個測試時（即機器指令執(zhí)行測試）時，執(zhí)行指令時，地址寄存器并沒有順序加一，好像是從第三個地址直接跳到最后一個地址執(zhí)行，即指令并不是順序執(zhí)行，依次檢測各微命令信號，發(fā)現(xiàn)是PC管腳是壞的，換了一個管腳之后，程序執(zhí)行正常</p><p><b>　　

20、讀執(zhí)行結(jié)果問題</b></p><p>　　程序執(zhí)行完之后，沒有清零，直接讀取寄存器的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)寄存器結(jié)果與理論值不符，重新執(zhí)行一遍程序，清零之后，結(jié)果正常。檢查其節(jié)拍脈沖，發(fā)現(xiàn)沒有清零之前，停在W1，直接讀取結(jié)果，程序會繼續(xù)執(zhí)行一條機器指令，改變了寄存器的結(jié)果。 </p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　通過

21、本次課程設(shè)計，我了解并認(rèn)識到了以下內(nèi)容：</p><p>　　將計算機組成原理課程和計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的內(nèi)容，通過知識的綜合運用，加深了對計算機系統(tǒng)各模塊的工作原理及相互聯(lián)系的認(rèn)識，特別是對硬布線控制器的認(rèn)識。</p><p>　　熟悉了各個部件的功能和指令或中斷等的具體的硬件實現(xiàn)，各控制信號或微地址的變化。</p><p>　　學(xué)會了運用EDA技術(shù)進行設(shè)計和調(diào)試的

22、基本步驟和方法，熟悉了集成開發(fā)軟件中設(shè)計、模擬調(diào)試工具的使用。</p><p>　　培養(yǎng)了科學(xué)研究的獨立工作能力，取得了工程設(shè)計與組裝調(diào)試的實踐經(jīng)驗。</p><p><b>　　附件</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)通路圖</b></p><p><b>　　控制臺指令流程圖&l

23、t;/b></p><p><b>　　指令周期流程圖</b></p><p>　　圖中統(tǒng)一用4拍執(zhí)行一條機器指令，對于所需節(jié)拍較少的指令，多余的節(jié)拍都浪費掉了（當(dāng)然在可行性是沒問題），為減少浪費，在時序中加入了一個控制信號SKIP的輸入，該信號的作用是使節(jié)拍發(fā)生器在任意狀態(tài)下直接跳到最后1拍（W4）</p><p>　　時序信號發(fā)生器源

24、程序：</p><p>　　MODULE YELLOWCH</p><p>　　TITLE ‘YELLOWCH’</p><p><b>　　"INPUT</b></p><p>　　CLR PIN 3 ;</p><p>　　INTQ PIN 4;</p><p&g

25、t;　　T1,W1,W2,W3,W4,MF PIN 6..11;</p><p>　　IR4,IR5,IR6,IR7 PIN 12..15;</p><p>　　SWC,SWB,SWA,C PIN 26..29;</p><p><b>　　"OUTPUT</b></p><p>　　MF1,SSTO NODE

26、 ISTYPE'COM';</p><p>　　RUN1,STO,RUN2,INTQ1 NODE ISTYPE'REG';</p><p>　　LDIR,LDPC,PC_ADD,M4 PIN 30..33 ISTYPE'COM';</p><p>　　LDAR1,AR1_INC,M3,CEL,LRW,LDIAR,INT

27、C PIN 35..41 ISTYPE'COM';</p><p>　　LDER,SW_BUS,RS_BUS,WRD,IAR_BUS,INTS PIN 45..50 ISTYPE'COM';</p><p>　　"RS_BUS=RS_BUS#,SW_BUS=SW_BUS#,CEL=CEL#</p><p>　　LDDR1,S

28、2,S1,S0,ALU_BUS PIN 52..56 ISTYPE'COM';</p><p>　　TJ,SKIP PIN 69,70 ISTYPE'COM';</p><p><b>　　CLK=.C.;</b></p><p><b>　　EQUATIONS</b></p>

29、<p>　　MF1=!CLR&MF#T1;</p><p>　　RUN1:=CLR&!STO#CLR&RUN1;</p><p>　　RUN1.CLK=MF1;</p><p>　　SSTO=!STO&RUN1&W4;</p><p>　　STO:=CLR&SSTO#CLR&

30、STO;</p><p>　　STO.CLK=MF1;</p><p>　　RUN2:=CLR&INTQ&!INTQ1 # CLR&RUN2&!INTQ1; </p><p>　　RUN2.CLK=MF1;</p><p>　　INTQ1:=CLR&RUN2&W4 # CLR&INTQ1

31、&!W4;</p><p>　　INTQ1.CLK=MF1;</p><p>　　LDIR=STO&!SWC&!SWB&!SWA&W1</p><p>　　#STO&!SWC&SWB&SWA&W2</p><p>　　#STO&SWC&!SWB&!

32、SWA&W2;</p><p>　　LDPC=!STO&!SWC&!SWB&!SWA&W4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W4&IR7&!IR6&!IR5&!IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&a

33、mp;!SWA&W4&IR7&!IR6&!IR5&IR4&C</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W4&IR7&!IR6&IR5&!IR4</p><p>　　#INTQ1&STO&!SWC&!SWB&!SWA&W4

34、;</p><p>　　LDIAR=INTQ1&STO&W2&!SWC&!SWB&!SWA;</p><p>　　PC_ADD=STO&!SWC&!SWB&!SWA&W4&IR7&!IR6&!IR5&IR4&C;</p><p>　　M4=!STO&

35、;!SWC&!SWB&!SWA&W4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&IR7&!IR6&!IR5&!IR4&W4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W4&IR7&!IR6&IR5&!IR

36、4</p><p>　　#INTQ1&STO&!SWC&!SWB&!SWA&W4;</p><p>　　LDAR1=!STO&!SWC&!SWB&SWA&W4</p><p>　　#!STO&!SWC&SWB&!SWA&W4</p><p>

37、;　　#!STO&!SWC&SWB&SWA&W4</p><p>　　#!STO&SWC&!SWB&!SWA&W4 </p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W1</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB

38、&!SWA&!IR7&IR6&!IR5&IR4&W2</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&!IR7&IR6&!IR5&!IR4&W2</p><p>　　#INTQ1&STO&!SWC&!SWB&!SWA&W4;&l

39、t;/p><p>　　AR1_INC=STO&!SWC&!SWB&SWA&W4</p><p>　　#STO&!SWC&SWB&!SWA&W4;</p><p>　　M3=!STO&!SWC&SWB&SWA&W4</p><p>　　#!STO&

40、;SWC&!SWB&!SWA&W4;</p><p>　　LDER=STO&!SWC&SWB&SWA&W3</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W3&!IR7&!IR6&!IR5&!IR4</p><p>　　#STO&am

41、p;!SWC&!SWB&!SWA&W3&!IR7&!IR6&!IR5&IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W3&!IR7&!IR6&IR5&!IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&

42、;W3&!IR7&!IR6&IR5&IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W3&!IR7&IR6&!IR5&IR4;</p><p>　　WRD=STO&!SWC&SWB&SWA&W4</p><p>　　#S

43、TO&!SWC&!SWB&!SWA&W4&!IR7&!IR6&!IR5&!IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W4&!IR7&!IR6&!IR5&IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!S

44、WA&W4&!IR7&!IR6&IR5&!IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W4&!IR7&!IR6&IR5&IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W4&!IR7&IR6&am

45、p;!IR5&IR4;</p><p>　　IAR_BUS=!(STO&!SWC&!SWB&!SWA&W4&IR7&!IR6&IR5&!IR4);</p><p>　　SW_BUS=!(!STO&W4&!SWC&!SWB&!SWA</p><p>　　#!STO

46、&W4&!SWC&!SWB&SWA</p><p>　　#!STO&W4&!SWC&SWB&!SWA</p><p>　　#!STO&W4&!SWC&SWB&SWA</p><p>　　#!STO&W4&SWC&!SWB&!SWA</

47、p><p>　　#STO&W1&!SWC&SWB&!SWA</p><p>　　#STO&W1&!SWC&SWB&SWA</p><p>　　#STO&W1&SWC&!SWB&!SWA</p><p>　　#STO&W3&!SWC&am

48、p;SWB&SWA</p><p>　　#INTQ1&STO&W4&!SWC&!SWB&!SWA);</p><p>　　RS_BUS=!(STO&W4&SWC&!SWB&!SWA</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W2&

49、!IR7&IR6&!IR5&IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W2&!IR7&IR6&!IR5&!IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W4&IR7&!IR6&!IR5&!IR

50、4);</p><p>　　ALU_BUS=STO&!SWC&!SWB&!SWA&W3&!IR7&!IR6&!IR5&!IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W3&!IR7&!IR6&!IR5&IR4</p><p

51、>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W3&!IR7&!IR6&IR5&!IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W3&!IR7&!IR6&IR5&IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&

52、amp;!SWA&W4&!IR7&IR6&!IR5&!IR4;</p><p>　　CEL=!(STO&W1&!SWC&!SWB&SWA</p><p>　　#STO&W1&!SWC&SWB&!SWA</p><p>　　#STO&W1&!SWC&

53、amp;SWB&SWA</p><p>　　#STO&W1&SWC&!SWB&!SWA</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W3&!IR7&IR6&!IR5&IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&

54、!SWA&W4&!IR7&IR6&!IR5&!IR4</p><p><b>　　);</b></p><p>　　LRW=STO&!SWC&!SWB&SWA&W1</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W3&!

55、IR7&IR6&!IR5&IR4;</p><p>　　LDDR1=STO&!SWC&!SWB&!SWA&W2&!IR7&!IR6&!IR5&!IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W2&!IR7&!IR6&!IR5&

56、amp;IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W2&!IR7&!IR6&IR5&!IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W2&!IR7&!IR6&IR5&IR4</p><p>　

57、　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W2&!IR7&IR6&!IR5&!IR4;</p><p>　　S2=STO&!SWC&!SWB&!SWA&W3&!IR7&!IR6&IR5&!IR4;</p><p>　　S1=STO&!SWC&!SW

58、B&!SWA&W3&!IR7&!IR6&!IR5&!IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W3&!IR7&!IR6&!IR5&IR4;</p><p>　　S0=STO&!SWC&!SWB&!SWA&W3&!I

59、R7&!IR6&!IR5&IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W4&!IR7&IR6&!IR5&!IR4;</p><p>　　INTS=STO&!SWC&!SWB&!SWA&W4&IR7&!IR6&IR5&

60、IR4;</p><p>　　INTC=STO&!SWC&!SWB&!SWA&W4&IR7&IR6&!IR5&!IR4#INTQ1&STO&W2&!SWC&!SWB&!SWA;</p><p>　　TJ=!STO&!SWC&SWB&!SWA&W4</

61、p><p>　　#!STO&!SWC&SWB&SWA&W4</p><p>　　#!STO&SWC&!SWB&!SWA&W4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&SWA&W1</p><p>　　#STO&!SWC&SWB

62、&SWA&W2</p><p>　　#STO&!SWC&SWB&!SWA&W4</p><p>　　#STO&!SWC&SWB&SWA&W4</p><p>　　#STO&SWC&!SWB&!SWA&W4</p><p>　　#ST

63、O&!SWC&!SWB&!SWA&W4&!IR7&IR6&IR5&!IR4</p><p>　　#INTQ1&STO&W2&!SWC&!SWB&!SWA;</p><p>　　SKIP=!STO&!SWC&!SWB&!SWA&W1</p>&

64、lt;p>　　#!STO&!SWC&!SWB&SWA&W1</p><p>　　#!STO&!SWC&SWB&!SWA&W1</p><p>　　#!STO&!SWC&SWB&SWA&W1</p><p>　　#!STO&SWC&!SWB&!

65、SWA&W1</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&SWA&W1</p><p>　　#!STO&!SWC&SWB&!SWA&W1</p><p>　　#STO&SWC&!SWB&!SWA&W2</p><p>　　#STO&a

66、mp;!SWC&!SWB&!SWA&W2&!IR7&IR6&!IR5&!IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W2&IR7&!IR6&!IR5&!IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&am

67、p;W2&IR7&!IR6&!IR5&IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W2&!IR7&IR6&IR5&!IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W2&IR7&!IR6&IR5&

68、amp;!IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W2&IR7&!IR6&IR5&IR4</p><p>　　#STO&!SWC&!SWB&!SWA&W2&IR7&IR6&!IR5&!IR4</p><p>