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时间:2019-04-03
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1、计算机组成与体系结构课程设计报告学院:班级:学生姓名:学号:指导老师:提交日期:131实验概述1.1实验目的(1)融会贯通计算机组成原理课程中各章的内容,通过知识的综合运用,加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识,特别是对硬连线控制器的认识,建立清晰的整机概念。(2)学习运用ISP(在系统编程)技术进行硬件设计和调试的基本步骤和和方法,熟悉集成开发软件中设计、模拟调试工具的使用,体会ISP技术相对于传统开发技术的优点。(3)培养科学研究的独立工作能力,取得工程设计与调试的实践经验。1.2设计与
2、调试任务(1)按给定的数据格式和指令系统,在所提供的器件范围内,设计一台硬布线控制器控制的模型计算机。(2)根据设计图纸,在通用实验台上进行组装,或对微程序控制方案的模型机进行改装,并调试成功。(3)在组装调试成功的基础上,整理出设计图纸和其他文件,包括:①总框图(数据通路图);②硬布线控制器逻辑模块图;③模块ABEL-HDL或VHDL源程序(如果没有,则文件中必须包含控制信号的译码函数方程组,用逻辑表达式表示出每个控制信号);④硬布线控制流程图;⑤测试向量(可以用硬件描述语言或波形图的方式表示);⑥元
3、件排列图;⑦设计说明书;⑧调试小结;1.3实验原理 采用的数据通路和微程序控制器方案相同。13硬连线控制器模型机所使用的时序信号比微程序控制器的要多一些,除了原有的时序信号T1至T4外,还需要节拍信号,一拍等于一个T1至T4循环。实验仪提供的节拍信号有四个:W1至W4。如果实验台提供的节拍信号不能满足需要(例如需要八拍),可以用寄存器或GAL等自行构造,再从时序发生器引入T1至T4信号,也可以直接将节拍发生器涉及到ISP芯片内部。1.4实验环境(1)(TEC-4计算机组成原理实验系统一台;(2)直流万用
4、表一只;(3)逻辑测试笔一支;(4)集成电路若干片(取决于设计方案,如使用ispEXPERT作为设计工具可以选用芯片ispLSI1032,若使用MAX+plusII,则可选用EPM7064。);(5)PC机一台(具备EDA平台)1实验内容2.1实验方案设计(1)控制器的设计思路硬布线控制器能够实现控制功能,关键在于它的组合逻辑译码电路。译码电路的任务就是将一系列有关指令、时序等的输入信号转化为一个个控制信号,输出到各执行部件中。(2)控制流程设计微程序控制器的控制信号以微指令周期为时间单位,硬布线控制器
5、以机器周期为时间单位,两者本质上是一样的,1个机器周期和1个微指令周期都是从时序T1的上升沿到T4的下降沿的一段时间。在微程序控制流程图,1个执行框代表1个微指令周期,而在硬布线控制流程图中,1个执行框就代表1个机器周期。(3)设计流程一条指令最多用四拍完成,即W1,W2,W3,W4.对于控制台指令,不能用四拍完成,则用控制台标志STO加以区分。按复位按钮CLR#后,是STO复位为0,当执行一组W1,W2,W3,13W4后使STO为1.T1,T2,T3,T4仍用实验系统的链接。对于中断,增加一个标志IN
6、TQ1,有中断时则为1(即按一下控制台上按钮INTR时,INTQ1为1,无中断时则为0。数据通路图见下图。2.2实验过程(实验步骤、记录、数据、分析)(1)根据实验要求,设计硬布线控制器流程图(见附录)(2)根据硬布线控制器流程图,设计信号操作时序表(见附录)(3)根据设计的硬布线控制器流程图和信号操作时序表,写出源程序(见附录)(4)将设计的源程序下载到实验系统的芯片中(5)连线,并使用刚刚下载源程序的芯片做实验,测试芯片的功能另外一些固定接线:M2,M1接GNDCER接PC_INC、接LDIRLDA
7、R2接LDAR1LDDR2接LDDR1LDPC接LDR4IR0接RD0。IR1接RD1。WR0接RD0。接RD1。IR2接RS0。IR3接RS1(6)设置R2=60H,R3=61H,[60]=24H,[61]=83H,并将各指令代码存入内存,按单拍方式执行一遍程序内存地址指令机器代码00HLDAR0,[R2]0101100001HLDAR1,[R3]0101110102HADDR0,R10000010003HJC+51001010104HANDR2,R30011111005HSUBR3,R2000110
8、1106HSTAR3,[R2]0010010007HMULR0,R10010010008HSTP0110000009HJMP[R1]10000100(7)从地址20H执行程序,在程序运行中,按一次控制台的INTR。进入中断后,用单拍(DP)方式执行,直到返回主程序为止。列表记录中断系统中有关信号的变化情况,特别要记录好断点地址和R0的值。做中断实验时应置R1=21H13地址指令机器代码20HINTS1011000021HLDAR0,[R2]
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