計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)講稿第一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日課程設(shè)計(jì)流程一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)二、軟件設(shè)計(jì)三、調(diào)試四、驗(yàn)收五、寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告第二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（1）FD-CES基本部件運(yùn)算器模塊寄存器堆模塊指令部件模塊內(nèi)存模塊總線模塊微程序控制模塊啟停和時(shí)序模塊控制臺(tái)控制模塊第三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（2）

PLD實(shí)驗(yàn)板PLD實(shí)驗(yàn)板的中間是一塊Lattice公司的ispLSI2096APLD。PLD實(shí)驗(yàn)板的右上方有一片2K╳8bit的E2PROM電路ATMEL24C16，它具有加電后在線隨機(jī)讀寫、掉電后信息保存等優(yōu)點(diǎn)，可作為實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)的外存，用于保存內(nèi)存中的程序代碼和控存中的微程序代碼。PLD實(shí)驗(yàn)板的左下方有一個(gè)用于連接PC機(jī)并行口的8芯針插，通過它可將PC機(jī)編譯生成的擴(kuò)展名為JED的文件下載到ispLSI2096A。PLD實(shí)驗(yàn)板上方有兩個(gè)40芯針插和一個(gè)50芯針插（簡(jiǎn)稱為上左、上中、上右），這三個(gè)插頭的信號(hào)分布分別對(duì)應(yīng)主板下方的三個(gè)插座。第四頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（3）PLD實(shí)驗(yàn)板下方有一個(gè)20芯針插和一個(gè)50芯針插（簡(jiǎn)稱為下左、下右），這兩個(gè)插頭的信號(hào)分布分別對(duì)應(yīng)主板下方的兩個(gè)插座。上左、上中、上右、下左、下右這五個(gè)插頭所含信號(hào)見圖1-28。用PLD實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)，必須將上左、上中、上右、下左三個(gè)插頭分別與主板相應(yīng)插座連接好，并且將SW/USER開關(guān)撥到SW位置，下右不用插，它是作單獨(dú)的步件實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的。第五頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（4）第六頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（5）圖1-29是ispLSI2096A的引腳分布以及它在FD-CES實(shí)驗(yàn)儀中的連接使用情況，可以看出它們有些引腳只有一種用途，如第32腳（I/O11），它和實(shí)驗(yàn)儀連接使用為CPU提供內(nèi)存控制信號(hào)WC。有些引腳有多種用途，如第96腳（I/O59），它和實(shí)驗(yàn)儀連接用作顯示燈L3的信號(hào)線或微指令寄存器的一組輸出信號(hào)線M22。所以在作課程設(shè)計(jì)時(shí)，必須將PC機(jī)編譯生成的擴(kuò)展名為JED的文件下載到ispLSI2096A，這個(gè)文件就是對(duì)ispLSI2096A各引腳的定義以及本章中各部件的信號(hào)定義，并且包含了它們的連接。第七頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（6）第八頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（7）可編程邏輯器件PLD的使用可編程邏輯器件設(shè)計(jì)語(yǔ)言ABEL簡(jiǎn)介開發(fā)使用PLD系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)使用語(yǔ)言或邏輯圖來描述該P(yáng)LD的功能，并通過編譯、連接、適配，產(chǎn)生可對(duì)芯片進(jìn)行編程的目標(biāo)文件（該文件一般采用熔絲圖格式，如標(biāo)準(zhǔn)的JED文件），然后下載到芯片中。常用的可編程邏輯器件設(shè)計(jì)語(yǔ)言為ABEL-HDL（ABEL硬件描述語(yǔ)言），它是DATAI/O開發(fā)的一種可編程邏輯器件設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它支持絕大多數(shù)可編程邏輯器件。其他硬件描述語(yǔ)言有VHDL、Verilog。第九頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（8）ABEL-HDL語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)ABEL-HDL語(yǔ)言源文件由一個(gè)或多個(gè)相互獨(dú)立的模塊組成，每個(gè)模塊包含了一個(gè)完整的邏輯描述。源文件中的所有模塊都可以被ABEL-HDL軟件同時(shí)處理。ABEL-HDL語(yǔ)言源文件舉例如下,文件名為F456.ABL、模塊名為M456、標(biāo)題名為T456。標(biāo)頭段MODULEM456 TITLE'T456' 定義段IAB10PIN45;IAB9 PIN44;IAB8 PIN43;IAB7PIN42;IAB6PIN41;邏輯描述段EQUATIONSIAB7=IAB9&IAB8;IAB6=IAB9$IAB8;結(jié)束段END第十頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（9）ISPSynarioSystem簡(jiǎn)介ISPSynarioSystem是一個(gè)集成環(huán)境，可使用ABEL-HDL語(yǔ)言編輯、編譯及產(chǎn)生JED文件。這個(gè)軟件的文件組織方法是：首先建立一個(gè)工程文件（擴(kuò)展名為SYN），然后在工程文件中建立一個(gè)或多個(gè)邏輯功能描述源文件（擴(kuò)展名為ABL），在源文件中又包含一個(gè)或多個(gè)模塊。在下面的步驟中，建立了一個(gè)工程文件（456.SYN）,其中包含一個(gè)邏輯功能描述源文件（F456.ABL），在源文件F456.ABL中包含一個(gè)模塊（M456）。最后經(jīng)編譯后產(chǎn)生的擴(kuò)展名為JED文件為456.JED，和工程文件名相同。步驟如下：在使用該軟件之前，①PLD板上的串口線接到微機(jī)的串口，一般為COM1。②PLD板上的四個(gè)插座和FD-CES實(shí)驗(yàn)儀上對(duì)應(yīng)的四個(gè)扁平電纜正確連接。③PLD板上的并口線接到微機(jī)的并口④將FD-CES實(shí)驗(yàn)儀上的SW/USER開關(guān)撥到SW位置⑤將FD-CES實(shí)驗(yàn)儀上的KAL/KAH、KBL/KBH、KCL/KCH開關(guān)分別撥到右、左、左位置，KRL/KRH開關(guān)撥到“上面”位置⑥打開FD-CES實(shí)驗(yàn)儀電源。第十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（10）1.找到桌面上的圖標(biāo)ISPSynario，雙擊啟動(dòng)，見圖2-1。第十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（11）2.File→NewProject,出現(xiàn)圖2-2，選擇文件夾，輸入工程名，創(chuàng)建新工程。第十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（12）3.在圖2-3中雙擊VirtualDevice,選擇可編程芯片。第十四頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（13）4.選擇ISPSynarioDevicelist,在下面的列表中選擇ispLSI2096-80TQFP128。第十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（14）5.Source→New創(chuàng)建ABEL源文件，在圖2-5中選擇第二項(xiàng)建立ABEL模塊。第十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（15）6.輸入模塊名、文件名和標(biāo)題。第十七頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（16）7.輸入并保存文件，見圖2-7。第十八頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（17）8.按圖2-7選擇，單擊Start按鈕對(duì)源文件進(jìn)行編譯，產(chǎn)生JED文件，圖2-9是正在編譯。第十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（18）9.圖2-10是編譯完成后的窗口，對(duì)號(hào)表示無錯(cuò)誤，按扭Log可以看編譯結(jié)果，見圖2-11。第二十頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（19）第二十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（20）總結(jié)：熟悉電路，設(shè)計(jì)連線。創(chuàng)建工程文件：filename.syn創(chuàng)建描述文件：filename.abl生成下載文件：filename.jed實(shí)驗(yàn)箱和主機(jī)相連的串口線用來下載程序和微程序.PLD板和主機(jī)相連的并口線用來下載硬件電路文件(.JED)第二十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（21）下載軟件簡(jiǎn)介編譯后要將生成的擴(kuò)展名為JED的文件下載到實(shí)驗(yàn)板（PLD板）上的2096A，LATTICE公司提供了下載軟件，下面是下載步驟。1．首先將PLD板上的并口線接到微機(jī)的并口上，然后找到桌面上的圖標(biāo)WDOWNLD，啟動(dòng)該軟件，出現(xiàn)圖2-12的窗口。第二十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（22）第二十四頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（23）2.選擇File→New→Option→ISPChainInterface→Pleaseselectthedefault→2096A，見圖2-13。第二十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、計(jì)算機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)（24）3.單擊確定后出現(xiàn)窗口圖2-14。選擇Browse，找到要下載的JED文件，單擊常用工具欄的下載圖標(biāo)（從左數(shù)第8個(gè)）即可。

第二十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日二、軟件設(shè)計(jì)(1)FD-CES系統(tǒng)軟件的使用FD-CES系統(tǒng)軟件是為FD-CES實(shí)驗(yàn)儀與微機(jī)相連以構(gòu)成高層次實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所使用的配套軟件，它提供編輯、匯編、反匯編、文件傳送及調(diào)試等功能。在這個(gè)系統(tǒng)中，共使用4種文件，它們的功能簡(jiǎn)介如下：FILENAME.ASM匯編語(yǔ)言源程序，用于聯(lián)機(jī)調(diào)試的程序，由用戶自己編寫，經(jīng)過匯編后生成FILENAME.OBJ就可以下載到PLD板的內(nèi)存使用了。FILENAME是文件名。INS.DEF指令定義文件，它是匯編指令和機(jī)器碼的對(duì)照表，在對(duì)FILENAME.ASM進(jìn)行匯編時(shí)使用。FILENAME.MID微程序文件，它對(duì)指令系統(tǒng)中的每條匯編指令進(jìn)行微指令定義，用于對(duì)匯編指令進(jìn)行解釋，發(fā)出微操作，執(zhí)行匯編指令，這個(gè)文件經(jīng)編譯后生成FILENAME.DAT文件，下載到PLD板的控存使用。BIT.DEF微指令每位的定義，和FILENAME.MID配合使用，共24位。第二十七頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日二、軟件設(shè)計(jì)(2)*.ASMINS.DEF*.MIDBIT.DEF第二十八頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日二、軟件設(shè)計(jì)(3)第二十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日二、軟件設(shè)計(jì)(4)在使用該軟件之前，①實(shí)驗(yàn)箱上的串口線接到微機(jī)的串口，一般為COM1。②PLD板上的四個(gè)插座和FD-CES實(shí)驗(yàn)儀上對(duì)應(yīng)的四個(gè)扁平電纜正確連接。③PLD板上的并口線接到微機(jī)的并口④將FD-CES實(shí)驗(yàn)儀上的SW/USER開關(guān)撥到SW位置⑤將FD-CES實(shí)驗(yàn)儀上的KAL/KAH、KBL/KBH、KCL/KCH開關(guān)分別撥到右、左、左位置，KRL/KRH開關(guān)撥到“上面”位置⑥打開FD-CES實(shí)驗(yàn)儀電源。FD-CES系統(tǒng)軟件的使用步驟如下：1.找到桌面上的圖標(biāo)FDCES，啟動(dòng)，見圖3-1。第三十頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日二、軟件設(shè)計(jì)(5)FD-CESAssembler用于對(duì)匯編源程序和微程序進(jìn)行編輯、匯編，最后生成FILENAME.OBJ和FILENAME.DAT。FD-CESDebugger是將FD-CESAssembler最后生成FILENAME.OBJ和FILENAME.DAT，下載到PLD板聯(lián)機(jī)調(diào)試。2．選擇FD-CESAssembler后出現(xiàn)圖3-2。第三十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日二、軟件設(shè)計(jì)(6)3.選擇File→New建立新文件，見圖3-3。4.編輯匯編源程序，保存，見圖3-4。第三十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日二、軟件設(shè)計(jì)(7)5．選擇AssembleDisAssemble中的Assemble對(duì)匯編源程序進(jìn)行匯編，圖3-5是匯編正確的情況。第三十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日二、軟件設(shè)計(jì)(8)6．編輯并保存INS.DEF文件，見圖3-6，這個(gè)文件不用匯編。第三十四頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日二、軟件設(shè)計(jì)(9)7．編輯并保存微程序文件，見圖3-7。8.對(duì)微程序文件進(jìn)行編譯，選擇AssembleDisAssemble中的Gen，產(chǎn)生擴(kuò)展名為DAT的文件，見圖3-8。第三十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日二、軟件設(shè)計(jì)(10)9．編輯并保存BIT.DEF文件，見圖3-9，這個(gè)文件不用編譯。10．選擇FD-CESDebugger后見圖3-10，選擇串行口，一般為Com1第三十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日二、軟件設(shè)計(jì)(11)11．單擊確定后見圖3-11。12．選擇Structure中的Structure4，見圖3-12。第三十七頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日二、軟件設(shè)計(jì)(12)13．選擇Load→Program，將目標(biāo)文件下載到微機(jī)的內(nèi)存，用戶要選擇要下載的文件名，并在Loadat中給出啟動(dòng)地址（在此為000），在本步執(zhí)行前一定要將FD-CES實(shí)驗(yàn)儀上的M/CM開關(guān)撥到M位置。見圖3-13。第三十八頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日二、軟件設(shè)計(jì)(13)第三十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日二、軟件設(shè)計(jì)(14)圖3-14是一個(gè)提示，在本步執(zhí)行前一定要將FD-CES實(shí)驗(yàn)儀上的M/CM開關(guān)撥到M位置。圖3-15是傳送目標(biāo)文件成功的對(duì)話框。14．選擇Load→MicroProgram，將編譯后的微程序文件（擴(kuò)展名為DAT）下載到微機(jī)的內(nèi)存，用戶要選擇要下載的文件名，在本步執(zhí)行前一定要將FD-CES實(shí)驗(yàn)儀上的M/CM開關(guān)撥到CM位置。見圖3-16。第四十頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日二、軟件設(shè)計(jì)(15)圖3-17是一個(gè)提示，在本步執(zhí)行前一定要將FD-CES實(shí)驗(yàn)儀上