计算机原理复杂模型机改动,计算机组成原理课程设计复杂模型机设计.doc

复杂模型机设计实验

概述

本课程的目的是通过课程设计，使学生对所学习过的计算机组成原理课程内容加以理解和巩固。通过实验使学生掌握计算机由哪些部件所组成，各部件间又是如何进行协调工作的。

本次设计要求利用实验室的TDN-CM++教学实验箱，组建一较为复杂的模型计算机。并验证其能够正常运行。参考实验指导 书上复杂模型机设计的过程，运用其微指令格式，独立设计指令系统。并用该指令系统中的指令编一完成简单运算的程序(有数据输入和输出的)。并进行调试运行。

数据格式及指令系统

数据格式

模型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为8位，其格式如下：

D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0符号尾 数指令格式

模型机设计四大类指令共十六条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访问及转移指令和停机指令。

算术逻辑指令

设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：

D7 D6 D5 D4 D3 D2D1 D0OP－CODErsrd其中，OP－CODE为操作码，rs为源寄存器，rd为目的寄存器，并规定：

rs或rd选定的寄存器00

01

10R0

R1

R29条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表

访存指令及转移指令

模型机设计2条访存指令――存数(STA)和取数(LDA)，2条转移指令――无条件转移(JMP)和结果为零或有进位转移指令(BZC)，这4条指令长度为2个字节，其指令格式为：

D7 D6D5 D4D3 D2D1 D00 0MOP－CODErdD其中，OP－CODE为操作码，rd为目的寄存器地址(LDA、STA指令使用)。D为偏移量(正负均可)，M为寻址模式，其定义如下：

寻址模式M有效地址E说明00

01

10

11E＝D

E＝(D)

E＝(RI)＋D

E＝(PC)＋D直接寻址

间接寻址

RI变址寻址

相对寻址本模型机规定变址寄存器RI指定为寄存器R2。

I/O指令

输入(IN)和输出(OUT)指令采用单字节指令，其格式如下：

D7 D6 D5 D4 D3 D2D1 D0OP－CODEaddrrd其中，addr＝01时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为输入设备，addr＝10时，选中“OUTPUT DEVICE”中的数码块作为输出设备。

停机指令

指令格式如下：

D7 D6 D5 D4 D3 D2D1 D0OP－CODE0000HALT指令用于实现停机操作。

指令系统

本模型机共有16条基本指令，其中算术逻辑指令7条，访存指令和程序控制指令4条，输入输出指令2条，其它指令1条，表列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。

表1

助记符号指令格式功能CLR rd

MOV rs，rd

ADC rs，rd

SBC rs，rd

INC rd

AND rs，rd

COM rd

RRC rs，rd

RLC rs，rd

0111

00

rd

1000

rs

rd

1001

rs

rd

1010

rs

rd

1011

rs

rd

1100

rs

rd

1101

rs

rd

1110

rs

rd

1111

rs

rd

0→rd

rs→rd

rs+rd+cy→rd

rs-rd-cy→rd

rd+1→rd

rs∧rd→rd

→rd

rs→rd

rs←rdLDA M, D, rd

STA M, D, rd

JMP M, D

BZC M, D

00

M

00

rd

D

00

M

01

rd

00

M

00

rd

D

00

M

00

rd

D

E→rs

rd→E

E→PC

当CY＝1或Z＝1，

E→PCIN addr, rd

OUT addr, rd

0100

01

rd

0101

01

rd

addr→rd

rd→addrHALT

0100

01

rd

停机

总体设计

本模型机的数据通路框图如图所示。

数据通路图

详细设计

实验连接图和微程序流程图如下:

实验连接图

微程序流程图

根据流程图，确定如下微程序：

微程序：

$ $M2205DB81

$M0101ED82 $M230180E4

$M0200C050 $$M0300A004 $M2