1、 硬硬 件件 课课 程程 设设 计计 复杂模型机设计报告复杂模型机设计报告 一一 实验目的：实验目的： 经过一系列硬件课程的学习及相关实验后， 做一个综合的系统性的设计， 这在硬件方面是一 个提高，进一步培养实践能力。 二二 实验内容：实验内容： 搭建一台 8 位模型机， 指令系统要求有 10 条 以上， 其中包括运算类指令、 传送类指令、 控 制转移类指令、输入输出指令、停机指令等。 三三 实验思路：实验思路： 1、确定设计目标：确定所设计计算机的功能和用途。 2、确定指令系统：确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及 使用的寻址方式。 3、确定总体结构与数据通路：总体
2、结构设计包含确定各部件设置以及它们之间的数据通路 结构，列出各种信息传送路径以及实现这些传送所需要的微命令。 4、设计指令执行流程：数据通路确定后，就可以设计指令系统中每条指令的执行流程。根 据指令的复杂程度。每条指令所需要的机器周期数。对于微程序控制的计算机，根据总线结 构，需要考虑哪些微操作可以安排在同一个微指令中。 5、确定微程序地址：根据后续微地址的形成方法，确定每条微程序地址及分支转移地址。 6、根据微指令格式，将微程序流程中的所有微操作进行二进制代码化，写入到控制存储器 中的相应单元中。 7、组装、调试：在总装调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有功能模块工作正 常后，才能保
3、证整机的运行正确。 四四 实验原理：实验原理： 1. 指令系统及指令格式：指令系统及指令格式： 指令系统包括：算术逻辑运算指令、访存指令、控制转移指令、I/O 指令、停机指令。 一般指令格式： 指令系统如: ADD RS,RD MOV DA TA,RD MOV RS,ADDR JZ ADDR IN RD HALT 其中 RS 、RD 为 R0、R1、R2 中之一 ，DA TA 为立即数，ADDR 为内存地址。 DATA/ADDR 00 M OPCODE RD DATA/ADDR OP-CODE RS RD 2. 微指令格式：微指令格式： WE A9 A8 0 0 0 INPUT 0 0 1 R
4、AM 读 1 0 1 RAM 写 1 1 0 LED,写接口 0 1 1 无 0 1 0 写接口 3 3微程微程序地址入口的形成：序地址入口的形成： P（1）是用来译码指令寄存器的 I7、I6、I5、I4 ,用于一般指令,微程序入口址为 OP+10H P（2）是用来译码指令寄存器的 I3、I2 ,用于不同寻址方式指令，入口地址转 OP+20H P（3）是用来译码判断标志位 C、Z ,用于条件转移指令,条件成立转 OP+30H,条件不成立转 OP+20H P（4）是用来译码控制台操作的 SWB、SWA ,用于手动操作。 5 5模型机数据通路：模型机数据通路： 6 6模型机组装电路图：模型机组装电
5、路图： 7 7微程序装载格式：微程序装载格式： 机器指令格式：$PXXXX 微指令格式： $MXXXXXXXX 把它们保存为 *.TXT 文件 实验设计：实验设计： 1 机器指令设计： 根据后面微指令的设计，我们定义了 11 条指令，它们分别对应相应编码： 指令操作 操作码 IN 0000 OUT 0001 ADD 0010 SUB 0011 MOV( 直 接 寻 址) 0100 MOV( 间 接 寻 址) 0101 JMP Ri 0110 JMP imm 0111 XOR 1000 OR 1001 P(3) 1010 这我们设计的这些指令中 MOV(直接寻址)，JMP imm 和 P(3)均
6、为双字节指令，其余都为单 字节指令。 以下是我们设计的模型机机器指令： 机器指令 机器指令码 微程序入口地址 IN R0 0000 0000 00 ADD R0,R1 0001 0001 01 OUT R1 0010 0101 02 MOV RO,R1 0011 0001 03 STA R0 20H 0100 0000 04 0010 0000 05 LOAD R1 20H 0101 0101 06 0010 0000 07 AND R0,R1 0110 0001 08 XOR R0,R1 0111 0001 09 JMP 00H 1000 0000 0A 0000 0000 0B 2 微指令的设计： 指令微操作流程图： 3.最后指令装载 TXT 文件： $P0000 $P0120 $P0211 $P0331 $P0441 $P0527 $P0651 $P0700 $P0871 $P0981 $P0A91 $P0B00 $P0C61 $P0D00 $M00018001
