1、 计算机硬件课程设计计算机硬件课程设计 复杂模型机设计复杂模型机设计 1 目录目录 一、程序设计一、程序设计2 1、设计目的.2 2、 设计内容.2 二、设计原理二、设计原理2 1、机器指令系统设计.2 2、微操作流程图设计5 3、微程序设计6 三、验证程序三、验证程序6 四、心得体会四、心得体会9 2 一、程序设计一、程序设计 1、实验目的：、实验目的： 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。 2、设计内容、设计内容 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
2、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。 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，才能保证整机的运行正确
3、。 二、设计原理二、设计原理 1、机器指令系、机器指令系 1）数据格式数据格式 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： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 符号 尾 数 2 2）指令格式）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、访问及转移指和 停机指令。 1 算术逻辑指令算术逻辑指令 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： 3 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 OPCODE rs rd 其中，OPCODE 为操作码，rs 为源寄存器，rd 为目的寄存器，并规定：
4、 rs 或 rd 选定的寄存器 00 01 10 R0 R1 R2 9 条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表 2 访存指令及转移指令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 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0 M OPCODE rd D 其中，OPCODE 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
5、明 00 01 10 11 ED 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。 3 I/O 指令指令 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 D2 D1 D0 OPCODE addr rd 其中， addr01 时， 选中 “INPUT DEVICE” 中的开关组作为输入设备， addr10 时， 选中 “OUTPUT DEVICE”中的数码块作为输出设备。 4 停机指令停机指令 指令格式如下： 4 HALT 指令用于实现停机操作。 3） 、所设计的机器指令列表） 、所设计的机器指令列表 2、微操作流程图设计 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 OPCODE 00 00 RAM地址地址 助记符助记符 指令码指令码 说明说明 OX00 IN R0 0000 00 00 INPUTR0 OX01 INC R0 0001 00 00 R0+1-R0 OX02 MOV R0,R1 0010 00 01 R0-R1 OX03 LOAD X，R2 0
