1、课课 题题: 复杂模型机设计复杂模型机设计 目录目录 一、 课程设计目的和意义 1 1.数据格式 2 2.指令格式 2 3.指令系统 3 三、总体设计 4 1.数据通图 4 2.时序系统图 4 3.时序波形图 5 4.起停控制电路图 . 5 四、实验步骤 6 1.设计微程序流程图 6 2.微指令格式 7 3.微程序代码表 . 7 4.转换格式 8 5.微程序控制框图 . 9 6.微程序控制实现 . 9 四、系统测试及实验截图 11 五、总结 14 1 / 14 一、一、课程设计目的和意义课程设计目的和意义 经过一系列硬件课程如计算机原理的学习及相关实验后，综合应用所学理论 知识解决实际设计和应
2、用问题， 进行一个综合的系统的实验。 培养实际动手能力， 进一步提高硬件设计能力。 培养实事求是和严肃认真的工作态度。 通过设计过程， 熟悉和掌握微机系统的硬件设计方法、设计步骤，真正做到理论联系实际，提高 动手能力和分析问题、解决问题的能力。 综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。 2 / 14 二、复杂模型机的设计与实现内容二、复杂模型机的设计与实现内容 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： 其中第 7 位为符号位，数值表示范围是：1X1。 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/
3、O 指令、存数 指令、取数指令、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： 7 6 5 4 3 2 1 0 OP-CODE Rs Rd 其中，OP-CODE 为操作码，RS 为源寄存器，RD 为目的寄存器。 访问指令及转移指令 模型机设计 2 条访问指令：即存数 STA、取数 LDA；2 条转移指令：即无条 件转移 JMP、有进位转移指令 BZC。指令格式为： 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 M OP-CODE Rd D 其中， OP-CODE 为操作码，RD 为目的寄存器地址（LDA、 STA 指令使用） 。
4、 D 为位移量（正负均可） ，M 为寻址模式，其定义如下： 寻址方式 有效地址 说明 00 01 10 11 E=D E=（D） E=(R2)+D E=（PC）+D 直接寻址 间接寻址 R2变址寻址 相对寻址 本模型机规定变址 RI 指定为寄存器 R2。 3 / 14 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： 7 6 5 4 3 2 1 0 OP-CODE addr Rd 其中，addr=01 时，选中输入数据开关组 KD0KD7 作为输入设备，addr=10 时， 选中 2 位数码管作为输出设备。 停机指令 指令格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0
5、 OP-CODE 0 0 0 0 HALT 指令，用于实现停机操作。 3.指令系统指令系统 本模型机共有 16 条基本指令，其中算术逻辑指令 7 条，访问内存指令和程 序控制指令 4 条，输入输出指令 2 条，其它指令 1 条。表 2-1 列出了各条指令的 格式、汇编符号、指令功能。 表 2-1 4 / 14 三、总体设计三、总体设计 1.数据通图数据通图 复杂模型机的数据通路框图如图 3-1 所示。根据复杂模型机的硬件电路设计 机器指令，再根据机器指令要求，设计微程序流程图及微程序，最后形成 16 进 制文件。 图 3-1 2.时序系统图时序系统图 复杂模型机的时序系统图如图 3-2 所示。
6、 图 3-2 5 / 14 3.时序波形图时序波形图 复杂模型机的时序波形图如图 3-3 所示。 图 3-3 4.起停控制电路图起停控制电路图 复杂模型机的起停控制电路图如图 3-4 所示。 图 3-4 6 / 14 四、实验步骤四、实验步骤 1. 设计微程序流程图设计微程序流程图 本实验模型机机设计的微指令流程图，如图 4-1 所示。 图 4-1 7 / 14 2.微指令格式微指令格式 本实验模型机机设计的微指令格式，如表 4-1 所示。 表 4-1 23 22 21 20 19 18 17 16 151413 121110987654321 S2 S1 S0MCn WE A9 A8ABCuA5 uA4 uA3 uA2 uA1 uA0 A 字段 B字段 C 字段 987选择 000 001P(1) 010P(2) 011P(3) 100P(4) 101AR 110
