计算机组成原理课程设计---复杂模型机的设计与实现

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1、 课课 程程 设设 计计 报报 告告 书书 所属课程名称所属课程名称 计算机组成原理课程设计计算机组成原理课程设计 题题 目目 复杂模型机的设计与实现复杂模型机的设计与实现 20201212 年年 6 6 月月 8 8 日日 目录目录 第一章第一章 课程设计内容及要求课程设计内容及要求 3 第二章第二章 总体设计总体设计 . 4 第三章第三章 数据格式及指令系统数据格式及指令系统 5 第四章第四章 实验步骤实验步骤 8 第五章第五章 课程设计心得课程设计心得 . 14 第六章第六章 参考文献参考文献 15 第 3 页 共 15 页 第一章第一章 课程设计内容及要求课程设计内容及要求 综合运用所

2、学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。 模型机规定采用定点补码表示法表示数据,且字长为 8 位。 模型机设计四大类指令共 16 条，其中包括算术逻辑指令、I/O 指令、存数指令、取 数指令、转移指令和停机指令，设计一台微程序控制的模型机。 根据设计，在实验台上组装调试通过。 用 16 条指令，编写一个汇编语言程序，调试通过。 第 4 页 共 15 页 第二章第二章 总体设计总体设计 复杂模型机的数据通路框图如图 316 所示。根据复杂模型机的硬件电路设 计监控软件（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。 W/R CS2 CS1 CS0

3、SWB CE 输入设备 数据总线 ALUB S3 S2 S1 S0 M CN DR1(74273) DR2(74273) LDDR1 LDDR2 R0(74374) R0B LDR0 IR (74273) LDIR 时序 微控器 PC (74161) LDPC LDAD PCB AR(74273) LDAR 地址总线 W/R CE CE LEDB W/R CE 输出设备 CPU 图 3-16 数据通路框图 译 码 器 ALU RAM 74LS299 T4 299B R1(74374) R1B LDR1 R2(74374) R2B LDR2 第 5 页 共 15 页 第三章第三章 数据格式及指令

4、系统数据格式及指令系统 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： 7 6 5 4 3 2 1 0 符 号 尾 数 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/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，OPCODE 为操作码，RS 为源寄存器，RD 为目的寄存器，并规

5、 定： 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、功能具体见表 38。 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： 第 6 页 共 15 页 7 6 5 3 2 1 0 0 0 M OP-CODE 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为位移量（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 11 ED E（D） E（RI）+

6、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 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： 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 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 38 列出了 各条指令的格式、汇编符号、指令功能。 第 7 页 共 15 页 1011 rd rd 1100 rs rd 1110 rs rd 1101 rs rd 1