计算机硬件课程设计报告——拓展接口的复杂模型机设计.doc

计算机硬件课程设计报告
——拓展接口的复杂模型机设计
学院:
计算机科学与工程学院
专业:
计算机科学与技术
班级:
组员1:
组员2:
起止时间:
目录
一、实验目的··············································3
二、实验内容··············································3
三、实验思路··············································3
四、实验原理
··············································3
五、实验步骤·············································10
六、实验设计·············································11
七、实验心得·············································14
一、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、实验内容
搭建一台有拓展接口的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、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,才能保证整机的运行正确。
四、实验原理
1、指令系统及指令格式
(1)数据格式8位。
(2)指令格式:
指令系统应包括: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。一般指令格式如下:
OP-CODE(4位)
RS(2位)
RD(2位)
DATA/ADDR(8位)
其中RS、RD可以是R0、R1、R2中任一个,它们的代码分别为00、01、10。DATA为立即数,ADDR为内存地址。
(3)指令系统:
读写端口指令:PIN PORT,RD POUT RS,PORT
访存指令:LOAD [ADDR],RD STA RS,[ADDR]
读取立即数指令:MOV DATA RD
算术运算指令:ADD RS,RD SUB RS,RD
逻辑运算指令:XOR RS,RD AND RS,RD NOT RD
跳转指令:JMP ADDR JZ ADDR
停机指令:HALT
运行微程序
PC->AR
PC+1
RAM->BUS
BUS->IR
RAM->BUS
BUS->AR
PC->AR
PC+1
RS->BUS
BUS->RAM
RAM->BUS
BUS->AR
PC->AR
PC+1
RAM->BUS
BUS->RD
RAM->BUS
BUS->RD
PC->AR
PC+1
RS->LDDR1
RD->LDDR2
LDDR1-LDDR2->RD
RS->LDDR1
RD->LDDR2
LDDR1+LDDR2->RD
RS->LDDR1
RD->LDDR2
LDDR1异或LDDR2->RD
RS->LDDR1
RD->LDDR2
LDDR1与LDDR2->RD
P(1)
LOAD
STA
MOV
ADD
SUB
XOR
AND
RD->LDDR2
LDDR2取非->RD
RAM->BUS
BUS->PC
PC->AR
PC+1
PC->AR
PC+1
P(3)测试
后续地址20H
30H
读出地址送PC
20H
复位
Y
N
01
01
NOT
JMP
JZ
右边接下图
左边接上图
指令微操作流程
3、微指令格式
微指令为24位2进制编码,其中24位分配及编码方式如下: