组成原理课程设计(复杂模型机设计实验).doc

复杂模型机设计实验一、实验目的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。二、实验设备 TDN - CM +计算机组成原理教学实验系统。三、数据格式及指令系统 , 且字长为 8位, 其格式如下: D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 符号尾数 ,其中包括算术逻辑指令、 I/O 指令、访问及转移指令和停机指令。 1) 算术逻辑指令设计 7 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: D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 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,并规定: rs或 rd 选定的寄存器 00 01 10 R0 R1 R2 7 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 00M 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)。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 说明 00 01 10 11 E=DE =( 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 OP - CODE addr rd 其中, addr = 01时, 选中“ INPUT DEVICE ”中的开关组作为输入设备, addr = 10 时,选中“ OUTPUT DEVICE ”中的数码块作为输出设备。 4) 停机指令指令格式如下: D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 OP - CODE 00 00 HALT 指令用于实现停机操作。 16 条基本指令,其中算术逻辑指令 7 条,访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, 表列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。表1 助记符号指令格式功能 CLR rd MOV rs, rd ADC rs, rd SBC rs, rd INC rd AND rs, rd RRC rs, rd RLC rs, rd 1000 rs rd 1001 rs rd 1010 rs rd 1011 rd 1100 rs rd 1101 rd 1110 rs rd 1111 rs rd 0111 00 rd0→ rd rs→ rd rs+rd+ cy→ rd rs- rd -cy → rd rd+1 → rd rs∧ rd→ rd rd → rd rs→ rd rs← rd LDA M, D, rd STA M, D, rd JMP M, D BZC M, D 00M 01 rd 00M 00 rdD 00M 00 rdD 00M 00 rdD E→ rs rd→EE→ PC 当 CY=1或Z=1, E→ PC IN addr, rd OUT addr, rd 0100 01 rd 0101 01 rd addr → rd rd→ addr HALT 0100 01 rd 停机四、总体设计本模型机的数据通路框图如图所示。图1:数据通路图根据机器指令系统的要求,设计微程序流程图及确定微地址如下: 图 2:微程序流程图根据流程图,确定如下微程序: 微程序: $M00018108 $M2205DB81 $M0101ED82 $M230180E4 $M0200C050 $M24018001 $M0300A004 $M2595AAA0 $M0400E0A0 $M2600A027 $M0500E006 $M2701BC28 $M0600A007 $M2895EA29 $M0700E0A0 $M2995AAA0 $M0801ED8A $M2A01B42B $M0901ED8C $M2B959B41 $M0A00A03B $M2C01A42D $M0B018001 $M2D65AB6E $M0C00203C $M2E0D9A01 $M0D00A00E $M2F01AA30 $M0E01B60F $M300D8171 $M0F95EA25