复杂模型机的设计与实现.doc

复杂模型机的设计与实现
计算机组成原理
课程设计实验报告
设计题目
复杂模型机的设计与实现
专业班级
计算机科学与技术1004
指导教师
日期


开发小组成员
组员：岂亚娟 1008030415
杨 娜 1008030418
吴兴欢 1008030401
刘 甜 1008030402

复杂模型机的设计与实现
一、 课程设计目的
综合运用所学计算机原理实验知识，设计并实现较为完整的计算机。
二、 设计要求
1、确定设计目标
参考实验指导书上复杂模型机设计的过程，运用其微指令格式，独立设计指令系统。并用该指令系统中的指令编一完成简单运算的程序（有数据输入和输出的）。并进行调试运行。
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、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。在此基础上，就可以拟出各种信息传送路径，以及实现这些传送所需要的微命令。
对于部件设置，比如要确定运算器部件采用什么结构，控制器采用微程序控制。
综合考虑计算机的速率、性能价格比、可靠性等要求，设计合理的数据通路结构，采用何种方案的内总线及外总线。数据通路不同，执行指令所需要的操作就不同，计算机的结构也就不一样。
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，需考虑哪些微操作可以安排在同一个微指令中，哪些微操作不能安排在同一条微指令中。
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指令代码化，转化成相应的二进制代码，写入到控制存储器中的相应单元中。
7、组装、调试
在总调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有各功能模块工作正常后，才能保证整机的运行正确。
当所有功能模块都调试正常后，进入总调试。连接所有模块，用单步微指令方式执行机器指令的微程序流程图，当全部微程序流程图检查完后，若运行结果正确，则在内存中装入一段机器指令，进行其他的运行方式等功能调试及执行指令的正确性验证。
三、 数据格式以及指令格式
1、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
符 号
尾 数
2、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、访问存储器及转移指令和停机指令。
(1) 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，并规定：
选中的寄存器（Rs或Rd）
R0
R1
R2
寄存器的编码
00
01
10
(2) 访存指令及转移指令
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)、结果为零或有进位转移指令(BZC)。其格式如下：
7 6
5 4
3 2
1 0
OP-CODE
M
OP-CODE
Rd
D
2
MOV RS,Rd
1000 RS Rd
RS→Rd
3
ADC RS,Rd
1001 RS Rd
RS＋Rd＋Cy→Rd
4
SBC RS,Rd
1010 RS Rd
RS－Rd－Cy→Rd
5
INC Rd
1011 -- Rd
Rd＋1→Rd
6
AND RS,Rd
1100 RS Rd
RS∧Rd　→Rd
7
COM Rd
1101 00 Rd
Rd　→Rd
8
RRC RS,Rd
1110 RS Rd
RS带进位右循环一位，RS→Rd
9
RLC RS,Rd
1111 RS Rd
RS带进位左循环一位，RS→Rd
10
LDA M,D, Rd
00 M 00 Rd，D
E→Rd
11
STA M,D, Rd
00 M 01 Rd，D
Rd→E
12
JMP M,D
00 M 10 00，D
E→PC
13
BZC M,D
00 M