组成原理课程设计报告-复杂模型机.doc

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课程设计报告
课程名称：计算机组成原理
设计题目：复杂模型机
专 业：******
姓 名：**
学 号：****x
同 组 人：******
指导教师：**
二零一六年一月
目 录
1、计的模型机硬件系统〔物理机〕。
模型机数据通路的设计
在上面总体构造和硬件实现的根底上，我们组根据各部件之间的逻辑组成关系并综合考虑计算机的速率以及可靠性等各方面因素，设计出合理的数据通路构造。
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数据通路的不同，执行指令所需要的逻辑操作也就不同，计算机的构造也就不同。在此根底上，在后面的微指令设计阶段，就可以依据数据通路关系确定模型机工作过程中的所有微操作，并进一步确定微指令格式中的相应微命令。
本模型机的硬件实现电路如下列图所示：
图中MC单元〔控制器〕与其右侧的三个单元之间以及ALU&REG单元间 的连线均为本模型机中数据通路的控制开关的引脚，控制相关微命令从而执行对应的微操作。
本模型机的数据通路框图：
4、模型机机器指令系统设计
指令设计
模型机设计三大类指令共十六条，其中包括运算类指令、控制转移类指令，数据传送类指令。运算类指令包含两种运算，算术运算、逻辑运算，设计有5条运算类指令，分别为：ADD、AND、INC、SUB、OR，所有运算类指令都为单字节，寻址方式采用存放器直接寻址。控制转移类指令有三条 HLT、JMP、BZC，用以控制程序的分支和转移，其中 HLT为单字节指令，JMP和 BZC为双字节指令。数据传送类指令有 IN、OUT、MOV、LDI、LAD、 STA、PUSH、POP共 6条，用以完成存放器和存放器、存放器和 I/O、存放器和存储器之间的数据交换，除 MOV指令为单字节指令外，其余均为双字节指令。

所有单字节指令(ADD、AND、INC、SUB、OR、RR、HLT、PUSH、MOV)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为源存放器，RD为目的存放器，并规定：
RS或RD
选定的存放器
00
01
10
11
RO
R1
R2
R3
IN和 OUT的指令格式为：
7 6 5 4
3 2 (1)
1 0 (1)
7—0 (2)
OP-CODE
RS
RD
P
其中括号1表示第一个字节，2表示第二个字节，P为I/O端口号，占用一个字节，并规定：
A7 A6
选 定
地 址 空 间
00
IOY0
00-3F
01
IOY1
40-7F
.
.
10
IOY2
80-BF
11
IOY3
C0-FF
其中，A7和A6是地址总线的高2位，I/O地址译码图如下：
PUSH的指令格式为：
7 6 5 4
3 2 (1)
1 0 (1)
OP-CODE
RS
RP〔作为栈指针的存放器SP〕
系统设计五种数据寻址方式，即立即、直接、间接、变址和相对寻址， LDI指令为立即寻址，LAD、STA、JMP和 BZC指令均具备直接、间接、变址和相对寻址能力。
LDI的指令格式如下，第一字节同前一样，第二字节为立即数：
7 6 5 4 (1)
3 2 (1)
1 0 (1)
7—0〔2〕
OP-CODE
RS
RD
data
LAD、STA、JMP和 BZC指令格式如下:
7 6 5 4 (1)
3 2 (1)
1 0 (1)
7—0〔2〕
OP-CODE
M
RD
D
其中 M为寻址模式，具体见表 5-3-2，以 R2作为变址存放器 RI:
寻址模式M
有效地址E
说明
00
01
10
11
E=D
E=(D)
E=(RI)+D
E=(PC)+D
直接寻址
间接寻址
RI变址寻址
相对寻址
POP的指令格式如下：
7 6 5 4 (1)
3 2 (1)
1 0 (1)
7—0〔2〕
OP-CODE
**
RP〔作为栈指针的存放器SP〕
取最后两位作为RD
指令系统
汇编符号
指令的格式
功能
MOV RD，RS
ADD RD，RS
SUB RD，RS
AND RD，RS
OR RD，RS
RR RD，RS
0100
RS
RD
0000
RS
RD
1000
RS
RD
0001
RS
RD
1001
RS
RD
1010
RS