基于多流水线复杂模型机的设计 论文

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1、基于多流水线复杂模型机实验研究与实现刘明明胡春华张楠王长春乌云毕丽格陈盛（新疆农业大学计算机与信息工程学院计算机系）摘要：介绍了基于多流水线复杂模型机的原理，给出复杂模型机的原理框图，设计数据格式和指令格式，提供两种实验方式，单片机键盘操作和开关控制操作。分别对两种实验方式给了不同的连线图。关键词：计算机组成原理；多流水线；运算器；存储器Abstract：Introducesthemorecomplexmodellinebasedontheprincipleofthemachine,thenthecomplexmodelmachineprinciplediagram,des

2、igneddataformatandinstructionformat,offeredtwoexperimentalmethod,SCMkeyboardandswitchcontrolmethod.Andcircuitdiagram.Keywords:computerprinciple;multi-line;ALU;memory引言计算机组成原理课程是计算机专业及电子信息类专业学生的必修核心课程之一，它为计算机和电子专业的学生学好后续计算机软硬件课程起着很重要的作用[1]。教学与科研相结合是培养学生实践能力的有效途径，所以教材的前部分实验课程是教师带领学生完成实验课程（EL

3、-JY-Ⅱ型计算机组成原理实验系统），后部分需要学生自己完成，以达到更深层次的理解。一、多流水线复杂模型机原理1.1多流水复杂模型机逻辑框图运算器ALU由U7—U10四片74LS181构成，暂存器1由U3、U4两片74LS273构成，暂存器2由U5、U6两片74LS273构成。微控器部分控存由U13—U15三片2816构成。除此之外，CPU的其它部分都由EP1K10集成。存储器部分由两片6116构成16位存储器，地址总线只有低八位有效，因而其存储空间为00H—FFH。输出设备由底板上的四个LED数码管及其译码、驱动电路构成，当D-G和W/R均为低电平时将数据总线的数据送入数

4、码管显示。在开关方式下，输入设备由16位电平开关及两个三态缓冲芯片74LS244构成，当DIJ-G为低电平时将16位开关状态送上数据总线。在键盘方式下，数据可由键盘输入，然后由监控程序直接送上数据总线，因而外加的数据输入电路可以不用。1.2数据格式和寻址方式的设计1.2.1数据格式本实验计算机采用定点补码表示法表示数据，字长为16位，其格式如下：151413……..0符号尾数其中第16位为符号位，数值表示范围是：-32768≤X<32767。1.2.2指令格式：1）算术逻辑指令设计9条单字长算术逻辑指令，寻址方式采用寄存器直接寻址。其格式如下：76543210OP-CODE

5、rsrd其中OP-CODE为操作码，rs为源寄存器，rd为目的寄存器，并规定：OP-CODE011110001001101010111100110111101111指令CLRMOVADDSUBINCANDNOTRORROLRs或rd选定寄存器00Ax01Bx10Cx2）存储器访问及转移指令存储器的访问有两种，即存数和取数。它们都使用助记符MOV，但其操作码不同。转移指令只有一种，即无条件转移（JMP）。指令格式如下：7654321000MOP-CODERdD其中OP-CODE为操作码，rd为寄存器。M为寻址模式，D随M的不同其定义也不相同，如下表所示：OP-CODE0001

6、10指令说明写存储器读存储器转移指令寻址模式M有效地址ED定义说明00E=（PC）+1立即数立即寻址10E=D直接地址直接寻址11E=100H+D直接地址扩展直接寻址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：76543210OP-CODEaddrRd其中，当OP-CODE=0100且addr=10时，从“数据输入电路”中的开关组输入数据；当OP-CODE=0100且addr=01时，将数据送到“输出显示电路”中的数码管显示。二、指令系统及微指令2.1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

7、输出指令２条，其它指令1条。表X列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。按照系统建议的微指令格式，参照微指令流程图，将每条微指令代码化，译成二进制代码表，并将二进制代码表转换为联机操作时的十六进制格式文件，见下表X。242322212019181716151413121110987654321S3S2S1S0MCnWEA9A8ABCμA5μA5μA5μA5μA5μA5表X2.2微指令设计确定自己修改的机器指令，从指令系统中能够找到该指令的指令格式，修改rs或者rd来修改机器指令。从微程序流程图中找到需要修改的机器