计算机组成原理课程设计---复杂模型机的设计与实现

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1、课程设计设计题目复杂模型机的设计与实现学生姓名号范加林学号指导教师专业班级20092697计算机科学与技术09-2郭骏2011年12月一、课程设计目的与要求 设计目的：本课程设计是《计算机组成原理》课程之后开设的实践环节课程。通过本课程设计，使学生进一步加深对计算机原理系列课程相关内容的理解，掌握CPU设计的基本方法和计算机系统的组成原理，进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；锻炼计算机硬件的设计能力、调试能力；培养严谨的科学实验作风、良好的工程素质及团队协作精神，为今后

2、的工作打下基础。设计要求：基于计算机组成原理教学实验系统设计并实现一个具有16条机器指令、采用微程序控制器的8位计算机。并根据设计课题要求，给出模型机的设计方案（包括指令系统和硬件结构）。画出所设计计算机的硬件连接图，针对所设计的指令系统编写出相应的微程序。对所设计的计算机进行安装与调试。编写测试程序，对系统进行验证。编写课程设计报告。二、指令格式和指令系统（一）指令格式1、数据格式模型机规定采用定点补码表示数据，且字长为8位，其格式如下：76543210符号尾　　数其中第7位为符号位，数值表示范围是

3、：-1≤X＜1。2、指令格式模型机设计四大类指令共16条，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。⑴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：76543210OP-CODERsRd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00011011R0R1R2R39条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表7-12-1。⑵访问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），

4、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），指令格式为：7654321000M2OP-CODERdD（低八）D（高八）其中“00M”为源码段，2OP-CODE为目的码段（LDA、STA指令使用）。D为十六位地址段（低八在前，高八随后），M为源寻址模式，其定义如下：寻址模式M有效地址E说明00011011E=DE=(D)E=(SP)+DE=(PC)+D直接寻址间接寻址SP变址寻址相对寻址⑶I/O指令输入（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令，其格式如下：76543210

5、OP-CODE00Rd⑷停机指令指令格式如下：76543210OP-CODE0000HALT指令，用于实现停机操作。（二）、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，输入输出指令2条，其它指令1条。下表列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。助记符指令格式功　能LDAM,D,Rd00M00RdE→RdSTAM,D,Rd00M01RdRd→EJMPM,D00M1000E→PCBZCM,D00M1100当CY=1或Z=1时，E→PCMOVRd,Rs0100

6、RsRdRs→RdADCRd,Rs0101RsRdRs+Rd+CY→RdSBCRd,Rs0110RsRdRs-Rd-CY→RdANDRd,Rs0111RsRdRs∧Rd→RdCLRRd100000Rd0→RdINCRd100100RdRd+1→RdCPLRd101000RdRd→RdRRCRd101100RdCY→RdRLCRd110000RdCY→RdINRd,I/O110100RdI/O→RdOUTRd,I/O111000RdRd→I/OHALT11110000停机按照系统建议的微指令格式，参照微

7、指令流程图，将每条微指令代码化，译成二进制代码，并将二进制代码表转换成十六进制格式文件。M23M22M21M20M19M18M17M16M15M14M13M12M11M10M9M8M7M6M5M4M3M2M1M0E/MIPMWRR/M目的编码OPMCNS2S1S0源编码XPWALUIuIEIRIczIds三、复杂模型机数据通路图。 四、微程序控制器原理、设计方法及步骤。 （一）、微指令格式M23M22M21M20M19M18M17M16M15M14M13M12M11M10M9M8M7M6M5M4M3M

8、2M1M0E/MIPMWRR/M目的编码OPMCNS2S1S0源编码XPWALUIuIEIRIczIds（二）、复杂模型机微程序流程图（见下页图示）（三）、十六进制格式微程序文件。 $M00018110$M0101ED82$M0200C060$M0300E004$M04028201$M0500E006$M0600B007$M0701A20F$M0800E00C$M0900E00A$M0A00A00B$M0B070A01$M0C028201$M0D00E0