【9A文】组成原理课程设计-设计一台模型计算机

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1、【MeiWei_81重点借鉴文档】计算机组成原理课程设计一、基本要求：设计一台模型计算机具体内容：1.数据格式和指令系统2.数据通路3.时序系统4.微指令格式5.微程序控制器6.微程序流程图7.微程序代码表二、模型机设计1.数据格式和指令系统的约定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：76543210符号数据其中:第7位为符号位，数值表示范围是：-1≤R＜1。2)指令系统模型机设计四大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令（9条）、I／O指令（4条）、访内及转移指令（2条）和停机指令（

2、1条）。因为指令系统共16条指令，所以操作码是4位。由于模型机机器字长为8位，故设计单字长指令和双字长指令供使用。(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：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：9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式。(2)访内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)，指令格式为：

3、7654321000ROP-CODERdD其中，OP-CODE为操作码，Rd为目的寄存器，D为位移量(正负均可)，R为寻址方式，其定义如下：寻址方式有效地址说明00011011E=DE=(D)E=(R2)+DE=(PC)+D直接寻址间接寻址R2变址寻址相对寻址(3)输入输出指令格式如下：76543210OP-CODEaddrRd其中，addr=01时，选中“INPUTDEVICE”中的开关组作为入设备，addr=10时，选中“OUTPUTDEVICE”中的数码快作为输出设备。(4)停机指令格式如下：76543210OP-

4、CODE0000这类指令只有一条，即停机指令HALT(5)模型机指令系统【MeiWei_81重点借鉴文档】【MeiWei_81重点借鉴文档】指令类型操作名称及用法功能指令格式算术逻辑指令MOVRs,Rd传送(Rs)->Rd1000RsRdADDRs,Rd加法(Rs)+(Rd)->Rd1001RsRdSUBRs,Rd减法(Rs)-(Rd)->Rd1010RsRdINCRd自增(Rd)＋1→Rd101100RdANDRs,Rd与(Rs)&&(Rd)->Rd1100RsRdCOMRs,Rd比较(Rd)-(Rs)的结果影响状态位

5、：若N=1，则Rs>Rd1101RsRdCLARd清零0->Rd111000RdRRCRd带进位右循环一位0->MSB->MSB-1->…->LSB->C-1111100RdRLCRd带进位左循环一位C<-MSB<-MSB-1<-…<-LSB<-0011100Rd访内及转移指令STAR,D,Rd存数(Rd)->E00R00RdDLDAR,D,Rd取数E->Rd00R01RdDJMPR,D无条件跳转E->PC00R1000DBZCR,D若条件位Z=1或C=1，则跳转E->PC00R1100DI/O指令INaddr,Rd输入

6、(addr)->Rd010001RdOUTaddr,Rd输出Rd->(addr)010110Rd停机指令HALT停机011000002.数据通路简单的模型计算机是由运算器、控制器、存储器、总线、输入输出和时序产生器组成。在模型机中，我们将要实现RAM的读写指令，寄存器的读写指令，跳转指令，ALU的加、减、与、或指令。把通用寄存器作为累加器A，进行左、右移等指令，整体构成一个单累加器多寄存器的系统。运算器模块主要由四片74LS181、暂存器两片74LS273等构成。其中74LS181可通过控制器相应的控制指令来进行某种运算

7、，具体由S0、S1、S2、S3、M、CN来决定。T4是它的工作脉冲，正跳变有效。寄存器堆模块为实验计算机提供了2个8位通用寄存器。它们用来保存操作数及其中间运算结果，它对运算器的运算速度、指令系统的设计等都有密切关系。在该运算器中，有两片74LS181组成算术和逻辑运算。数据的来源由74LS273寄存器提供，74LS273产生16位数据分别送入到74LS181运算器中进行相应的运算。主存储器单元电路主要用于存放实验机的机器指令，它的数据总线挂在外部数据总线ERD0～ERD7上；它的地址总线由地址寄存器单元电路中的地址寄存

8、器74LS273（U37）给出，地址值由8个LED灯LAD0～LAD7显示，高电平亮，低电平灭；在手动方式下，输入数据由键盘提供，并经一三态门74LS245（U51）连至外部数据总线ERD0～ERD7，实验时将外部数据总线ERD0～ERD7用8芯排线连到内部数据总线BUSD0～BUSD7，分时给出地址和数据。它的读信