计算机硬件课程设计--复杂模型机设计报告

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1、硬件课程设计复杂模型机设计报告一．实验目的：经过一系列硬件课程的学习及相关实验后，做一个综合的系统性的设计，这在硬件方面是一个提高，进一步培养实践能力。二．实验内容：搭建一台8位模型机，指令系统要求有10条以上，其中包括运算类指令、传送类指令、控制转移类指令、输入输出指令、停机指令等。三．实验思路：1、确定设计目标：确定所设计计算机的功能和用途。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、确定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，列出各种信息传送路径以及实现这些传送所需要的微命令。4、设

2、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，需要考虑哪些微操作可以安排在同一个微指令中。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操作进行二进制代码化，写入到控制存储器中的相应单元中。7、组装、调试：在总装调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有功能模块工作正常后，才能保证整机的运行正确。四．实验原理：1.指令系统及指令格式：指令系统包括：算术逻辑运算指令、访存指令、控制转移指令、I/O

3、指令、停机指令。一般指令格式：DATA/ADDROP-CODERSRDDATA/ADDR00MOPCODERD指令系统如:ADDRS,RDMOVDATA,RDMOVRS,[ADDR]JZADDRINRDHALT其中RS、RD为R0、R1、R2中之一，DATA为立即数，ADDR为内存地址。1.微指令格式：WEA9A8000INPUT001RAM读101RAM写110LED,写接口011无010写接口3．微程序地址入口的形成：P（1）是用来译码指令寄存器的I7、I6、I5、I4,用于一般指令,微程序入口址为OP+10HP（2）是用来译码指令寄存器的I3、I2,用于不同寻址方式指令，入口

4、地址转OP+20HP（3）是用来译码判断标志位C、Z,用于条件转移指令,条件成立转OP+30H,条件不成立转OP+20HP（4）是用来译码控制台操作的SWB、SWA,用于手动操作。5．模型机数据通路：6．模型机组装电路图：7．微程序装载格式：机器指令格式：$PXXXX微指令格式：$MXXXXXXXX把它们保存为*.TXT文件实验设计：1．机器指令设计：根据后面微指令的设计，我们定义了11条指令，它们分别对应相应编码：指令操作操作码IN0000OUT0001ADD0010SUB0011MOV(直接寻址)0100MOV(间接寻址)0101JMPRi0110JMPimm0111XOR10

5、00OR1001P(3)1010这我们设计的这些指令中MOV(直接寻址)，JMPimm和P(3)均为双字节指令，其余都为单字节指令。以下是我们设计的模型机机器指令：机器指令机器指令码微程序入口地址INR00000000000ADDR0,R10001000101OUTR10010010102MOVRO,R10011000103STAR020H01000000040010000005LOADR120H01010101060010000007ANDR0,R10110000108XORR0,R10111000109JMP00H100000000A000000000B2．微指令的设计：指令微

6、操作流程图：3.最后指令装载TXT文件：$P0000$P0120$P0211$P0331$P0441$P0527$P0651$P0700$P0871$P0981$P0A91$P0B00$P0C61$P0D00$M00018001$M0101ED82$M0200C050$M10001001$M12070201$M1101A203$M0301B404$M04959A01$M1301A205$M0501B406$M06619A01$M1401ED87$M0700E008$M08009001$M1501E209$M09009001$M1601EC0A$M0A00D181$M1701D381

7、$M1801A20B$M0B01B40C$M0C699A01$M1901A20D$M0D01B40E$M0EE99A01$M1A01ECE0$M20018001$M3000D181一．实验步骤：1．按照给定模型机组装电路图连接电路2．连通实验箱与PC机，打开CMP软件，测试实验箱是否正常3．设计10条微指令，画出其微操作流程图，并翻译所有微操作成指定格式4．设计包含这11条微指令的机器指令程序，并翻译成相应机器指令格式5．把设计好微指令和机器指令保存为TXT文件，然后