计算机组成原理—复杂模型机的设计.doc

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1、成绩   课程设计：计算机组成原理题目名称：复杂模型机的设计姓名：学号：班级：网络工程1101班完成时间：2012年1月6日151设计目的:建立清晰完善的整机概念；学习设计与调试计算机的基本方法；培养严谨的科研作风和独立工作能力。2设计任务:综合运用所学的计算机原理知识，按给定的指令系统分和数据格式，在所提供的设备范围内，设计一台字长八位的由微程序控制器来控制的模拟计算机。设计并实现较为完整的八位模型计算机。设计微程序控制器的逻辑原理电路图；设计微地址转移的逻辑电路图；设计微程序流程图；设计说明书。3设计指标:字长八位；时钟源MF=QB=1us；内存容量不得小于28；指令系统

2、不得小于十四条。要求算术逻辑指令七条、访问内存和控制指令四条、输入输出指令两条、其他指令一条。4设计说明:4.1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：7654321符号尾数其中,第7位为符号位，数值的表示范围是：－1£X£1。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。[1]算术逻辑指令设计九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-CODERsRd15其中，OP-CODE为操作码，Rs为源寄存器，Rd为目的寄存器，并规定：选中的寄存器（Rs或Rd

3、）R0R1R2寄存器的编码000110[2]访存指令及转移指令模型机设计两条访问指令，即存数(STA)、取数(LDA)，两条转移指令，即无条件转移(JMP)、结果为零或有进位转移指令(BZC)。其格式如下：76543210　００MOP-CODERd　　　　　　　　Ｄ其中，OP-CODE为操作码，Rd为目的寄存器，D为位移量(正负均可)，M为寻址方式，其定义如下：寻址方式有效地址说明00E=D直接寻址01E=（D）间接寻址10E=（RI）+DRI变址寻址本模型机规定变址寄存器RI指定为寄存器R2。[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：765

4、43210OP-CODEaddrRd其中，addr=01时，表示选中“输入单元”中的开关组作为输入设备，addr=10时，表示选中“输出单元”中的数码管作为输出设备。[4]停机指令这类指令只有1条，即停机指令HALT，用于实现停机操作，指令格式如下：76543210011000004.２系统指令本模型机共有1４条基本指令。其中，算术逻辑指令６条，移位指令２条，15访问内存指令和程序控制指令３条，输入输出指令2条，其他它指令1条。表1列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。　　　复杂模型机指令系统序号汇编符号指令格式功能说明1CLRRd011100Rd0→Rd2MOVRS,R

5、d1000RSRdRS→Rd3ADCRS,Rd1001RSRdRS＋Rd＋Cy→Rd4SBCRS,Rd1010RSRdRS－Rd－Cy→Rd5DECRd1011--RdRd－1→Rd6ANDRS,Rd1100RSRdRS∧Rd　→Rd７RRCRS,Rd1110RSRdRS带进位右循环一位，RS→Rd８RLCRS,Rd1111RSRdRS带进位左循环一位，RS→Rd９LDAM,D,Rd00M00Rd，DE→Rd1０STAM,D,Rd00M01Rd，DRd→E1１JMPM,D00M1000，DE→PC1２INaddr,Rd010001Rdaddr→Rd1３OUTaddr,Rd01

6、0110RdRd→addr1４HALT01100000停机4.３数据通路框图154.4微地址转移逻辑电路图该图的IR顺序为（I7、I6、I5、I3、I4、I2）逻辑表达式如下：4.5寄存器译码电路图15逻辑表达式如下：4.6微程序流程图154.7微指令格式15微指令字长２４位。其中顺序控制部分９位，即直接地址６位，判别地址３位，后者采用字段译码法P（1）－P（4）四种判别测试标志位。操作控制字段１８位：其中字段Ａ、Ｂ、Ｃ均采用３－８译码器，可译出LDIR，ＰＣ－BUS，WE，RS－BUS，LDDR等微命令。其他微命令采用直接控制的方式。其中uA5~uA0为6位的后续微地址，A

7、、B、C为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位。微指令代码定义表　　　　242322212019181716151413121110987654321S3S2S1S0MCnWEA9A8ABCμA5μA5μA5μA5μA5μA54.8微程序代码表地址指令S3-S0MCnWEA9A819-16ABC654321000000000110000001000010000101ED820000000111101101100000100200C0500000000011000000010100000300A004