基本模型机的设计与实现

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1、计算机组成原理课程设计报告题目：简单模型机设计院（系）：计算机科学与工程学院专业：计算机科学与技术班级：100602学生：王朝纲学号：100602119指导教师：徐万罗2012年6月一、实验目的1、在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统地构造一台基本模型计算机。2、为其定义5条机器指令，并编写相应的微程序，上机调试掌握机概念。二、实验设备Ｄais-CMH+/CMH计算器组成原理教学实验系统一台，实验用扁平线、导线若干。三、实验内容1.实验原理部件实验过程中，各部件单元的控制信号是以人为模拟产生为主，而本次

2、实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元的控制信号，实现特定的指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序.在这次课程设计中，主要用到IN(输入)、ADD(加法)、STA(存数)、OUT(输出)、JMP(无条件转移)五条机器指令，其指令格式如下（前四位为操作码）：助记符机器指令码（二进制）说明微程序的入口地址（八进制）IN00100000“INPUTDEVICE”中的开关状态—>R00

3、9（取指令后续微指令默认地址为09）ADDaddr01000000XXXXXXXXRO+[addr]——>R00ASUBaddr11000000XXXXXXXXRO-[addr]——>R00ESTAaddr01100000XXXXXXXXRO——>[addr]0BOUTaddr10000000XXXXXXXX[addr]——>LED0CJMPaddr10100000XXXXXXXXaddr——>PC0D其中IN为单字节（8位），期于为双字节指令，XXXXXXXX为addr对应的二进制地址码。系统涉及到的微程序流程图如

4、图1-1所示，数据通路框图见图1-2，当拟定“取消”微指令时，该微指令的差别测试字段为P(1)测试。由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P（1）的测试结果出现多路分支。本机用指令寄存器的前4位（IR7~IR4）作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定微地单元。011A191817141316070E0D0C0B060504030A09P(1)PC->ARPC+1PC->ARPC+1SW->R0PC->ARPC+1PC->ARPC+1PC->ARPC+1RAM->BUSBUS->ARRAM->BUSB

5、US->DR2RO->DR1(DR1)+(DR2)->RORAM->BUSBUS->ARRO->BUSBUS->RAMRAM->BUSBUS->ARRAM->BUSBUS->LEDRAM->BUSBUS->ARRAM->BUSBUS->ARRAM->BUSBUS->DR2RO->DR1(DR1)^(DR2)->RO0102RAM->BUSBUS->IRPC->ARPC+1080101010101图1-1微程序流程图                  图1-2数据通路框图其中：①ALU：这是4位带进位的加法器。带有两个

6、锁存器IR1、IR2。由S0、S1、S2、S3、CN、N控制信号设置其运行状态。S0、S1、S2、S3控制ALU的运算方式；同时当二进制开关N=1是进行逻辑运算，当N=0是进行算术运算。CN是ALU的进位控制开关，当CN=0是无进位；CN=1是带进位。②TEXT：作为移位发生器。由S0、S1、M控制信号设置其运行状态，其控制特性列表如下：299-BS1S0M功能000任意保持0100循环右移0101带进位循环右移0010循环左移0011带进位循环左移任意11任意装数                      说明：令

7、CBA=011时表中299-B=0③MEM：主存。用来存放数据。④PC：程序计数器又称为指令计数器或指令指针IP，它的作用是提供指令的地址。因此PC用来指示程序的进程。当现行指令执行完毕时，由PC提供后继指令的地址，并送往主存的地址寄存器MAR。当程序按顺序执行时，每读取一条指令后，PC要加上一个增量（通常为刚读取指令所占的存储单元数），以指向下条指令地址。当遇到转移指令时，需改变程序的执行顺序，则由转移指令形成转移地址送往PC作为后继指令地址。PC具有加1计数功能，并可以编程访问。⑤IR：指令寄存器。用来存放当前正

8、在执行的一条指令。当执行一条指令时，应先将指令从主存中读出到IR中。IR的输出是控制器产生控制信号的主要逻辑依据。不可编程访问。⑥AR：地址寄存器，用来保存当前CPU所访问的主存党员的地址。由于主存和CPU之间存在着操作速度上的差别，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到主存的读写操作完成为止。⑦Rx：图中的R0、R1、R2为通用寄存器。可