复杂模型机方案——合肥工业大学计算机组成课程方案报告.docx

1、课程设计报告一 .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，为今后的工作打下基础。二 .设计题目复杂模型机设计三 .设计要求基于计算机组成原理教案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。具体要求做到：1.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）。

2、2.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。3.对所设计的计算机进行安装与调试。4.编写测试程序，对系统进行验证。5.编写课程设计报告。四 .实验设备Dais-CMX16 +计算机组成原理教案实验系统一台，PC 机一台五 .指令格式与指令系统模型机设计四大类之类指令共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。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-CODERdRs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

3、定的寄存器00R001R110R211R39 条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表7-12-1 。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 ）， 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：675432102OP-00MRdCODED 低八）D 高八）其中“ 0 0 M ”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 间接寻址10E = (SP+DSP 变址寻址11E = (PC+D相对寻址 I/O 指令输入 IN）和输出 指令系统本模型机共有 16 条基本指令，其

4、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LDA M,D,Rd00M00RdE RdSTA M,D,Rd00M01RdRd EJMP M,D00M1000E PCBZC M,D00M1100当 CY=0 或 Z=0 时， EPCMOVRd,Rs0100RsRdRs RdADCRd,Rs0101RsRdRs+Rd+CY RdSBC Rd,Rs0110RsRdRs-Rd-CY RdAND Rd,Rs0111RsRdRs Rd RdCLR Rd100000Rd0 RdINC Rd,R

5、s100100RdRs+1 RdCPL Rd101000RdRd RdRHR Rd101100RdRd RdRHL Rd110000RdRd RdINRd,I/O110100RdI/O RdOUT Rd,I/O111000RdRd I/OHALT11110000停机2 复杂模型机指令系统。助记符操作数指令码长度。 -LDADR0,*003。直接字节送寄存器R0LDADR1,*013。直接字节送寄存器R1LDADR2,*023。直接字节送寄存器R2LDADR3,*033。直接字节送寄存器R3LDAIR0,*103。间接字节送寄存器R0LDAIR1,*113。间接字节送寄存器R1LDAIR2,*1

6、23。间接字节送寄存器R2LDAIR3,*133。间接字节送寄存器R3LDAXR0,*203。变址字节送寄存器R0LDAXR1,*213。变址字节送寄存器R1LDAXR2,*223。变址字节送寄存器R2LDAXR3,*233。变址字节送寄存器R3LDARR0,*303。相对字节送寄存器R0LDARR1,*313。相对字节送寄存器R1LDARR2,*323。相对字节送寄存器R2LDARR3,*333。相对字节送寄存器R3STAD*,R0043。寄存器 R0 送直接字节STAD*,R1053。寄存器 R1 送直接字节STAD*,R2063。寄存器 R2 送直接字节STAD*,R3073。寄存器 R

7、3 送直接字节STAI*,R0143。寄存器 R0 送间接字节STAI*,R1153。寄存器 R1 送间接字节STAI*,R2163。寄存器 R2 送间接字节STAI*,R3173。寄存器 R3 送间接字节STAX*,R0243。寄存器 R0 送变址字节STAX*,R1253。寄存器 R1 送变址字节STAX*,R2263。寄存器 R2 送变址字节STAX*,R3273。寄存器 R3 送变址字节STAR*,R0343。寄存器 R0 送相对字节STAR*,R1353。寄存器 R1 送相对字节STAR*,R2363。寄存器 R2 送相对字节STAR*,R3373。寄存器 R3 送相对字节JMPD*

8、083。直接转移JMPI*183。间接转移JMPX*283。变址转移JMPR*383。相对转移BNZCD*0C3。 CY=0 或 Z=0 时直接转移BNZCI*1C3。 CY=0 或 Z=0 时间接转移BNZCX*2C3。 CY=0 或 Z=0 时变址转移BNZCR*3C3。 CY=0 或 Z=0 时相对转移MOVR0,R0401。寄存器 R0 送寄存器 R0MOVR1,R0411。寄存器 R0 送寄存器 R1MOVR2,R0421。寄存器 R0 送寄存器 R2MOVR3,R0431。寄存器 R0 送寄存器 R3MOVR0,R1441。寄存器 R1 送寄存器 R0MOVR1,R1451。寄存器

9、 R1 送寄存器 R1MOVR2,R1461。寄存器 R1 送寄存器 R2MOVR3,R1471。寄存器 R1 送寄存器 R3MOVR0,R2481。寄存器 R2 送寄存器 R0MOVR1,R2491。寄存器 R2 送寄存器 R1MOVR2,R24A1。寄存器 R2 送寄存器 R2MOVR3,R24B1。寄存器 R2 送寄存器 R3MOVR0,R34C1。寄存器 R3 送寄存器 R0MOVR1,R34D1。寄存器 R3 送寄存器 R1MOVR2,R34E1。寄存器 R3 送寄存器 R2MOVR3,R34F1。寄存器 R3 送寄存器 R3ADCR0,R0501。寄存器 R0 带进位加到寄存器R0

10、ADCR1,R0511。寄存器 R0 带进位加到寄存器R1ADCR2,R0521。寄存器 R0 带进位加到寄存器R2ADCR3,R0531。寄存器 R0 带进位加到寄存器R3ADCR0,R1541。寄存器 R1 带进位加到寄存器R0ADCR1,R1551。寄存器 R1 带进位加到寄存器R1ADCR2,R1561。寄存器 R1 带进位加到寄存器R2ADCR3,R1571。寄存器 R1 带进位加到寄存器R3ADCR0,R2581。寄存器 R2 带进位加到寄存器R0ADCR1,R2591。寄存器 R2 带进位加到寄存器R1ADCR2,R25A1。寄存器 R2 带进位加到寄存器R2ADCR3,R25B

11、1。寄存器 R2 带进位加到寄存器R3ADCR0,R35C1。寄存器 R3 带进位加到寄存器R0ADCR1,R35D1。寄存器 R3 带进位加到寄存器R1ADCR2,R35E1。寄存器 R3 带进位加到寄存器R2ADCR3,R35F1。寄存器 R3 带进位加到寄存器R3SBCR0,R0601。寄存器 R0 带进位减到寄存器R0SBCR1,R0611。寄存器 R0 带进位减到寄存器R1SBCR2,R0621。寄存器 R0 带进位减到寄存器R2SBCR3,R0631。寄存器 R0 带进位减到寄存器R3SBCR0,R1641。寄存器 R1 带进位减到寄存器R0SBCR1,R1651。寄存器 R1 带

12、进位减到寄存器R1SBCR2,R1661。寄存器 R1 带进位减到寄存器R2SBCR3,R1671。寄存器 R1 带进位减到寄存器R3SBCR0,R2681。寄存器 R2 带进位减到寄存器R0SBCR1,R2691。寄存器 R2 带进位减到寄存器R1SBCR2,R26A1。寄存器 R2 带进位减到寄存器R2SBCR3,R26B1。寄存器 R2 带进位减到寄存器R3SBCR0,R36C1。寄存器 R3 带进位减到寄存器R0SBCR1,R36D1。寄存器 R3 带进位减到寄存器R1SBCR2,R36E1。寄存器 R3 带进位减到寄存器R2SBCR3,R36F1。寄存器 R3 带进位减到寄存器R3A

13、NDR0,R0701。寄存器 R0与 到寄存器 R0ANDR1,R0711。寄存器 R0与 到寄存器 R1ANDR2,R0721。寄存器 R0与 到寄存器 R2ANDR3,R0731。寄存器 R0与 到寄存器 R3ANDR0,R1741。寄存器 R1与 到寄存器 R0ANDR1,R1751。寄存器 R1与 到寄存器 R1ANDR2,R1761。寄存器 R1与 到寄存器 R2ANDR3,R1771。寄存器 R1与 到寄存器 R3ANDR0,R2781。寄存器 R2与 到寄存器 R0ANDR1,R2791。寄存器 R2与 到寄存器 R1ANDR2,R27A1。寄存器 R2与 到寄存器 R2ANDR

14、3,R27B1。寄存器 R2与 到寄存器 R3ANDR0,R37C1。寄存器 R3与 到寄存器 R0ANDR1,R37D1。寄存器 R3与 到寄存器 R1ANDR2,R37E1。寄存器 R3与 到寄存器 R2ANDR3,R37F1。寄存器 R3与 到寄存器 R3CLRR0801。清零寄存器R0CLRR1811。清零寄存器R1CLRR2821。清零寄存器R2CLRR3831。清零寄存器R3INCR0,R0901。寄存器 R0加 1到 R0INCR0,R1911。寄存器 R1加 1到 R0INCR0,R2921。寄存器R2加 1到 R0INCR0,R3931。寄存器R3加 1到 R0CPLR0A0

15、1。寄存器 R0取反CPLR1A11。寄存器 R1取反CPLR2A21。寄存器R2取反CPLR3A31。寄存器R3取反RHRR0,R0B01。寄存器 R0带进位循环右移RHRR0,R1B11。寄存器 R1带进位循环右移RHRR0,R2B21。寄存器R2带进位循环右移RHRR0,R3B31。寄存器R3带进位循环右移RLR0,R0C01。寄存器 R0带进位循环左移RLR0,R1C11。寄存器 R1带进位循环左移RLR0,R2C21。寄存器R2带进位循环左移RLR0,R3C31。寄存器R3带进位循环左移INR0,IOLD01。将 IOL 数据读出到寄存器R0INR1,IOLD11。将 IOL 数据读

16、出到寄存器R1INR2,IOLD21。将 IOL 数据读出到寄存器R2INR3,IOLD31。将 IOL 数据读出到寄存器R3OUTIOH,R0E01。将寄存器 R0数据写入到 IOHOUTIOH,R1E11。将寄存器 R1数据写入到 IOHOUTIOH,R2E21。将寄存器R2数据写入到 IOHOUTIOH,R3E31。将寄存器R3数据写入到 IOHHALTF0 1。停机 ( 总线锁定 六 .复杂模型及数据通路图七 .微程序控制器原理采用微程序设计方法设计控制单元的过程就是编写每一条机器指令的微程序，它是按执行每条机器指令所需的微操作命令的先后顺序而编写的，因此，一条机器指令对应一个微程序，

17、由于任何一条机器指令的取指令操作是相同的，因此将取指令操作的命令统一编成一个微程序，这个微程序只负责将指令从主存单元中取出送至指令寄存器中。如果指令是间接寻址，其操作也是可以预测的，也可以编出对应间址周期的微程序。当出现中断时，中断隐指令所需完成的操作可由一个对应中断周期的微程序控制完成。这样，控制存储器中的微程序个数应为机器指令数再加上对应取址、间接寻址和中断周期的微程序。按照系统建议的微指令格式，参照微指令流程图，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。M23 M 22 M21 M20M19M 18M 17M 16 M15 M14 M13M12M 11M

18、 10M 9M8M7M 6 M5 M4 M3M 2M 1M0E/MIPMWR R/M目的编码OPMCNS2S1S0源编码XP W ALU IuIE IR Icz Ids源编码目的编码M10M9M8功能M19M18M17功能X2X1X0O2O1O0111禁止111禁止110ALU110MAR101SP101BX100IOR100AX011MRD011SP010XRD010IOW001RRD001XWR000PC000RWR八 .测试源程序。复杂模型机程序#LOAD MXJ4.IS。预调入指令系统 / 微程序org0start: CLR r0 。CLR r1 。CLR r2 。CLR r3 。寄存器清零LDA_X r0, 0060h 。变址送寄存器 R0INCr0,r2 。 r2 自加送到 R0CLRr0 。 r0 清零INr0, iol 。从 IO 输入到 R0INr2,iol 。从 IO 输入到 R2RLr3,r