计算机系统结构

1、 燕山大学课程设计报告 名称：复杂模型机的设计与实现学院（系） 信息科学与工程学院 年级专业 11级信息安全 学生姓名 谢京华 学 号 11014070006 日 期 2014年1月9号 一、课程设计目的：综合运用所学的计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。二、课程设备:TDNCM+计算机组成原理实验教学系统一台，排线若干。三、数据格式及指令格式1.数据格式:模型机规定的采用定点补码表示法表示数据，且字长为8位，其格式如下76 5 4 3 2 1 0符号尾数其中7位为符号位，树枝表示范围：-1X12.指令格式:模型机设计四大类指令共十六条，其中包括算术逻辑指令，I/O指令，访问及转移指令

2、和停机指令。（1）算术逻辑指令设计9条算术逻辑指令并用单节字表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：7 6 5 43 21 0OP-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：rs或rd选定的寄存器000110R0R1R29条算术逻辑指令的名称，功能和具体格式见表9-1（2）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，即无条件转移指令（JMP），结果为零或有进位转移指令（BZC），指令格式为：7 65 43 21 000MOP-CODErdD其中，OP-CODE为操作码，rd为目的寄存器（LDA,S

3、TA指令使用），D为位移量（正负均可），M为寻址模式，其定义如下：寻址模式M有效地址E说明00011011E=DE=(D)E=(RI)+DE=(PC)+D直接寻址间接寻址RI变址寻址相对寻址本模型机规定变址寄存器RI指定为寄存器R2。（3）I/O指令输入和输出指令采用单字节指令，其格式如下：7 6 5 43 21 0OP-CODEaddrrd其中，addr=01时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为输入设备，addr=10时，选中“OUTPUT DEVICE”中的数码块作为输出设备。（4）停机指令指令格式如下：7 6 5 43 21 0OP-CODE0000HALT指令用于实现停机

4、操作。（4）指令系统本模型机共有16条基本指令，其中算术逻辑指令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，其他指令1条。汇编符号指令格式功能CLR rd011100rd0 rdMOV rs,rd1000rsrdrs rdADC rs,rd1001rsrdrs+rd+cy rdSBC rs,rd1010rsrdrs-rd-cy rdLDA M,D,rd00M00rdE rsDSTA M,D,rd00M01RDrd EDJMP M,D00M1000E PCDBZC M,D00M1100当CY=1或Z=1时， E PCDINC rd1011rdrdrd+1 rdAND rs,rd110

5、0rsrdrsrd rdCOM rd1101rdrdrd rdRRC rs,rd1110rsrdRLC rs,rd1111rsrdIN addr,rd010001rdaddr rdOUT arrd,rd010110rdrd addrHALT01100000停机四、总体设计：本模型机的数据通路框图如图9-1，根据机器指令系统要求，设计微程序流程图及确定微地址，如图9-2.按照系统建议的伪指令格式，参照微指令流程图，将每条微指令代码化，译成二进制代码表，并将二进制代码表转换为联机操时的十六进制格式文件12 11 109 8 7654321BCA5A4A3A2A1A0A 字 段I5I4I3选择000

6、001LDR1010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDARB 字 段121110选择000001RS-B010RD-B011RI-B100299-B101ALU-B110PC-BC 字 段987选择000001P(1)010P(2)011P(3)100P(4)101AR110LDPC实验程序如下：$P0044$P0104$P0260$P0345$P0405$P0561$P0672$P0706$P0862$P0970$P0A44$P0B04$P0C81$P0D71$P0E45$P0F05$P1070$P1101$P1261$P13E5$P140C$P1518$P16

7、08$P1722$P1802$P1962$P1A00$P1B60$P1C01$P1D70$P1EE5$P1F92$P2006$P2162$P2200$P2381$P24E0$P2504$P2681$P270C$P282B$P2908$P2A11$P2B5A$P2C60$M00018108$M0101ED82$M0200C050$M0300A004$M0400E0A0$M0500E006$M0600A007$M0700E0A0$M0801ED8A$M0901ED8C$M0A00A03B$M0B018001$M0C00203C$M0D00A00E$M0E01B60F$M0F95EA25$M1001

8、ED83$M1101ED85$M1201ED8D$M1301EDA6$M14001001$M15030401$M16018016$M173D9A01$M18019201$M1901A22A$M1A01B22C$M1B01A232$M1C01A233$M1D01A236$M1E318237$M1F318239$M20009001$M21028401$M2205DB81$M230180E4$M24018001$M2595AAA0$M2600A027$M2701BC28$M2895EA29$M2995AAA0$M2A01B42B$M2B959B41$M2C01A42D$M2D65AB6E$M2E0D

9、9A01$M2F01AA30$M300D8171$M31959B41$M32019A01$M3301B435$M3405DB81$M35B99B41$M360D9A01$M37298838$M38019801$M3919883A$M3A019801$M3B070A08$M3C068A09实验原理：本设计是计算两个4位原码2进制数相乘。程序说明：程序助记符说明$P0044IN R0输入一个4位2进制数（被乘数，这里输入03）$P0104STA 60 R0将03从R0中存入60内存单元$P0260$P0345IN R1 输入一个4位2进制数（乘数，这里输入03）$P04STA 61 R1将03从R

10、1中存入61内存单元$P0561 $P0672CLR R2R2清零$P0706STA 62 R2将R2中的数存入62内存单元$P0862$P0970CLR R0R0清零$P0A44IN 04 R0输入04（0100）到R0中$P0B04STA 81 R0将04从R0中存入81内存单元$P0C81$P0D71CLR R1R1清零$P0E45IN 00 R1输入00到R1中$P0F05STA 70 R1将00从R1中存入70内存单元$P1070$P1101LOOP1:LDA 61 R1从R1中取61内存单元的数$P1261$P13E5RRC R1，R1R1右移$P140CBZC LOOP2当cy=

11、1或z=1时跳转到18$P1518$P1608JMP LOOP3无条件跳转到22$P1722$P1802LOOP2：LDA 62 R2从R2中取62内存单元的数$P1962$P1A00LDA 60 R0从R0中取60内存单元的数$P1B60$P1C01LDA 70 R1从R1中取70内存单元的数$P1D70$P1EE5RRC R1，R1R1右移$P1F92ADC R0，R2R0和R2中的数相加后送R2$P2006STA 62 R2将R2中的数存入62内存单元$P2162$P2200LOOP3：LDA 81 R0从R0中取81内存单元的数$P2381$P24E0RRC R0，R0R0右移$P25

12、04STA 81 R0将R0中的数存81内存单元$P2681$P270CBZC LOOP4当cy=1或z=1时跳转到2B$P282B$P2908JMP LOOP1无条件跳转到11$P2A11$P2B5ALOOP4：OUT R2输出R2$P2C60HALT停机五、实验步骤：1.按图连接好电路2.写程序联机读/写程序使用软件中的F1功能写入程序，然后用F4-LOAD功能装入机器指令格式文件写入实验箱，3.运行程序联机运行时，进入DEBUG调试界面，总清开关CLR(0-1)清零后，程序首地址为00H，按相应的功能键即可联机运行、调试程序。实验结果： 输入数据：03（被乘数），03（乘数），04（0100作为计量数），00（在后面用作cy清零使用）最后输出结果为 09结果正确。6、 心得体会： 一个星期的课程设计，终于设计出了成功的指令系统，心里有点小激动。这次课设大部分的时间都是在了解指令和微指令。开始的时候看书上的一些现成的指令、微指令等东西的时候都不是非常了解，读起来很费劲，最后通过询问老师，还有同学，终于弄懂了各条指令的含义和用法。在调试过程中同样也遇到一些问题，经过不断的运行调试一步