计算机硬件课程设计--复杂模型机设计报告

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。

2、4、设计指令执行流程：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指令

3、、停机指令。 一般指令格式：DATA/ADDROP-CODERSRD DATA/ADDR00 MOPCODERD 指令系统如: ADD RS,RD MOV DATA,RD MOV RS,ADDR JZ ADDR IN RD HALT其中RS 、RD为R0、R1、R2中之一 ，DATA为立即数，ADDR为内存地址。2. 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

4、寻址方式指令，入口地址转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)0101JMP Ri 0110JMP imm

5、0111XOR1000OR1001P(3)1010这我们设计的这些指令中MOV(直接寻址)，JMP imm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IN R00000 000000ADD R0,R10001 000101OUT R10010 010102MOV RO,R10011 000103STA R0 20H0100 0000040010 000005LOAD R1 20H0101 0101060010 000007AND R0,R10110 000108XOR R0,R10111 000109JMP 00H1000 00

6、000A0000 00000B2 微指令的设计：指令微操作流程图：；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$M1601EC

7、0A$M0A00D181$M1701D381$M1801A20B$M0B01B40C$M0C699A01$M1901A20D$M0D01B40E$M0EE99A01$M1A01ECE0$M20018001$M3000D181五 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，然后装载入CMP6 打开复杂模型机，然后用单步机器指令运行程序并调试7 检查OUTPUT

8、 DEVICE LED 输出结果是否正确，最后写实验报告六 实验总结及感想： 杨镒铭： 本次硬件课程设计我们要设计微程序控制的模型机，完成对计算机组成原理这么课程的综合应用。虽说这次设计最后只需要一个设计好的微指令的txt文本，但是还是能从中学到一些东西。从设计指令，到设计详细的微操作，设计初步完成后在编写指令进行测试，不断调试直到成功，整个过程在一开始不是很明确。有些书本上的基本知识出现混淆的现象，通过查书和询问同学才明白和理解。到第二天上午的时候就把整个流程弄清楚了，下午就开始详细设计微操作的指令流程，并完成10条指令的编写和测试工作。整个过程还是很顺利完成的。 其实第一天上午老师把所以该

9、注意的地方都给我们讲了一遍，但有的还是遗忘了。所以在设计p(3)操作的时候碰到了问题。在置标志位的时候，要把C字段置为101,选择AR。一些细节的问题要注意的。 整个实验过程让我们了解计算机的组成，基本原理和设计步骤，设计思路和调试步骤，最终能建立起一个模型机的概念。通过具体动手完成实验，也提高了我们的系统设计能力及创新能力。胡文 ：总体就实验的两大部分，连线和设计来说，可能在设计方面花的时间多了一点。在连线的时候还是遇到了一些问题，在测试R1测试的时候，出现了测试错误的情况。在反复查找的时候还是没有找到错误在哪儿，索性就又重插了一遍。最后发现可能是由于接线的部分没有插紧的原因。再设计部分遇到了一些问题。比如在jmp指令的时候需要把BUS传PC但是由于A字段没有写LOAD所以一直写不进去。在做减法的时候，没