计算机组成报告

1、PAGE 燕山大学 计算机组成与结构课程设计报告 学 院 年级专业 学 号 姓 名 设计目的综合运用所学的计算机组成原理知识，设计并实现较为完整的计算机。设计设备TDN-CM+计算机组成原理教学实验箱一台，排线若干。三、数据格式及指令系统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：D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0符号尾 数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：D7 D6 D5 D4 D3 D2D1 D0OPC

2、ODErsrd其中，OPCODE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访存指令及转移指令模型机设计2条访存指令存数（STA）和取数（LDA），2条转移指令无条件转移（JMP）和结果为零或有进位转移指令（BZC），这4条指令长度为2个字节，其指令格式为：D7 D6D5 D4D3 D2D1 D00 0MOPCODErdD其中，OPCODE为操作码，rd为目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）。D为偏移量（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00011011EDE（D）E

3、（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。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：D7 D6 D5 D4 D3 D2D1 D0OPCODEaddrrd其中，addr01时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为输入设备，addr10时，选中“OUTPUT DEVICE”中的数码块作为输出设备。停机指令指令格式如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2D1 D0OPCODE0000HALT指令用于实现停机操作。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，访存指令和程序控制指令4条，输入输

4、出指令2条，其它指令1条，表列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。表1助记符号指令格式功能CLR rdMOV rs，rdADC rs，rdSBC rs，rdINC rdAND rs，rdCOM rdRRC rs，rdRLC rs，rd011100rd1000rsrd1001rsrd1010rsrd1011rsrd1100rsrd1101rsrd1110rsrd1111rsrd0rdrsrdrs+rd+cyrdrs-rd-cyrdrd+1rdrsrdrdrdrsrdrsrdLDA M, D, rdSTA M, D, rdJMP M, DBZC M, D00M00rdD00M01rd00M00

5、rdD00M00rdDErsrdEEPC当CY1或Z1，EPCIN addr, rdOUT addr, rd010001rd010101rdaddrrdrdaddrHALT010001rd停机总体设计本模型机的数据通路框图如图所示。数据通路框图详细设计实验连接图和微程序流程图如下:实验连接图微程序流程图根据流程图，确定如下微程序：微程序：$M00018108$M0101ED82$M0200C050$M0300A004$M0400E0A0$M0500E006$M0600A007$M0700E0A0$M0801ED8A$M0901ED8C$M0A00A03B$M0B018001$M0C00203C

6、$M0D00A00E$M0E01B60F$M0F95EA25$M1001ED83$M1101ED85$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

7、$M2B959B41$M2C01A42D$M2D65AB6E$M2E0D9A01$M2F01AA30$M300D8171$M31959B41$M32019A01$M3301B435$M3405DB81$M35B99B41$M360D9A01$M37298838$M38019801$M3919883A$M3A019801$M3B070A08$M3C068A09设计程序：8位二进制乘法X*Y，利用原码一位乘 助记符 机器码注释clr $P0071 清零r1clr $P0172 清零r2Rlc r1 r1 $P02F5In r0 $P0348 输入In r1 $P0449Sta 00 90h r0

8、$P0504 存内存Sta 00 91h r1 $P0690Clr r1 $P0705 清零In r1 $P0891 输入数据0FSta 00 92h r1 $P0971 存内存Clr r1 $P0A49 清零左移使cy=0Rlc r1 r1 $P0B05Loop lda 00 92h r1 $P0C92 判断循环条件 Rrlc r1 r1 $P0D71 左移r1 Sta 00.92h r1 $P0EF5 cy=1 循环Bzc loop1 $P0F01 cy=0 结束Jmp loop2 $P1092Loop1 clr r1 $P11F5 判断乘数末尾Rll r1 r1 $P1205 cy=1

9、执行加法Lda 00.91h r1 $P1318 cy=0 跳过加法Rrc r1.r1 $P140CSta 00.91h r1 $P1518Bzc loop3 $P1608Jmp loop4 $P1723Loop2 out r2 $P1871 输出结果并停机Halt $P19F5Loop3 adc r0，r2 $P1A01 进行加法运算Jmp loop4 $P1B91 结果存在部分积中Loop4 Rcc r0.r0 $P1CE5 左移被乘数r0Jmp loop $P1D05 跳转到循环初始$P1E91$P1F0C$P2025$P2108$P2228$P2356$P2460$P2592$P260

10、8$P2728$P28F0$P2908$P2A0F五、总结： 这次课程设计中，基于前几次实验中，对计算机的大致组成以及运行原理有了初步的了解，并且对实验板也比较熟悉了，所以按照实验连接图连线也比较上手了，经过那么多次实验，觉得连线最重要的就是认真，每连完一条线之后，都要检查一遍，看是否连错，这告诉我们，做每一件事都要认认真真的完成，容不得一丝马虎。这次课程设计最重要的就是编写程序了，要想编写程序首次要对程序了解，知道每个助记符对应的机器码是什么意思，对应的二进制的每四位代表什么。在对程序理解的过程中,刚开始不知道程序的十六进制是如何通过助记符转换过来的，经过对指令格式的剖析才知道没个助记符对应的二进制，然后对刚编好的程序进行运行，通过观察CPU一般都是先取机器指令，然后编译，送往寄存器，然后再去指令，再编译，一直这样下去，直到停止为止，此次课程