计算机硬件课程设计-基于微程序的复杂模型机设计

计算机硬件课程设计---基于微程序的复杂模型机设计实验题目：设计一台有微程序控制的8位模型机，指令系统要求达到10条指令以上。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，构造一台复杂模型计算机，建立一台基本完整的整机。（2）为其定义至少十条机器指令，并编写相应的微程序，通过联机调试，观察计算机执行指令：从取指令、指令译码、执行指令等过程中数据通路内数据的流动情况，进一步掌握整机概念。实验设备：TDN-CM+教学实验系统一套、PC微机一台实验原理与指令设计：实验原理：①数据格式模型机规定数据采用定点整数补码表示，字长为8位，其格式如下：7654321符号尾数其中，第7位为符号位，数值表示范围是－27≤X≤27－1②机器指令格式单字节指令寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：76543210OP－CODERSRD双字节指令采用直接寻址，其格式如下7654321076543210OP－CODERSRDADDR其中，OP－CODE为操作码，RS为源寄存器，RD为目标寄存器，并规定：RS或RD选定的寄存器000110R0R1R2③微指令格式：24232221201918-1615-1312-109-76-1S3S2S1S0MCnWE,A9,A8A字段B字段C字段UA5-UA0其中，A、B、C三个字段的编码方案如下表：A字段B字段C字段151413选择121110选择987选择000NOP000NOP000NOP001LDRi001RS-B001P<1>010LDDR1010BD-B010P<2>011LDDR2011RI-B011P<3>100LDIR100299-B100P<4>101LOAD101ALU-B101AR110LDAR110PC-B110LDPCWE,A9,A8三个字段编码方案如下：WEA9A8功能000INPUT001RAM读101RAM写110LED，写011无010读接口运算器逻辑功能表指令设计：模型机可设计4大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令、访存指令、控制转移指令、I/O指令、停机指令。我们设计的十条指令及其操作码与指令格式如下所示：指令代码指令格式功能INRd0000xxRdinput->RdMOVRs,Rd0001RsRdRs->RdMOVRd,X0010xxRdXX->RdLOADRd,X0011xxRdX[X]->RdADDRs,Rd0100RsRdRs+Rd->RdSUBRd,X0101xxRdXRd-X->RdJZX0110xxxxX若ZF=1,X->PC若ZF=0,PC+1->PCJMPX0111xxxxXX->pcOUTRs1000RsxxRs->outputSTORRs,X1001RsxxXRs->[X]机器指令的微操作流程图如下01运行微程序01PC->ARPC->ARPC+1->PC0202RAM->BUSRAM->BUSBUS->IRP(1)P(1)JZLOADMOVADDSUBJMPOUTSTORINJZLOADMOVADDSUBJMPOUTSTORIN PC->ARPC+1->PCRS->RDRS->DR1PC->ARPC+1->PCSW->RDRS->LED-BPC->ARPC->ARPC+1->PCRS->RDRS->DR1PC->ARPC+1->PCSW->RDRS->LED-BPC->ARPC+1->PCPC->ARPC+1->PCPC->ARPC+1->PC010101010101P(3)测试P(3)测试后续地址20HRD->DR2RAM->BUSBUS->PCRAM->BUSBUS->DR1RD->DR2RAM->BUSBUS->PCRAM->BUSBUS->DR1RAM->BUSBUS->DR1RAM->BUSBUS->DR101[DR1]+[DR2]->RD0101RS->BUSBUS->RAM01[DR1]-[DR2]->RDRD->DR201[DR1]+[DR2]->RD0101RS->BUSBUS->RAM01[DR1]-[DR2]->RDRD->DR2NYRAM->BUSBUS->RDDR1+DR2->ARRS->DR2RAM->BUSBUS->RD01NYRAM->BUSBUS->RDDR1+DR2->ARRS->DR2RAM->BUSBUS->RD0120H0130H01RAM->BUSBUS->RD20H0130H01RAM->BUSBUS->RD代码指令代码：机器指令：INR000MOVR0,R212MOVR1,02100NEXT1:LOADR0,[50]3850ADDR0,R141SUBR2,15201JZNEXT2600DJMPNEXT17004NEXT2:OUTR080STORR1,[40]9040代码文件名为，其内容如下：$P0000;INR0$P0112;MOVR0,R2$P0221;MOVR1,0$P0300$P0438;LOADR0,[50]$P0550$P0641;ADDR0,R1$P0752;SUBR2,1$P0801$P0960;JZNEXT2$P0A0D$P0B70;JMPNEXT1$P0C04$P0D80;OUTR0$P0E90$P0F40;STORR1,[40]$M00018001;00->01$M0101ED82;PC->AR,PC+1$M0200C050;RAM->BUS,BUS→IR$M10001001;INPUT->R0$M11019201;RS->RD$M1201ED83;PC->AR,PC+1$M03009001;RAM->BUS,BUS->R1$M1301ED84;PC->AR,PC+1$M0400A005;RAM->BUS,BUS->DR1$M0501B206;RS->DR2$M0695EB47;DR1+DR2->AR$M07009001;RAM->BUS,BUS->RD$M1401A408;RS->DR1$M0801B209;RD->DR2$M09959B41;[DR1]+[DR2]->RD$M1501ED8A;PC->ARPC+1->PC$M0A00B00B;RAM->BUSBUS->DR1$M0B01A40C;RD->DR2$M0C619B41;[DR1]-[DR2]->RD$M1601ED8D;PC->ARPC+1->PC$M0D00D0E0;RAM→BUS,BUS→PC,P(3)$M3000D181;RAM->BUSBUS->RD$M20018001;空操作$M1701ED8E;PC->ARPC+1->PC$M0E00D181;RAM->BUSBUS->PC$M18030201;R0->OUTPUT$M1901EDB1;PC->ARPC+1->PC$M3100E03