2022年计算机组成—复杂模型机方案 .pdf

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1、个人资料整理仅限学习使用成绩课程设计：计算机组成原理题目名称：复杂模型机的设计姓名：学号：1108020184 1108020185 班级：网络工程1101 班完成时间： 2018 年 1 月 6 日1 设计目的 : 建立清晰完善的整机概念；学习设计与调试计算机的基本方法；培养严谨的科研作风和独立工作能力。2 设计任务 : 综合运用所学的计算机原理知识，按给定的指令系统分和数据格式，在所提供的设备范围内，设计一台字长八位的由微程序控制器来控制的模拟计算机。设计并实现较为完整的八位模型计算机。设计微程序控制器的逻辑原理电路图；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -

2、 - - - - -第 1 页，共 15 页个人资料整理仅限学习使用设计微地址转移的逻辑电路图；设计微程序流程图；设计说明书。3 设计指标 : 字长八位；时钟源 MF=QB=1us ；内存容量不得小于2 8 ；指令系统不得小于十四条。要求算术逻辑指令七条、访问内存和控制指令四条、输入输出指令两条、其他指令一条。4 设计说明 : 4.1 数据格式模型机规定采用定点补码表示法表示数据，且字长为位，其格式如下：7 6 5 4 3 2 1 符号尾数其中, 第 7 位为符号位，数值的表示范围是：1 X 1。模型机设计四大类指令共16 条，其中包括算术逻辑指令、指令、访问及转移指令和停机指令。1 算术逻辑

3、指令设计九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：7 6 5 4 3 2 1 0 OP-CODE Rs Rd 其中， OP-CODE 为操作码， Rs为源寄存器， Rd为目的寄存器，并规定：选中的寄存器 、取数 (LDA，两条转移指令，即无条件转移 (JMP 、结果为零或有进位转移指令(BZC 。其格式如下：7 6 5 4 3 2 1 0 M OP-CODE Rd 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 15 页个人资料整理仅限学习使用其中， OP-CODE 为操作码， Rd 为目的寄存器， D为位

4、移量 (正负均可 ，M为寻址方式，其定义如下：寻址方式有效地址说明 00 E=D 直接寻址01 E=D ）间接寻址10 E=RI）+D RI变址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：其中， addr=01 时，表示选中“输入单元”中的开关组作为输入设备，addr=10 时，表示选中“输出单元”中的数码管作为输出设备。4 停机指令这类指令只有1 条，即停机指令HALT ，用于实现停机操作，指令格式如下：7 6 5 4 3 2 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 4. 系统指令本模型机共有1条基本指令。其中，算术逻辑

5、指令条，移位指令条，访问内存指令和程序控制指令条，输入输出指令2 条，其他它指令1 条。表 1 列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。复杂模型机指令系统序号汇编符号指令格式功能说明 1 CLR Rd0111 00 Rd0Rd 2 MOV RS,Rd1000 RS RdRSRd 3 ADC RS,Rd1001 RS RdRSRdCyRd7 6 5 4 3 2 1 0 OP-CODE addr Rd 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 15 页个人资料整理仅限学习使用 4 SBC RS,Rd1010 RS RdRSRdCyR

6、d 5 DEC Rd1011 - RdRd1Rd 6 AND RS,Rd1100 RS RdRSRd RdRRC RS,Rd1110 RS RdRS带进位右循环一位， RSRdRLC RS,Rd1111 RS RdRS带进位左循环一位， RSRdLDA M,D, Rd00 M 00 Rd，D ERd1STA M,D, Rd00 M 01 Rd，D RdE 1JMP M,D 00 M 10 00 ，D EPC 1IN addr, Rd0100 01 RdaddrRd1OUT addr, Rd0101 10 RdRdaddr 1HALT 0110 00 00 停机4. 数据通路框图4.4 微地址转

7、移逻辑电路图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 15 页个人资料整理仅限学习使用该图的 IR顺序为 I7、I6、I5、I3、I4、I2）逻辑表达式如下：4.5 寄存器译码电路图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 15 页个人资料整理仅限学习使用逻辑表达式如下：4.6 微程序流程图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 15 页个人资料整理仅限学习使用4.7 微指令格式微指令字长位。其中顺序控

8、制部分位，即直接地址位，判别地址位，后者采用字段译码法P1）P。内存地址( 十六进制 汇编指令机器指令注释二进制十六进制00CLR R0 0111 000070 R0清零01IN addr,R0 0100 010044 addr ） R002IN addr,R1 0100 010145 RD0A000011010F 偏移量 D=0F0BSTA 01,15H, R1 0001 010115 RD (E0C0000 11010F 偏移量 D=0F0DJMP10,15H,R2 0010 100028 EPC0E0000 01010F 偏移量 D=0F0FRRC R1,R1 1110 0101E5 R

9、S带进位右循环一位，RSRd10OUT addr,R1 0101 100159Rdaddr ）11HALT0110 000060停机机器代码$P0070 $P0144 $P0245 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 15 页个人资料整理仅限学习使用$P03C1 $P0486 $P05F5 $P06B2 $P07A6 $P0891 $P0900 $P0A0F $P0B15 $P0C0F $P0D28 $P0E0F $P0FE5 $P1059 $P1160 微指令代码$M00018108 $M0101ED82 $M0200C

10、050 $M0300A004 $M0400E0A0 $M0500E006 $M0600A007 $M0700E0A0 $M0801ED8A $M0901ED8C $M0A00A03B $M0B018001 $M0C00203C $M0D00A00E 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 15 页个人资料整理仅限学习使用$M0E01B60F $M0F95EA25 $M1001ED83 $M1101ED85 $M1201ED8D $M14001001 $M15030401 $M16018016 $M173D9A01 $M1801

11、9201 $M1901A22A $M1A01B22C $M1B01A432 $M1C01A233 $M1E318237 $M1F318239 $M20009001 $M21028401 $M2205DB81 $M2595AAA0 $M2A01B42B $M2B959B41 $M2C01A42D $M2D65BB6E $M2E5D9A01 $M2F01AA30 $M30018D71 $M31959B41 $M32F59A01 $M3301B435 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 15 页个人资料整理仅限学习使用$M35E

12、D9A01 $M37298838 $M38019801 $M3919883A $M3A019801 $M3B070A08 $M3C068A09 $M3DE7B239 $M3EE7B239 $M3F068A10 5.2 运行结果与分析执行指令 CLR R0 ，将 R0清零的运行结果图：执行自减指令 DEC R1 ，R1中的值减 1 送入 R1图：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 15 页个人资料整理仅限学习使用经检验，输出结果与计算结果相符，证明实验设计正确6 实验体会 :本次课程设计只有一周半，实验大体上分为两步。首先，

13、是连接电路。其次，自己设计程序并装载设计程序测试运行, 通过观察运行情况和数据在总线上的流动, 了解各功能部件的工作原理和工作机制以及流程图各指令的含义。对于我们要设计的程序首先根据题目要求写出它的汇编格式，再根据这个汇编格式写出机器指令并设计出微程序流程图。最后根据所设计的微程序流程图写出其微指令代码。这些工作完成后把所设计的机器指令和微程序代码改写成指定的格式装载到实验系统上运行，观察运行过程和设计目的是否一致。如果不一致, 要进行适当的修改直到一致为止。经过多次修改，最终实现设计要求。在这段时间中，每天编写、调试、改错，费的时间比较多但是成果却不是很明显，对这方面的知识没有学得很深入，时

14、间比较短暂，所编写的机器代码和微指令程序验证出实验设计基本正确。通过这次实验设计使我们我加深了对机器指令和微指令的理解和计算机计算流程的了解。在这次课程设计中也遇到了不少困难，对这方面的知识了解的很泛，设计时思路不清晰，总是做一步就会遇到一些大大小的问题，不断找资料询问询问老师，虽然浪费了很多时间，但是也学习到了很多的知识，使理论知识在实践中更多地体现出来。这次课程设计是我更明白了理论联系实际的重要性，理论知识学习的再多知道的再多这也是不行的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从实验中去验证它，才能提高自己的实际动手能力和独立思考能力，只有这样才能为以后的学习生活生中打下坚实的基础，使得在以后的生活中的动手能力得以提高。最后很感谢老师的辛苦教导，使我们学习到了更多的知识，并发现自身的不足，使我们在以后的学习生活中更加积极的去改进，去努力，去做得更好。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 15 页个人资料整理仅限学习使用附实验连接线路图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 15 页