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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:
TDN—CM+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
7
6 5 4 3 2 1 0
符号
尾数
其中7位为符号位,树枝表示范围:-1≤X<1
2.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。
(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 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:
rs或rd
选定的寄存器
00
01
10
R0
R1
R2
9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 6
5 4
3 2
1 0
00
M
OP-CODE
rd
D
其中,OP-CODE为操作码,rd为目的寄存器(LDA,STA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
00
01
10
11
E=D
E=(D)
E=(RI)+D
E=(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 4
3 2
1 0
OP-CODE
addr
rd
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 4
3 2
1 0
OP-CODE
00
00
HALT指令用于实现停机操作。
(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 rd
0111
00
rd
0 → rd
MOV rs,rd
1000
rs
rd
rs → rd
ADC rs,rd
1001
rs
rd
rs+rd+cy → rd
SBC rs,rd
1010
rs
rd
rs-rd-cy → rd
LDA M,D,rd
00
M
00
rd
E → rs
D
STA M,D,rd
00
M
01
RD
rd → E
D
JMP M,D
00
M
10
00
E → PC
D
BZC M,D
00
M
11
00
当CY=1或Z=1时, E → PC
D
INC rd
1011
rd
rd
rd+1 → rd
AND rs,rd
1100
rs
rd
rs∧rd → rd
COM rd
1101
rd
rd
rd → rd
RRC rs,rd
1110
rs
rd
RLC rs,rd
1111
rs
rd
IN addr,rd
0100
01
rd
addr → rd
OUT arrd,rd
0101
10
rd
rd → addr
HALT
0110
00
00
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 10
9 8 7
6
5
4
3
2
1
B
C
μA5
μA4
μA3
μA2
μA1
μA0
A 字 段
I5
I4
I3
选择
0
0
0
0
0
1
LDR1
0
1
0
LDDR1
0
1
1
LDDR2
1
0
0
LDIR
1
0
1
LOAD
1
1
0
LDAR
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