硬件课程设计——复杂模型机设计.doc

硬 件 课 程 设 计 ——复杂模型机设计 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。 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。 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。 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。 实验原理： 4.1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、停机指令。 一般指令格式： 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。 4.2微指令格式： WE A9 A8 0 0 0 INPUT 0 0 1 RAM读 1 0 1 RAM写 1 1 0 LED,写接口 0 1 1 无 0 1 0 写接口 299移位控制表 299-b s1 s0 m 功能 0 0 0 任意 保持 0 1 0 0 循环右移 0 1 0 1 带进位循环右移 0 0 1 0 循环左移 0 0 1 1 带进位循环左移 任意 1 1 任意 装数 4.3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+10H P（2）是用来译码指令寄存器的I3、I2 ,用于不同寻址方式指令，入口地址转OP+20H P（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+20H P（4）是用来译码控制台操作的SWB、SWA ,用于手动操作。 4.4模型机数据通路： 4.5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 4.6模型机组装电路图：图中带”。”的是需要连接的线路 (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)设计微指令，画出其微操作流程图，并翻译成相应的微指令格式; (4)设计包含这些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CMP; (6)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LED数码管输出结果是否正确，最后撰写实验报告。 实验设计： 5.1设计机器指令 在实验设计中，我们定义了11条指令，分别为他们编码，如下表所示： 机器指令 操作码 机器指令 操作码 0000 STORE 0111 SUB 0001 ROL 1000 AND 0010 ROR 1001 OR 0011 JMP 1010 NOT 0100 JC/JZ 1011 MOV 0101 PIN 1100 LOAD 0110 POUT 1101 5.2设计微操作流程图 5.3设计验证程序的内存映像（装入起始地址00H）如下表所示。 验证程序1 地址（二进制） 内容（二进制） 助记符 说 明 00H 02H ADD R0,R2 R0+R2-R2 01H 12H SUB R0,R2 R0-R2-R2 02H 22H AND R0,R2 R0 AND R2-R2 03H 32H OR R0,R2 R0 OR R2-R2 04H 40H NOT R0 NOT R0-R0 05H 52H MOV R0,R2 R0-R2