复杂模型机的设计与实现 - read.doc

复杂模型机的设计与实现 一． 课程设计题目： 复杂模型机的设计与实现 二．设计目的 综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。 三．实验环境 1．硬件环境： A.Dais-CMB+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。 B.PC机 2．软件环境 A.操作系统。 B.Dais-CMB+应用软件。 四．设计要求 1．熟悉Dais-CMB+应用软件的工作环境，掌握各种功能的使用。 2．拟定数据格式及指令系统: A.数据格式 拟采用定点补码表示数据，且字长为8位，其格式如下： 7 6543210 符号 尾数 其中第7位为符号位，数值表示范围是：-1≤X1。 B.指令格式 模型机设计四大类指令格式共16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： 7654 32 10 OP-CODE RS rd 其中OP-CODE为操作码，RS为原寄存器，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1。 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(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 0 M 0 OP-CODE rd D 其中,OP-CODE为操作码, 为目的寄存器地址(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。 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： 7 6 5 4 3 2 1 0 OP-CODE addr Rd 其中，addr =10时，选中“INPUT DEVICE”中的开关作为输入设备，addr =11时，选中“OUTPUT DEVICE”中的LED作为输出设备。 停机指令: 指令格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 OP-CODE 0 0 0 0 HALT指令，用于实现停机操作。 C.指令系统 本模型机共有16条指令，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。表6-1列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。 汇编符号 指令格式 功能 CLR rd MOV rs, rd ADC rs, rd SBC rs, rd 1110 00 RD 0 → rd RS → rd RS+rd+cy →rd RS-rd-cy → rd 0001 RS RD 0011 RS RD 0101 RS RD INC rd AND rs, rdCO COM rd RRC rs, rd RLC rs, rd 0111 RS RD Rd+1 → rd Rs∧rd → rd Rd→ rd Cy → rs Cy → rs 1001 RS RD 1011 RS RD 1101 RS RD 1111 RS RD LDA M, D, rd STA M, D, rd JMP M, D BZC M, D 0 M 0 00 RD E → rs Rd → E E → PC 当CY=1或Z-1时，E→PC 0 M 0 01 RD 0 M 0 10 00 0 M 0 11 00 IN addr,rd OUT addr,rd 1000 01 RD Addr → rd 1010 10 RD Rd → addr HALT 1100 00 00 停机 表1 3.总体设计: 模型机的数据通路框图参照图1，要求如下： 选用适当软件画出数据通路框图； 写出图中选用芯片的逻辑功能，并标出外引脚； 说明图中各芯片的作用； 列出图中所有微操作信号，说明其功能。 B．写出上图中选用芯片的逻辑功能，并标出外引脚； 74LS161N芯片介绍： 芯片图： 逻辑功能： 74LS161为异步清零计数器 74LS181芯片介绍： 1.芯片图： 2.逻辑功能： 74LS181为算术逻辑单元/函数产生器。181能执行16种算术运算和16种逻辑运算，当工作方式控制端（M