基本模型机和带移位运算的模型机设计与实现.doc

目　录 一、课设目的及内容 1 二、设计的原理 2 三、二进制微代码表设计 6 四、机器指令程序 16 五、线路连接图 18 六、微程序流程及说明 20 七、心得体会 26 八、参考文献 34 课设目的及内容 课设目的： 通过对一个简单模型机的设计与实现,对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解,加深对理论课程的理解。 熟悉五条机器指令的功能、操作码、字节数、微程序流程图以及计算机各部件的基本功能，熟练掌握计算机内部信息流、数据流的传送。 为其定义五条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试掌握整机概念。 掌握新增指令及设计机器指令程序转换成十六进制格式文件的内容。 基本模型机实验原理图 图（1） （实验一）基本模型机设计与实现 这个实验的原理图如上图（1）所示。部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应与一个微程序。 本实验采用五条机器指令：IN（输入）、SUB（二进制减法）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件转移）其指令格式如下（前4位为操作码）： ? 助记符 机器指令码 说 明 IN 0000 0000 “INPUT DEVICE”中的开关状态 →R0 SUB addr 0001 0000 xxxxxxxx R0 - [ addr ] →R0 STA addr 0010 0000 xxxxxxxx R0→ [ addr ] OUT addr 0011 0000 xxxxxxxx [addr ] →BUS JMP addr 0100 0000 xxxxxxxx addr → PC 其中IN为单字长（8位），其余为双字长指令，xxxxxxxx为addr对应的二进制地址码 。 为了向RAM中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，还必须设计三个控制台操作微程序。 存储器读操作（KRD）：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA为“00”时，按START微动开关，可对RAM连续手动读操作。 存储器写操作（KWE）：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA为“01”时，按START微动开关，可对RAM进行连续手动写入。 启动程序：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA置为“11”时，按START微动开关，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行。 上述三条控制台指令用两个开关SWB、SWA的状态来设置，其定义如下： ? SWB SWA 控制台指令 0 0 读内存（KRD） 0 1 写内存（KWE） 1 1 启动程序（RP） 微代码定义如下表所示： 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 S3 S2 S1 S0 M Cn WE A9 A8 A B C uA5 uA4 uA3 uA2 uA1 uA0 A字段 B 字段 C字段 本实验设计机器指令程序如下指令程序。 地 址（二进制） 内 容（二进制） 助记符 说 明 0000 0000 0000 0000 IN “INPUT DEVICE”→R0 //任意输入数据 0000 0001 0001 0000 SUB [16H] R0-[16H] →R0 0000 0010 0001 0110 0000 0011 0010 0000 STA [0BH] R0→[0BH] 0000 0100 0000 1011 0000 0101 0011 0000 OUT [0BH] [0BH] →BUS 0000 0110 0000 1011 0000 0111 0100 0000 JMP [00H] 00H→PC 0000 1000 0000 0000 0000 1001 00