计算机硬件课程设计——基于微程序的复杂模型机设计_精品.doc

计算机硬件课程设计 ---基于微程序的复杂模型机设计 实验题目： 设计一台有微程序控制的8位模型机，指令系统要求达到10条指令以上。 实验目的： （1）在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统，构造一台复杂模型计算机，建立一台基本完整的整机。 （2）为其定义至少十条机器指令，并编写相应的微程序，通过联机调试，观察计算机执行指令：从取指令、指令译码、执行指令等过程中数据通路内数据的流动情况，进一步掌握整机概念。 实验设备： TDN-CM+教学实验系统一套、PC微机一台 实验原理与指令设计： 实验原理： ①数据格式 模型机规定数据采用定点整数补码表示，字长为8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，数值表示范围是－27 ≤X≤27－1 ②机器指令格式 单字节指令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 双字节指令采用直接寻址，其格式如下 7 6 5 4 3 2 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0 OP－CODE RS RD ADDR 其中，OP－CODE为操作码，RS为源寄存器，RD为目标寄存器，并规定： RS或RD 选定的寄存器 00 01 10 R0 R1 R2 ③微指令格式： 24 23 22 21 20 19 18-16 15-13 12-10 9-7 6-1 S3 S2 S1 S0 M Cn WE,A9,A8 A字段 B字段 C字段 UA5-UA0 其中，A、B、C三个字段的编码方案如下表： A字段 B字段 C字段 15 14 13 选择 12 11 10 选择 9 8 7 选择 000 NOP 000 NOP 000 NOP 001 LDRi 001 RS-B 001 P1 010 LDDR1 010 BD-B 010 P2 011 LDDR2 011 RI-B 011 P3 100 LDIR 100 299-B 100 P4 101 LOAD 101 ALU-B 101 AR 110 LDAR 110 PC-B 110 LDPC WE,A9,A8三个字段编码方案如下： WE A9 A8 功能 0 0 0 INPUT 0 0 1 RAM读 1 0 1 RAM写 1 1 0 LED，写 0 1 1 无 0 1 0 读接口 运算器逻辑功能表 指令设计： 模型机可设计4大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令、访存指令、控制转移指令、I/O指令、停机指令。我们设计的十条指令及其操作码与指令格式如下所示： 指令代码 指令格式 功能 IN Rd 0000 xxRd input-Rd MOV Rs,Rd 0001 RsRd Rs-Rd MOV Rd,X 0010 xxRd X X-Rd LOAD Rd,X 0011 xxRd X [X]-Rd ADD Rs,Rd 0100 RsRd Rs+Rd-Rd SUB Rd,X 0101 xxRd X Rd-X-Rd JZ X 0110 xxxx X 若ZF=1,X-PC 若ZF=0,PC+1-PC JMP X 0111 xxxx X X-pc OUT Rs 1000 Rsxx Rs-output STOR Rs,X 1001 Rsxx X Rs-[X] 机器指令的微操作流程图如下 运行微程序  代码编制： 指令代码： 机器指令： IN R0 00 MOV R0,R2 12 MOV R1,0 21 00 NEXT1: LOAD R0,[50] 38 50 ADD R0,R1 41 SUB R2,1 52 01 JZ NEXT2 60 0D JMP NEXT1 70 04 NEXT2: OUT R0 80 STOR R1,[40] 90 40 代码文件名为test.txt，其内容如下： $P0000 ; IN R0 $P0112 ; MOV R0,R2 $P0221 ; MOV R1,0 $P0300 $P0438 ; LOAD R0,[50] $P0550 $P0641 ; ADD R0,R1 $P0752 ; SUB R2,1 $P0801 $P0960 ; JZ NEXT2 $P0A0D $P0B70 ; JMP NEXT1 $P0C04 $P0D80 ; OUT R0 $P0E90 $P0F40 ; STOR R1,[40] $ ; 00-01 $M0101ED82