复杂模型机的设计与实现.doc

PAGE 15 计算机组成原理 课程设计实验报告 设计题目 复杂模型机的设计与实现 专业班级 计算机科学与技术1004 指导教师 日期 2013.01.10 开发小组成员 组员：岂亚娟 1008030415 杨 娜 1008030418 吴兴欢 1008030401 刘 甜 1008030402 复杂模型机的设计与实现 一、 课程设计目的 综合运用所学计算机原理实验知识，设计并实现较为完整的计算机。 二、 设计要求 1、确定设计目标 参考实验指导书上复杂模型机设计的过程，运用其微指令格式，独立设计指令系统。并用该指令系统中的指令编一完成简单运算的程序（有数据输入和输出的）。并进行调试运行。 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、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。在此基础上，就可以拟出各种信息传送路径，以及实现这些传送所需要的微命令。 对于部件设置，比如要确定运算器部件采用什么结构，控制器采用微程序控制。 综合考虑计算机的速率、性能价格比、可靠性等要求，设计合理的数据通路结构，采用何种方案的内总线及外总线。数据通路不同，执行指令所需要的操作就不同，计算机的结构也就不一样。 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，需考虑哪些微操作可以安排在同一个微指令中，哪些微操作不能安排在同一条微指令中。 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指令代码化，转化成相应的二进制代码，写入到控制存储器中的相应单元中。 7、组装、调试 在总调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有各功能模块工作正常后，才能保证整机的运行正确。 当所有功能模块都调试正常后，进入总调试。连接所有模块，用单步微指令方式执行机器指令的微程序流程图，当全部微程序流程图检查完后，若运行结果正确，则在内存中装入一段机器指令，进行其他的运行方式等功能调试及执行指令的正确性验证。 三、 数据格式以及指令格式 1、数据格式 模型机规定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 符 号 尾 数 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、访问存储器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字节表示，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： 选中的寄存器（Rs或Rd） R0 R1 R2 寄存器的编码 00 01 10 (2) 访存指令及转移指令 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)。其格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 OP-CODE M OP-CODE Rd D 其中，OP-CODE为操作码， Rd为目的寄存器，D为位移量(正负均可)，M为寻址方式，其定义如下： 寻址方式 有效地址 说 明 00 E=D 直接寻址 01 E=（D） 间接寻址 10 E=（RI）+D RI 变址寻址 11 E=（PC）+D 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，表示选中“输入单元”中的开关组作为输入设备，addr=10时，表示选中“输出单元”中的数码块作为输出设备。 (4) 停机指令 这类指令只有1条，即停机指令HALT，用于实现停机操作，指令格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 3、指令系统 （1）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，其他它指令1条。表1列出了各条指令的格式、汇编符号、