计算机组成原理—复杂模型机的设计.docVIP

成绩

???

课程设计：计算机组成原理

题目名称：复杂模型机的设计

姓名：

学号：11080201041108020105

班级：网络工程1101班

完成时间：2012年1月6日

1设计目的:

建立清晰完善的整机概念；

学习设计与调试计算机的根本方法；

培养严谨的科研作风和独立工作能力。

2设计任务:

综合运用所学的计算机原理知识，按给定的指令系统分和数据格式，在所提供的设备范围内，设计一台字长八位的由微程序控制器来控制的模拟计算机。设计并实现较为完整的八位模型计算机。

设计微程序控制器的逻辑原理电路图；

设计微地址转移的逻辑电路图；

设计微程序流程图；

设计说明书。

3设计指标:

字长八位；

时钟源MF=QB=1us；

内存容量不得小于28；

指令系统不得小于十四条。要求算术逻辑指令七条、访问内存和控制指令四条、输入输出指令两条、其他指令一条。

4设计说明:

4.1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

654321

符号

尾数

其中,第7位为符号位，数值的表示范围是：－1?X?1。

模型机设计四大类指令共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。

[1]算术逻辑指令

设计九条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用存放器直接寻址，其格式如下：

7654

32

10

OP-CODE

Rs

Rd

其中，OP-CODE为操作码，Rs为源存放器，Rd为目的存放器，并规定：

选中的存放器〔Rs或Rd〕

R0

R1

R2

存放器的编码

00

01

10

[2]访存指令及转移指令

模型机设计两条访问指令，即存数(STA)、取数(LDA)，两条转移指令，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：

76

54

32

10

００

M

OP-CODE

Rd

Ｄ

其中，OP-CODE为操作码，Rd为目的存放器，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

本模型机规定变址存放器RI指定为存放器R2。

[3]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：

7654

32

10

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”中的数码管作为输出设备。

[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：

7654

32

10

0110

00

00

4.２系统指令

本模型机共有1４条根本指令。其中，算术逻辑指令６条，移位指令２条，访问内存指令和程序控制指令３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、指令功能。

复杂模型机指令系统

序号

汇编符号

指令格式

功能说明

1

CLRRd

011100Rd

0→Rd

2

MOVRS,Rd

1000RSRd

RS→Rd

3

ADCRS,Rd

1001RSRd

RS＋Rd＋Cy→Rd

4

SBCRS,Rd

1010RSRd

RS－Rd－Cy→Rd

5

DECRd

1011--Rd

Rd－1→Rd

6

ANDRS,Rd

1100RSRd

RS∧Rd→Rd

７

RRCRS,Rd

1110RSRd

RS带进位右循环一位，RS→Rd

８

RLCRS,Rd

1111RSRd

RS带进位左循环一位，RS→Rd

９

LDAM,D,Rd

00M00Rd，D

E→Rd

1０

STAM,D,Rd

00M01Rd，D

Rd→E

1１

JMPM,D

00M1000，D

E→PC

1２

INaddr,Rd

010001Rd

addr→Rd

1３

OUTaddr,Rd

010110Rd

Rd→addr

1４

HALT

01100000

停机

4.３数据通路框图

4.4微地址转移逻辑电路图

该图的IR顺序为〔I7、I6、I5、I3、I4、I2〕

逻辑表达式如下：

4.5