计算机硬件系统课程的设计.docVIP

《计算机硬件系统设计》 课程设计指导书 计算机科学与技术学院计算机科学与技术系 二○○六年 目 录 1．前言 1 2．复杂模型机设计 2 3．计算机控制系统设计 9 前 言 本指导书用于全日制大学本科计算机专业学生学习完《计算机组成原理》、《汇编语言》、《计算机接口技术》等课程后进行全面综合训练的计算机硬件系统课程设计，目的在于加深对基本知识的理解，巩固所学理论知识，拓宽知识面，进一步掌握计算机及计算机控制系统的设计与实现过程，培养学生独立分析和设计计算机硬件系统的能力。 第一部分 复杂模型机的设计与实现 【目的与要求】 综合应用所学计算机组成原理和汇编语言知识，设计并实现较为完整的模型计算机，培养学生独立分析和设计计算机硬件系统的能力。 【设计内容】 一．设计所用实验设备 本设计使用Dais-CMB+计算机组成原理教学实验系统一台，PC机一台和一组连接线。 二．设计原理 在完成基本实验线路连接的基础上增加条件测试信号CZ标志的连接，连接方法是：用二芯排线把位于实验装置左上方运算器(左边181)的左下侧CYCZ接口与位于实验装置红色拨码开关右下方的FCFZ接口相连接。 若在联机状态下，启动模拟软件后，首先应打开文件mxj3.abs，装入模型机3的实验程序及机器指令对应的微程序，然后点击“!”图标进入链接装载，一旦屏幕自动弹出动态调试窗口，表示机器代码及微代码下载已成功，进入windows在线集成调试环境，可编辑机器语言程序和微程序，并进行调试和运行。 如在脱机装态时，在闪动的“P.”状态下，键入数字键“3”(复杂模型机代号)，然后再键入“装载”命令键，实验装置自动装载由数字键定义的模型机机器实验程序及与其对应的微程序，装载完毕自动返回“P.”等待命令。 1.数据格式 模型机规定采用定点补码表示数据，且字长为8位，其格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 符号 尾数 其中第7位为符号位，数值表示范围是：-128≤X≤127（定点整数），-1≤X1（定点小数）。 2.指令格式 模型机设计五大类指令共十六条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访存指令、转移指令和停机指令。 ⑴ 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： Rs或 Rd 代表选定的寄存器 00 R0 01 R1 10 R2 9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表1。 ⑵ 访存指令和转移指令 模型机设计2条访存指令、即存数指令（STA）、取数指令（LDA）；2条转移指令，即无条件转移指令（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，RD为目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）。D为形式地址，如为位移量，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 E=D 直接寻址或立即寻址 01 E=（D） 间接寻址 10 E=（RI）+D RI变址寻址 11 E=（PC）+D 相对寻址 模型机规定变址寄存器RI指定为寄存器R2。 ⑶ 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=01时，选中“INPUT DEVICE”中的开关作为输入设备，addr=10时，选中“OUTPUT DEVICE”中的LED作为输出设备。 ⑷ 停机指令 HALT指令，用于实现停机操作，指令格式如下 ： 7 6 5 4 3 2 1 0 OP-CODE 0 0 0 0 3. 指令系统 模型机有16条基本指令，其中算术逻辑运算指令9条，访问内存指令2条，程序控制指令2条，输入输出指令2条，其它指令2条。表1列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。 表1 指令格式及功能 汇编符号 指 令 格 式 功 能 CLR rd 1110 00 RD 0→RD MOV rs, rd 0001 RS RD RS→RD ADC rs, rd 0011 RS RD RS+RD+cy→RD SBC rs, rd 0101 RS RD RS- RD-cy→RD INC rd 0111 RS RD RD+1→RD AND rs, rd 1001 RS RD RS∧RD→RD COM rs, rd 1011 RS RD RD变反→RD