计算机组织与体系结构课程设计报告_具有逻辑运算及跳转功能的复杂模型机设计.doc

PAGE PAGE 22 ************ 学 院 计算机组织与体系结构 课程设计报告 题目：具有逻辑运算及跳转功能的复杂模型机设计 姓名：**** 学号：200********1 系别：计算机学院 专业班级：************班 同组同学：***** 指导教师：**** 起止时间：2011.9.05—2011.9.09 一、课程设计要求及目的 1、设计要求： 课程设计是将我们所学的课程的理论知识与实践相结合的实验。本课程设计我们所选的题目是具有逻辑运算及跳转功能的复杂模型机设计，我们要设计出具有逻辑运算及跳转功能的机器指令，再写出指令对应的微程序，然后按照复杂模型机的电路图在实验箱上接线，然后与电脑联机执行，并观察执行过程和输出结果。 2、设计目的： （1）复杂模型机系统分析与设计，利用所学的计算机组成原理课程中的知识和提供的实验平台完成设计任务，从而建立清晰完整的整机概念。 （2）掌握各个单元模块的工作的原理,进一步将其组成完整的系统,构造一台基本的复杂模型机。 （3）学会规划读/写内存、寄存器、 数值计算等功能,并且编写相应的机器指令和微程序,在具体上机的过程中,观察设计出的模型机的执行情况，根据输出的结果做出分析，从而更好的掌握计算机组成原理的知识。 二、机器指令的设计和微程序设计原理 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于一组微程序。 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： 其中第 7 位为符号位，数值表示范围是：。 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： 其中，OP-CODE 为操作码，rs为源寄存器，rd 为目的寄存器，并规定： 9 条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表 7.2-1。 (2) 访问指令及转移指令 模型机设计 2 条访内指令，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），指令格式为： 其中，OP-CODE 为操作码，rd 为目的寄存器地址（LDA、STA 指令使用）。D 为位移量（正负均可），M 为寻址模式，其定义如下： 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（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令，其格式如下： 其中，addr=01 时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为输入设备，addr=10 时，选 中“OUTPUT DEVICE”中的数码块作为输出设备。 （4）停机指令 指令指令格式如下： HALT 指令，用于实现停机操作。 3、指令系统 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，其它指令 1 条。表 7.2-1 列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。 4、总体设计 本模型机的数据通路框图如图 7.2-1。根据机器指令系统要求，设计微程序流程图及确定微地址，如图 7.2-2。 按照系统建议的微指令格式，参照微指令流程图，将每条微指令代码化，译成二进制代码表，并将二进制代码表转换为联机操作时的十六进制格式文件，见表 7.2-2。 5.74LS181芯片的功能表 6.微程序设计 如下是机器指令格式说明和微指令格式说明 三.总体设计 1.机器指令的设计 （1）机器指令的助记符为： START: IN 01，R0 （R0）=15H MOV R0，R1 INC R1 AND R0，R1 RLC R1，R2 OUT 10，R2 JMP 00，START HALT （2）将助记符转换为指令 = 1 \* ROMAN I. IN 01，R0对应的指令格式为0100 0100即16进制的44 = 2 \* ROMAN II. MOV R0，R1对应的指令格式为1000 0001即16进制的81 = 3 \* ROMAN III. INC R1对应的指令格式为1011 0101即16进制的B5 = 4 \* ROMAN IV. AND R0，R1对应的指令格式为1100 0001即16进制的C1 = 5 \* ROMAN V. RLC R1，R2对应的指令格式为1111 0110即16进制的F6 = 6 \* ROMAN VI. OUT 10，R2对应的指令格式为0101 1