计算机组成原理课程设计指导书.doc

“计算机组成原理” 课程设计指导书 杨伟丰 编写 2014年12月设计题目：复杂模型机的设计 一、设计目的 综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的模型计算机。 二、设计内容 根据复杂模型机的指令系统，编写实验程序，并运行程序，观察和记录运行结果。 三、预备知识 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： 数据位数 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 用途 符号 尾数 其中第7位为符号位，数值表示范围是：－1≤X＜1。 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、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： 数据位数 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 用途 操作码（OP-CODE） 源寄存器（RS） 目的寄存器（RD） 规定： 选中的寄存器（RS或RD） R0 R1 R2 寄存器的编码 00 01 10 算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表2—3。 （2）访存指令及转移指令 模型机设计2条访存指令，即存数（STA）、取数（LD），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： 数据位数 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D7……D0 用途 00 寻址模式M 操作码OP-CODE 目的寄存器编码RD 位移量D 其中，OP－CODE为操作码，rd为目的寄存器地址（LD、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： 寻址模式M 有效地址E 说明 ００ D 直接寻址 ０１ (D) 间接寻址 １０ (RI)+D RI变址寻址 １１ (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（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令，其格式如下： 数据位数 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 用途 操作码（OP-CODE） 地址（addr） 目的寄存器（RD） 其中，在IN 指令中，addr=01，选中“INPUT”中的开关组作为输入设备，在OUT指令中，addr=10时，表示选中“OUTPUT UNIT”中的数码块作为输出设备。 （4）停机指令 指令格式如下： 数据位数 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 值 0110 00 00 HALT指令，机器码为60H，用于实现停机操作。 3、指令系统 复杂模型机共有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2-3列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。 表2-3 复杂模型机指令系统 助记符 指令格式 指令长度(字节数) 指令功能 第一字节 第二字节 CLR rd 01 11 00 rd 无 1 0→RD MOV rs,rd 10 00 rs rd 无 1 RS→RD ADC rs,rd 10 01 rs rd 无 1 RS + RD + cy →RD SBC rs,rd 10 10 rs rd 无 1 RS - RD - cy →RD INC rd 10 11××rd 无 1 RD + 1→RD AND rs,rd 11 00 rs rd 无 1 RS ^ RD →RD COM rd 11 01××rd 无 1 →RD RRC rs,rd 11 10 rs rd 无 1 RS带进位循环右移一位，然后RS→RD RLC rs,rd 11 11 rs rd 无 1 RS带进位循环左移一位，然后rs→RD LAD M,D,rd 00 M 00 rd D 2 有效数据E →RD STA M,D,rd 00 M 01 rd D 2 RD→有效地址E JMP M,D 00 M 10 00 D 2 有效数据E→PC BZC M,D 00 M 11 rd D 2 当CY=1或ZI=1时，有效数据E→PC IN rd 01 00 01 rd 无 1 INPUT设备的数据→RD OUT rd 01 01 10 rd 无 1 RD→OUTPUT UNIT HALT 01 10 00 00 无 1 停机 四、设计环境 1、ZY15Comp12BB计算机组成原理教学实验系统 一台 2、排线 若干 3、PC机 一台 五、设计原理 复杂模型机的数据通路框图如图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。 图1 复杂模型机数据通路框图 按照系统建议的微指令格式，