复杂模型机设计合肥工业大学计算机组成原理（课程设计）报告.doc

课程设计报告 一.设计目的 本课程设计是《计算机组成原理》课程之后开设的实践环节课程。通过本课程设计，使学生进一步加深对计算机原理系列课程相关内容的理解，掌握CPU设计的基本方法和计算机系统的组成原理，进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；锻炼计算机硬件的设计能力、调试能力；培养严谨的科学实验作风、良好的工程素质及团队协作精神，为今后的工作打下基础。 二.设计题目 复杂模型机设计 三.设计要求 基于计算机组成原理教学实验系统设计并实现一个具有16条机器指令、采用微程序控制器的8位计算机。 具体要求做到： 1.根据设计课题要求，给出模型机的设计方案（包括指令系统和硬件结 构）。 2.画出所设计计算机的硬件连接图，针对所设计的指令系统编写出相应 的微程序。 3.对所设计的计算机进行安装与调试。 4.编写测试程序，对系统进行验证。 5.编写课程设计报告。 四.实验设备 Dais-CMX16+计算机组成原理教学实验系统一台，PC机一台 五.指令格式与指令系统 模型机设计四大类之类指令共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。 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 Rd Rs 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 选定的寄存器 00 01 10 11 R0 R1 R2 R3 9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表7-12-1。 ⑵ 访问指令及转移指令 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），指令格式为： 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 M 2OP-CODE Rd D（低八） D（高八） 其中“0 0 M ”为源码段，2OP-CODE为目的码段（LDA、STA指令使用）。D为十六位地址段（低八在前，高八随后），M为源寻址模式，其定义如下： 寻址模式M 有效地址E 说 明 00 01 10 11 E = D E = (D) E = (SP)+D E = (PC)+D 直接寻址 间接寻址 SP变址寻址 相对寻址 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 0 0 Rd ⑷ 停机指令 指令格式如下： 7 6 5 4 3 2 1 0 OP-CODE 0 0 0 0 HALT指令，用于实现停机操作。 1)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。下表列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。 助记符 指令格式 功　能 LDA M,D,Rd 0 0 M 00 Rd E→Rd STA M,D,Rd 0 0 M 01 Rd Rd→E JMP M,D 0 0 M 10 00 E→PC BZC M,D 0 0 M 11 00 当CY=0或Z=0时，E→PC MOV Rd 0 1 0 0 Rs Rd Rs→Rd ADC Rd 0 1 0 1 Rs Rd Rs+Rd+CY→Rd SBC Rd 0 1 1 0 Rs Rd Rs-Rd-CY→Rd AND Rd,Rs 0 1 1 1 Rs Rd Rs∧Rd→Rd CLR 1 0 0 0 00 Rd 0→Rd INC Rd 1 0 0 1 00 Rd Rs+1→Rd CPL Rd 1 0 1 0 00 Rd Rd→Rd RHR 1 0 1 1 00 Rd Rd→Rd RHL 1 1 0 0 00 Rd Rd→Rd IN Rd 1 1 0 1 00 Rd I/O→Rd OUT Rd,I/O 1 1 1 0 00 Rd Rd→I/O HALT 1 1 1 1 00 00 停机 2)复杂模型机指令系统 ;助记符 操作数 指令码 长度 ;----------------------------------------------------- LDAD R0,* 00 3 ;直接字节送寄存器R0 LDAD R1,* 01 3 ;直接字节送寄存器R1 LDAD R2,* 02 3 ;直接字节送寄存器R2 LDAD R3,* 03 3 ;直接字节送寄存器R3 LDAI R0,*