计算机组成原理课程设计报告_基本模型机的设计与实现.doc

 PAGE 1 本次课程设计的任务是完成一个基本模型机的设计与实现。设计经过综合运用了以前所学计算机原理的知识,依照设计要求和指导,实现了一个基本的模型计算机。 本模型机实现的功能有：IN（输入）,OUT（输出），ADD（加法），SUB（减法），STA（存数），JMP（跳转）。设计进行开始,在了解微程序的基本格式, 及各个字段值的作用后, 按微指令格式参照指令流程图，设计出程序以及微程序，将每条微指令代码化，译成二进制代码表，并将二进制代码转换为联机操作时的十六进制格式文件。根据机器指令系统要求，设计微程序流程图及确定微地址。设计的加法和减法中, 被加数和被减数都由调试人员输入, 而加数和减数都从存储器中读取. 最后上机调试，各个功能运行结果正确。 关键词: 基本模型机；机器指令；微指令 目录 1、课程设计题目1 2、实验设备1 3、课程设计步骤1 3.1、所设计计算机的功能和用途1 3.2、指令系统2 3.3、总体结构与数据通路2 3.4、设计指令执行流程3 3.5、微指令代码化4 3.6、组装和调试5 4、课程设计总结7 5、附录8 附录1：数据通路图8 附录2：微程序流程图9 附录3：实验接线图10 附录4：实验程序及微程序11 附录5：参考文献（资料）12 课程设计题目 基本模型机的设计与实现 实验设备 TDN—CM++计算机组成原理教学实验系统一台，微机，虚拟软件，排线若干。 实??步骤 3.1 所设计计算机的功能和用途 设计的基本模型机的指令系统至少要包括六条不同类型的指令：一条输入指令，一条减法指令,一条加法指令，一条存数指令，一条输出指令和一条无条件转移指令。 利用此模型机完成加法和减法操作。两个操作都能读入被加（减）数，从内存中读取加（减）数，运算后都能保存运算结果，并且都将结果输出。 3.2 指令系统 本课程设计采用六条机器指令：IN（输入）,OUT（输出），ADD（二进制加法），SUB（减法），STA（存数），JMP（无条件转移）。其指令格式及说明如下表： 表1 指令系统编码 序号助记符机器指令码功能说明1IN INPUT DEVICE中的开关状态→R02ADD addr********R0+[addr]→R03STA addr********R0→[addr]4OUT addr********[addr]→DR1→LED5JMP addr********[addr]→PC6SUB addr********R0-[addr]→R0 其中：IN为单字长（8位），其余为双字长指令，********为addr对应的二进制地址码。 3.3 总体结构和数据通路 总体结构的设置如下： 1、 寄存器的设置 R0、R1、R2为通用寄存器，8位； IR为指令寄存器，8位； PC为程序计数器，8位； AR为地址寄存器，8位； DR1、DR2为数据寄存器 2、 运算器的设置 ALU为运算器 数据通路可见附录1的数据通路图。 3.4 设计指令执行流程 本课程设计设计的机器指令程序如下表： 表2 机器指令程序 地址（二进制）内容（二进制）助记符说明0000 00000000 0000IN R0INPUT DEVICE→R00000 00010001 0000ADD [10H],R0R0+[10H]→R00000 00100001 00000000 00110010 0000STA R0,[11H]R0→[11H]0000 01000001 00010000 0101 0011 0000OUT [11H][11H]→LED0000 01100001 00010000 01110000 0000IN R0INPUT DEVICE→R00000 10000101 0000ADD [10H],R0R0-[10H]→R00000 10010001 00000000 10100010 0000STA R0,[12H]R0→[12H]0000 1011 0001 00100000 11000011 0000OUT [12H][12H]→LED0000 11010001 00100000 11100100 0000JMP 00H00H→PC0000 11110000 00000001 000000