组成原理课程设计(复杂模型机设计实验)

复杂模型机设计实验
一、实验目的
综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。

二、实验设备
TDN－CM＋计算机组成原理教学实验系统。

三、数据格式及指令系统
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：
2.
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7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：
7条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表
2) 访存指令及转移指令
模型机设计2条访存指令――存数（STA ）和取数（LDA ），2条转移指令――无条件转移（JMP ）和结果为零或有进位转移指令（BZC ），这4条指令长度为2个字节，其指令格式为：
其中，OP －CODE 为操作码，rd 为目的寄存器地址（LDA 、STA 指令使用）。

D 为偏移量（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，表列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。

表1
四、总体设计
本模型机的数据通路框图如图所示。

图1：数据通路图
根据机器指令系统的要求，设计微程序流程图及确定微地址如下：
图2：微程序流程图
根据流程图，确定如下微程序：
微程序：
$M00018108 $M2205DB81 $M0101ED82 $M230180E4 $M0200C050 $M24018001 $M0300A004 $M2595AAA0 $M0400E0A0 $M2600A027 $M0500E006 $M2701BC28 $M0600A007 $M2895EA29 $M0700E0A0 $M2995AAA0 $M0801ED8A$M2A01B42B $M0901ED8C $M2B959B41 $M0A00A03B $M2C01A42D $M0B018001 $M2D65AB6E $M0C00203C $M2E0D9A01 $M0D00A00E $M2F01AA30 $M0E01B60F $M300D8171 $M0F95EA25 $M31959B41 $M1001ED83 $M32019A01 $M1101ED85 $M3301B435 $M1201ED8D $M3405DB81 $M1301EDA6 $M35B99B41 $M14001001 $M360D9A01 $M15030401 $M37298838 $M16018016 $M38019801 $M173D9A01 $M3919883A $M18019201 $M3A019801
$M1901A22A$M3B070A08
$M1A01B22C $M3C068A09
$M1B01A232
$M1C01A233
$M1D01A236
$M1E318237
$M1F318239
$M20009001
$M21028401
验证程序：
助记符机器码
IN 01, R0 $P0044
IN 01, R2 $P0146
SBC R2,R0 $P02A8
MOV R0, R1 $P0381
RLC R1, R1 $P04F5
OUT R1,R1 $P0559
HALT $P0600
指令功能：
在实验板的数据开关手动输入一个数存到R0寄存器里，在输入另一个数到R2寄存器里，然后用R2-R0存到R0寄存器里，接着把R0里的数转存到R1寄存器，然后再把R1的数左移一位存到R1，接着在数码管显示输出当前R1寄存器里的数，最后停止。