计算机组成—复杂模型机方案

课程设计：计算机组成原理

题目名称：复杂模型机的设计

姓名:

学号：1108020184 1108020185

班级：网络工程1101班

完成时间：2018年1月6日1设计目的：建立清晰完善的整机概念；

学习设计与调试计算机的基本方法；培养严谨的科研作风和独立工作能力。

2设计任务：

综合运用所学的计算机原理知识，按给定的指令系统分和数据格式，在所提供的设备范围内，设计一台字长八位的由微程序控制器来控制的模拟计算机。设计并实现较为完整的八位模型计算机。

设计微程序控制器的逻辑原理电路图；

设计微地址转移的逻辑电路图；

设计微程序流程图；

设计说明书。

3设计指标：

字长八位；

时钟源MF=QB=1us

内存容量不得小于2 8；

指令系统不得小于十四条。要求算术逻辑指令七条、访问内存和控制指令四条、输入输出指令两条、其他指令一条。

4设计说明：

4.1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，数值的表示范围是：-1乞X ＜1

模型机设计四大类指令共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。

[1]算术逻辑指令

设计九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-COD为操作码，Rs为源寄存器，Rd为目的寄存器，并规定:

[2]访存指令及转移指令

模型机设计两条访问指令，即存数（STA＞、取数（LDA＞,两条转移指令,

即无条件转移（JMP＞结果为零或有进位转移指令（BZC＞。其格式如下：

D

其中，OP-CODE^操作码，Rd为目的寄存器，D为位移量（正负均可＞,

M为寻址方式，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v IN）和输出＜OUT）指令采用单字节指令，其格式如下:

其中，addr=01时，表示选中“输入单元”中的开关组作为输入设备，

addr=10时，表示选中“输出单元”中的数码管作为输出设备。

[4]停机指令

这类指令只有1条，即停机指令HALT用于实现停机操作，指令格式如

4. 2系统指令

本模型机共有1 4条基本指令。其中，算术逻辑指令6条，移位指令2条，访问内存指令和程序控制指令3条，输入输出指令2条，其他它指令1条。表1列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。

4 SBC R,R d 1010 R S R d Rs—Ri—Cy^ Rj

5 DEC R 1011 -- R d Rd — 1 Ri

6 AND RR d 1100 R S R d Rs A R f Rj

7RRC RR d 1110 R S R d Rs带进位右循环一位，Rs f Ri

8RLC R,R d 1111 R S R d Rs带进位左循环一位，Rs f Ri

9_DA M,D, R d 00 M 00 R d, D E f巳

1 0STA M,D, R d 00 M 01 R d, D R f E

1 1JMP M,D 00 M 10 00 , D E f PC

1 2IN addr, R d 0100 01 R d addr f R

1 3OUT addr, R d 0101 10 R d R f addr

1 4HALT 0110 00 00 停机

4. 3数据通路框图

4.4微地址转移逻辑电路图

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12

LDKi

LJiRi)

AN J J

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AND

Rt ti

I 11

4.5寄存器译码电路图

SE3 = P(l)*T4*I6 SE2 = T4* [SWB • P(4) + P(2)* 13+P(l) • 15]

SE1 = T4 • [SWA • P(4) 4- P(2) • 12 + P( ]) • 14]

SE4= P(1)»T4*I7 O I MR

SE5 = P(3)*T4*(FC + FZ)

该图的 IR 顺序为 <17、16、15、13、14、

12)

逻辑表达式如下：

n, -------------

r --------------------- 1

r

<

---- IU1M

L

1 F

逻辑表达式如下:

LDRO = LDR1* 11*10

LDRl = LDRi*n*10

LDR2 = LDRi*ll*m

R0-R- ・H)

Rl-B = (RD・B«rT-I0)-(RS-B»i2 •口)

R2-B = (RD-B*H*10)・(RS-B* 12* J3)*(RI -

B)

4.6微程序流程图

4.7微指令格式

微指令字长2 4位。其中顺序控制部分9位，即直接地址6位，判别地址3

位，后者采用字段译码法 P<1)— P<4)四种判别测试标志位。操作控制字段18 位：其中字段

A 、E 、C 均采用3 — 8译码器，可译出 LDIR,PC — BUS WE

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