组成原理课程设计报告.

《计算机组成原理》

课

程

设

计

报

告

院系名称计算机科学与工程学院

班级

姓名

学号

指导教师

题目一

1. 问题描述

设计一个具有加法和直接寻址方式的模型机

（1）设计内容：

设计一台具有输入、输出、加法、存储和跳转功能的模型计算机，并写出工作程序和测试数据验证有设计的指令系统。

（2）设计要求：

所设计模型计算机的指令系统共包含五条机器指令：IN（输入）、OUT（输出）、ADD （加法）、STA（存数）、JMP（无条件转移）。STA和JMP为直接寻址。

2. 题目分析及设计原理

通过IN单元输入数据送R0寄存器，然后寄存器和自身相加，再将结果保存到存储器并送OUT单元显示出来，最后无条件跳转，又重复执行。

结合数据通路图设计指令。

数据通路图

注意读写逻辑控制信号的控制。读写控制逻辑如下：

3.指令设计及编码

模型机的指令系统及指令格式如下：

助记符机器指令码说明

IN RD,P

XXXX XX RD

p

IN->RD ADD RD,RS,D XXXX RS RD RS+RD->RD

STA M D,RD XXXX M RD

D

R0->E

OUT P,RS XXXX RS XX

P

RS->LED

JMP M D XXXX M XX

D

E->PC

指令格式为：

指令编码为：

;//************Start Of Main Memory Data******//

$P 00 20 ;START:IN R0 从IN单元读入数据送R0

$P 01 00 ;ADD R0,RO 和自身相加，结果送

$P 02 10 ;STA 将结果存入主存

$P 03 80 ;OUT R0 输出结果

$P 04 E0 ;JMP START 跳转到00单元

$P 05 00

$P 06 50 ;HLT 停机

;//************End Of Main Memory Data******//

4.微指令设计及编码

微指令格式

23 22 21 20 10 18-15 14-12 11-9 8-6 5-0

M23 CN WR RD IOM S3-S0 A字段B字段C字段MA5-MA0

微指令数据流程图

二进制微代码表

地址 十六进制 高五位 S3-S0 A 字段 B 字段 C 字段 MA5-MA0 00 00 00 01 00000 0000 000 000 000 000001 01 00 6D 43 00000 0000 110 110 101 000011 03 107070 00010 000 111 000 001 110000 32 183001 00011 0000 011 000 000 000001 30 001404 00000 0000 001 010 000 000100 04 002405 00000 0000 010 010 000 000101 05 04B201 00000 1001 011 001 000 000001 31 186012 00011 00000 110 000 000 010010 12 200401 00100 0000 000 010 000 000001 38 186033 00011 0000 110 000 000 110011 33 103034 00010 0000 011 000 000 110100 34

280401

00101

0000

000

010

000

000001

PC->AR PC+1

NOP

01

00 MEM->IR

03

P<1>

30 32 OUT

38 IN ADD

IN->R0

01

R0->A

01

IN->AR

30 34 STA

JMP

HLT

NOP

35

R0->OUT

01

IN->AR

R0->MEM

31 12 01

35 R0->B

A+B->R0

MEM->R

33

04

05

PC->AR PC+1

MEM->PC

3C 1D 01

3C 006D5D 00000 0000 110 110 000 011101

1D 105141 00010 0000 101 000 101 000001

35 000035 00000 0000 000 000 000 110101

根据指令译码原理图将指令代码译码为微指令入口地址。

指令译码原理图如下：

微指令编码为：

;//************Start Of MicroController Data*******//

$M 00 000001 ;NOP

$M 01 006D43 ;PC->AR,PC加1

$M 03 107070 ;MEM->IR,P<1>

$M 32 183001 ;IN->R0

$M 30 001404 ;R0->A

$M 04 002405 ;R0->B

$M 05 04B201 ;A加B->R0

$M 31 186012 ;IN->AR

$M 12 200401 ;R0->MEM

$M 38 186033 ;IN->AR

$M 33 103034 ;MEM->R0

$M 34 280401 ;R0->OUT

$M 3C 006D5D ;PC->AR,PC加1

$M 1D 105141 ;MEM->PC