计算机硬件课程设计——基于微程序的复杂模型机设计

计算机硬件课程设计---基于微程序的复杂模型机设计

一、实验题目：

设计一台有微程序控制的8位模型机，指令系统要求达到10条指令以上。

二、实验目的：

（1）在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统，构造一

台复杂模型计算机，建立一台基本完整的整机。

（2）为其定义至少十条机器指令，并编写相应的微程序，通过联机调试，观察计算机执行指令：从取指令、指令译码、执行指令等过程中数据通路内数据的流动情况，进一步掌握整机概念。

三、实验设备：

TDN-CM+教学实验系统一套、PC微机一台

四、实验原理与指令设计：

（1）实验原理：

①数据格式

模型机规定数据采用定点整数补码表示，字长为8位，其格式如下：

其中，第7位为符号位，数值表示范围是－27 ≤X≤27－1

②机器指令格式

单字节指令寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：

双字节指令采用直接寻址，其格式如下

其中，OP－CODE为操作码，RS为源寄存器，RD为目标寄存器，并规定：

③微指令格式：

其中，A、B、C三个字段的编码方案如下表：

WE,A9,A8三个字段编码方案如下：

运算器逻辑功能表

（2）指令设计：

模型机可设计4大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令、访存

指令、控制转移指令、I/O指令、停机指令。我们设计的十条指令

及其操作码与指令格式如下所示：

指令代码指令格式功能

IN Rd 0000 xxRd input->Rd

MOV Rs,Rd 0001 RsRd Rs->Rd

MOV Rd,X 0010 xxRd X X->Rd

LOAD Rd,X 0011 xxRd X [X]->Rd

ADD Rs,Rd 0100 RsRd Rs+Rd->Rd

SUB Rd,X 0101 xxRd X Rd-X->Rd

JZ X 0110 xxxx X 若ZF=1,X->PC

若ZF=0,PC+1->PC

JMP X 0111 xxxx X X->pc OUT Rs 1000 Rsxx Rs->output STOR Rs,X 1001 Rsxx X Rs->[X] 机器指令的微操作流程图如下

0 1

代码文件名为test.txt，其内容如下：$P0000 ; IN R0

$P0112 ; MOV R0,R2

$P0221 ; MOV R1,0

$P0300

$P0438 ; LOAD R0,[50]

$P0550

$P0641 ; ADD R0,R1

$P0752 ; SUB R2,1

$P0801

$P0960 ; JZ NEXT2

$P0A0D

$P0B70 ; JMP NEXT1

$P0C04

$P0D80 ; OUT R0

$P0E90

$P0F40 ; STOR R1,[40]

$M00018001 ;00->01

$M0101ED82 ;PC->AR,PC+1

$M0200C050 ;RAM->BUS,BUS→IR $M10001001 ;INPUT->R0

$M11019201 ;RS->RD

$M1201ED83 ;PC->AR,PC+1

$M03009001 ;RAM->BUS,BUS->R1

$M1301ED84 ;PC->AR,PC+1

$M0400A005 ;RAM->BUS,BUS->DR1

$M0501B206 ;RS->DR2

$M0695EB47 ;DR1+DR2->AR

$M07009001 ;RAM->BUS,BUS->RD

$M1401A408 ;RS->DR1

$M0801B209 ;RD->DR2

$M09959B41 ;[DR1]+[DR2]->RD

$M1501ED8A ;PC->AR PC+1->PC

$M0A00B00B ;RAM->BUS BUS->DR1

$M0B01A40C ;RD->DR2

$M0C619B41 ;[DR1]-[DR2]->RD

$M1601ED8D ;PC->AR PC+1->PC

$M0D00D0E0 ;RAM→BUS,BUS→PC,P(3)

$M3000D181 ;RAM->BUS BUS->RD

$M20018001 ;空操作

$M1701ED8E ;PC->AR PC+1->PC

$M0E00D181 ;RAM->BUS BUS->PC

$M18030201 ;R0->OUTPUT

$M1901EDB1 ;PC->AR PC+1->PC

$M3100E032 ;RAM->BUS BUS->AR

$M32028201 ;RS->BUS BUS->RAM

五、实验步骤：

（1）按照下图，在实验联接器件。

（2）打开唐都CMP仪器。

（3）测试连线情况，并修正。

（4）连线通过后装载huang.txt文件。

（5）打开通路图，开始单步运行观察实验结果。

六、实验结果：

七、实验总结：

略