计算机组成原理课程设计报告_基本模型机的设计与实现

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

1、课程设计题目

基本模型机的设计与实现

2、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。

3、实验步骤

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

1 IN 00000000 "INPUT DEVICE"中的开关状态→R0

2 ADD addr 00010000 ******** R0+[addr]→R0

3 STA addr 00100000 ******** R0→[addr]

4 OUT addr 00110000 ******** [addr]→DR1→LED

5 JMP addr 01000000 ******** [addr]→PC

6 SUB addr 01010000 ******** 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 0000 0000 0000 IN R0 "INPUT DEVICE"→R0 0000 0001 0001 0000 ADD [10H],R0 R0+[10H]→R0 0000 0010 0001 0000

0000 0011 0010 0000 STA R0,[11H] R0→[11H]

0000 0100 0001 0001

0000 0101 0011 0000 OUT [11H] [11H]→LED 0000 0110 0001 0001

0000 0111 0000 0000 IN R0 "INPUT DEVICE"→R0 0000 1000 0101 0000 ADD [10H],R0 R0-[10H]→R0 0000 1001 0001 0000

0000 1010 0010 0000 STA R0,[12H] R0→[12H]

0000 1011 0001 0010

0000 1100 0011 0000 OUT [12H] [12H]→LED 0000 1101 0001 0010

0000 1110 0100 0000 JMP 00H 00H→PC

0000 1111 0000 0000

0001 0000 0000 0001 自定

0001 0010 求和结果

0001 0011 求差结果