计算机组成复杂模型机方案.docx
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计算机组成复杂模型机方案
成绩
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:
11080201841108020185
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28;
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:
7
654321
符号
尾数
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:
765432
10
OP-CODE
Rs
Rd
其中,OP-COD为操作码,Rs为源寄存器,Rd为目的寄存器,并规定:
选中的寄存器<Rs或Rd)
R0
R1
R2
寄存器的编码
00
01
10
[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:
76
543
2
10
00
M
OP-CODE
Rd
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:
寻址方式
有效地址
说明
00
E=D
直接寻址
01
E= 间接寻址 10 E= R变址寻址 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vIN)和输出<OUT)指令采用单字节指令,其格式如下: 765432 10 OP-CODE addr Rd 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 下: 765432 10 0110 00 00 4.2系统指令 本模型机共有14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。 复杂模型机指令系统 序号 汇编符号 指令格式 功能说明 1 CLRRd 011100Rd Ri 2 MOVRRd 1000RsRd RsfRi 3 ADCR,Rd 1001RsRd 金+R+Cy^Ri 4 SBCR,Rd 1010RsRd Rs—Ri—Cy^Rj 5 DECR 1011--Rd Rd—1Ri 6 ANDRRd 1100RsRd RsARfRj 7 RRCRRd 1110RsRd Rs带进位右循环一位,RsfRi 8 RLCR,Rd 1111RsRd Rs带进位左循环一位,RsfRi 9 _DAM,D,Rd 00M00Rd,D Ef巳 10 STAM,D,Rd 00M01Rd,D RfE 11 JMPM,D 00M1000,D EfPC 12 INaddr,Rd 010001Rd addrfR 13 OUTaddr,Rd 010110Rd Rfaddr 14 HALT 01100000 停机 4.3数据通路框图 4.4微地址转移逻辑电路图 ■OSUA 12 LDKi LJiRi) ANJJ 、 AND Rtti I11 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 OIMR 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, r1 r< IU1M L 1F 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 一匸 R R £ 仃 Fi 去 l- 壬r jr ri j_-DC X S>1- WT» £ < Z O J- 甘 二! , J^T 1= 生 LT sL [ s 云 rh黑F严 s L 壬 三 y 圣 斗 H ■a. H J- 星 至 Y- ■广 □Es'ry CX1OC 22-. 一二壬嘩 一£上_|: 却 二壹J C尹. Xr至 Xnr- — Oi i F 丘i j" T* ■求工 onf曾 一= 三 H 一L3E ©itziF出巴 s 1 / LT 一= H 1 -F F.■9 —► a2 —P*- ■ 『” 二 至 1 W£ = r« 3: € 壬a 1 5 人鶯+一氐口 1 £ 工 +£ 2 4.7微指令格式 微指令字长24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—BUSWE RS-BUSLDDR等微命令。 其他微命令采用直接控制的方式。 其中uA5~uA0为6 位的后续微地址,A、BC为三个译码字段,分别由三个控制位译码出多位。 微指令代码定义表 "24— "23— r22— 2— "20— T9— T81 17— 16— 151413 121110 -9~87— "6 "5 -4 -3 -2 1— S3 S2 S1 S0 M Cn WE A9 A8 小5 识5 A 叭5 小5 A 4.8微程序代码表 地址 指令 S3-S0MCnWEA9A819-16ABC654321 00 018108 000000011000000100001000 01 01ED82 000000011110110110000010 02 00C050 000000001100000001010000 03 00A004 000000001010000000000100 04 00E0A0 000000001110000010100000 05 00E006 000000001110000000000110 06 00A007 000000001010000000000111 07 00E0A0 000000001110000010100000 10 01ED8A 000000011110110110001010 11 01ED8C 000000011110110110001100 12 00A03B 000000001010000000111011 13 018001 000000011000000000000001 14 00203C 000000000010000000111100 15 00A00E 000000001010000000001110 16 01B60F 000000011011011000001111 17 95EA25 100101011110101000100101 20 01ED83 000000011110110110000011 21 01ED85 000000011110110110000101 22 01ED8D 000000011110110110001101 24 001001 000000000001000000000001 25 030401 000000110000010000000001 26 018001 000000011000000000000001 27 3D9A01 001111011001101000000001 30 019201 000000011001001000000001 31 01A22A 000000011011001000101010 32 01B22C 000000011011001000101100 33 01A232 000000011010001000110010 34 01A233 000000011010001000110011 36 318237 001100011000001000110111 37 318239 001100011000001000111001 40 009001 000000001001000000000001 41 028401 000000101000010000000001 42 05DB81 000001011101101110000001 45 95AAA0 100101011010101010100000 52 01B42B 000000011011010000101011 53 959B41 100101011001101101000001 54 01A42D 000000011010010000101101 55 65AB6E 011001011010101101101110 56 0D9A01 000011011001101000000001 57 01AA30 000000011010101000110000 60 018D71 000000011000110101110001 61 959B41 100101011001101101000001 62 F59A01 111101011001101000000001 63 01B435 000000011011010000110101 65 ED9A01 111011011001101000000001 67 298838 001010011000100000111000 70 019801 000000011001100000000001 71 19883A 000110011000100000111010 72 019801 000000011001100000000001 73 070A08 000001110000101000001000 74 068A09 000001101000101000001001 5测试与运行 5.1测试程序 其中共用到14条指令,3种寻址方式(00-直接、01-间接、10-变址> 内存地址 (十六进制> 汇编指令 机器指令 注释 二进制 十六进 制 00 CLRR0 01110000 70 R0清零 01 INaddr,R0 01000100 44 02 INaddr,R1 01000101 45 03 ANDR0,R1 11000001 C1 R0与R1或结果送入R1 04 MOVR1,R2 10000110 86 R1传送到R1 05 RLCR1,R1 11110101 F5 R1有进位循环左移结果送 R1 06 DECR2 10110010 B2 R1中的值减1送入R2 07 SBCR1,R2 10100110 A6 R1-R0-CY的值送到R0 08 ADCR0,R1 10010001 91 R0+R1+CY勺值送到R2 09 LDA00,15H,R0 00000000 00 (E>—RD 0A 00001101 0F 偏移量D=0F 0B STA01,15H,R1 00010101 15 RD^(E> 0C 00001101 0F 偏移量D=0F 0D JMP10,15H,R2 00101000 28 E—PC 0E 00000101 0F 偏移量D=0F 0F RRCR1,R1 11100101 E5 Rs带进位右循环一位, Rs—Ri 10 OUTaddr,R1 01011001 59 Rd— 11 HALT 01100000 60 停机 机器代码 $P0070 $P0144 $P0245 $P03C1 $P0486 $P05F5 $P06B2 $P07A6 $P0891 $P0900 $P0A0F $P0B15 $P0C0F $P0D28 $P0E0F $P0FE5 $P1059 $P1160 微指令代码 $M00018108 $M0101ED82 $M0200C050 $M0300A004 $M0400E0A0 $M0500E006 $M0600A007 $M0700E0A0 $M0801ED8A $M0901ED8C $M0A00A03B $M0B018001 $M0C00203C $M0D00A00E $M0E01B60F$M0F95EA25$M1001ED83$M1101ED85$M1201ED8D$M14001001$M15030401$M16018016$M173D9A01$M18019201$M佃01A22A$M1A01B22C$M1B01A432$M1C01A233$M1E318237$M1F318239$M20009001$M21028401$M2205DB81$M2595AAA0$M2A01B42B$M2B959B41$M2C01A42D$M2D65BB6E$M2E5D9A01$M2F01AA30$M30018D71$M31959B41$M32F59A01$M3301B435 $M35ED9A01 $M37298838 $M38019801 $M3919883A $M3A019801 $M3B070A08 $M3C068A09 $M3DE7B239 $M3EE7B239 $M3F068A10 5.2运行结果与分析 执行指令CLRR0将R0清零的运行结果图: 执行自减指令DECR1R1中的值减1送入R1图: 经检验,输出结果与计算结果相符,证明实验设计正确 6实验体会: 本次课程设计只有一周半,实验大体上分为两步。 首先,是连接电路。 其次,自己设计程序并装载设计程序测试运行,通过观察运行情况和数据在总线上的流动,了解各功能部件的工作原理和工作机制以及流程图各指令的含义。 对于我们要设计的程序首先根据题目要求写出它的汇编格式,再根据这个汇编格式写出机器指令并设计出微程序流程图。 最后根据所设计的微程序流程图写出其微指令代码。 这些工作完成后把所设计的机器指令和微程序代码改写成指定的格式装载到实验系统上运行,观察运行过程和设计目的是否一致。 如果不一致,要进行适当的修改直到一致为止。 经过多次修改,最终实现设计要求。 在这段时间中,每天编写、调试、改错,费的时间比较多但是成果却不是很明显,对这方面的知识没有学得很深入,时间比较短暂,所编写的机器代码和微指令程序验证出实验设计基本正确。 通过这次实验设计使我们我加深了对机器指令和微指令的理解和计算机计算流程的了解。 在这次课程设计中也遇到了不少困难,对这方面的知识了解的很泛,设计时思路不清晰,总是做一步就会遇到一些大大小的问题,不断找资料询问询问老师,虽然浪费了很多时间,但是也学习到了很多的知识,使理论知识在实践中更多地体现出来。 这次课程设计是我更明白了理论联系实际的重要性,理论知识学习的再多知道的再多这也是不行的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,从实验中去验证它,才能提高自己的实际动手能力和独立思考能力,只有这样才能为以后的学习生活生中打下坚实的基础,使得在以后的生活中的动手能力得以提高。 最后很感谢老师的辛苦教导,使我们学习到了更多的知识,并发现自身的不足,使我们在以后的学习生活中更加积极的去改进,去努力,去做得更好。 E付实验连接线路图 LJKiI、;I OO- SKihAI.ISIT 43-1■TTTT INL1 o- o : AlJI HO I1>I)HI I.D-DR2 A1.LH 2W13 ARQ KJIREGINIT ]A1MI EKTRim UNIT LPARDIOADD 「叮珈BD ADDKL.SSl/Sfl pppV o -O-…0MS0S-O- c rtBnsrERRR 0-O- 曾"£」» S3_兰一【wen 工一应 8-少 8X 亠££一工三rJHGn B7 AD^C P7 KT LDKD T3 T2 Tl 1X1口AR SWITCH[Ml aWHsw\ IXS1NI1 MAINMbM CE[mF [Ml C 10 TJI.DIM o诃 D Y1D ¥? 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