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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date计算机组成原理复杂模型机的设计成绩成绩 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：1108020104 1108020105班 级： 网络工程1101班完成时间：2012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
2、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，且字长为位，其格式如下： 76 5 4 3 2 1符号尾 数其中,第 7 位为符号位，数值的表示范围是：1 X 1。模型机设计
3、四大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令、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：7 6 5 4 3 2 1 0OP-CODE RsRd其中，OP-CODE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）R0R1 R2 寄存器的编码0001102 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：7 6 5 4 3 21 0M OP-CODE Rd其中，OP-CODE为操
4、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01E=（D）间接寻址10E=（RI）+DRI 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（）和输出（）指令采用单字节指令，其格式如下：7 6 5 4 3 2 1 0OP-CODE addrRd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：7 6 5 4 3 2 1 00 1 1
5、 0 0 00 04.系统指令本模型机共有1条基本指令。其中，算术逻辑指令条，移位指令条，访问内存指令和程序控制指令条，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 1CLR Rd0111 00 Rd0Rd 2MOV RS,Rd1000 RS RdRSRd 3ADC RS,Rd1001 RS RdRSRdCyRd 4SBC RS,Rd1010 RS RdRSRdCyRd 5DEC Rd1011 - RdRd1Rd 6AND RS,Rd1100 RS RdRSRdRdRRC RS,Rd1110 RS RdR
6、S带进位右循环一位，RSRdRLC RS,Rd1111 RS RdRS带进位左循环一位，RSRdLDA M,D, Rd00 M 00 Rd，DERd1STA M,D, Rd00 M 01 Rd，DRdE1JMP M,D00 M 10 00，DEPC1IN addr, Rd0100 01 RdaddrRd1OUT addr, Rd0101 10 RdRdaddr1HALT 0110 00 00停机4.数据通路框图4.4微地址转移逻辑电路图该图的IR顺序为（I7、I6、I5、I3、I4、I2）逻辑表达式如下：4.5寄存器译码电路图逻辑表达式如下：4.6微程序流程图4.7微指令格式微指令字长位。其中
7、顺序控制部分位，即直接地址位，判别地址位，后者采用字段译码法P（1）P（4）四种判别测试标志位。操作控制字段位：其中字段、均采用译码器，可译出LDIR，BUS，WE，RSBUS，LDDR等微命令。其他微命令采用直接控制的方式。其中uA5uA0为6位的后续微地址，A、B、C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2423222120191817161514 1312 11 109 8 7654321S3S2S1S0MCnWEA9A8ABCA5A5A5A5A5A54.8微程序代码表地址指令S3-S0 M Cn WE A9 A8 19-16 A B C 6 5 4 3 2 100
8、0181080000 0001 1000 0001 0000 10000101ED820000 0001 1110 1101 1000 00100200C0500000 0000 1100 0000 0101 00000300A0040000 0000 1010 0000 0000 01000400E0A00000 0000 1110 0000 1010 00000500E0060000 0000 1110 0000 0000 01100600A0070000 0000 1010 0000 0000 01110700E0A00000 0000 1110 0000 1010 00001001ED
9、8A0000 0001 1110 1101 1000 10101101ED8C0000 0001 1110 1101 1000 11001200A03B0000 0000 1010 0000 0011 1011130180010000 0001 1000 0000 0000 00011400203C0000 0000 0010 0000 0011 11001500A00E0000 0000 1010 0000 0000 11101601B60F0000 0001 1011 0110 0000 11111795EA251001 0101 1110 1010 0010 01012001ED8300
10、00 0001 1110 1101 1000 00112101ED850000 0001 1110 1101 1000 01012201ED8D0000 0001 1110 1101 1000 1101240010010000 0000 0001 0000 0000 0001250304010000 0011 0000 0100 0000 0001260180010000 0001 1000 0000 0000 0001273D9A010011 1101 1001 1010 0000 0001300192010000 0001 1001 0010 0000 00013101A22A0000 0
11、001 1011 0010 0010 10103201B22C0000 0001 1011 0010 0010 11003301A2320000 0001 1010 0010 0011 00103401A2330000 0001 1010 0010 0011 0011363182370011 0001 1000 0010 0011 0111373182390011 0001 1000 0010 0011 1001400090010000 0000 1001 0000 0000 0001410284010000 0010 1000 0100 0000 00014205DB810000 0101
12、1101 1011 1000 00014595AAA01001 0101 1010 1010 1010 00005201B42B0000 0001 1011 0100 0010 101153959B411001 0101 1001 1011 0100 00015401A42D0000 0001 1010 0100 0010 11015565AB6E0110 0101 1010 1011 0110 1110560D9A010000 1101 1001 1010 0000 00015701AA300000 0001 1010 1010 0011 000060018D710000 0001 1000
13、 1101 0111 000161959B411001 0101 1001 1011 0100 000162F59A011111 0101 1001 1010 0000 00016301B4350000 0001 1011 0100 0011 010165ED9A011110 1101 1001 1010 0000 0001672988380010 1001 1000 1000 0011 1000700198010000 0001 1001 1000 0000 00017119883A0001 1001 1000 1000 0011 1010720198010000 0001 1001 100
14、0 0000 000173070A080000 0111 0000 1010 0000 100074068A090000 0110 1000 1010 0000 10015 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00CLR R00111 000070R0清零01IN addr,R00100 010044（addr） R002IN addr,R10100 010145（addr）R103AND R0，R11100 0001C1R0与R1或结果送入R104MOV R1, R21000 01
15、1086R1传送到R105RLC R1，R11111 0101F5R1有进位循环左移结果送R106DEC R21011 0010B2R1中的值减1送入R207SBC R1, R21010 0110A6R1-R0-CY的值送到R008ADC R0, R11001 000191R0+R1+CY的值送到R209LDA 00,15H,R00000 000000(E)RD0A0000 11010F偏移量D=0F0BSTA 01,15H, R10001 010115RD(E)0C0000 11010F偏移量D=0F0DJMP 10,15H,R20010 100028EPC0E0000 01010F偏移量D
16、=0F0FRRC R1,R11110 0101E5RS带进位右循环一位，RSRd10OUT addr,R10101 100159Rd（addr）11HALT0110 000060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$M0801ED8A$M
17、0901ED8C$M0A00A03B$M0B018001$M0C00203C$M0D00A00E$M0E01B60F$M0F95EA25$M1001ED83$M1101ED85$M1201ED8D$M14001001$M15030401$M16018016$M173D9A01$M18019201$M1901A22A$M1A01B22C$M1B01A432$M1C01A233$M1E318237$M1F318239$M20009001$M21028401$M2205DB81$M2595AAA0$M2A01B42B$M2B959B41$M2C01A42D$M2D65BB6E$M2E5D9A01$M
18、2F01AA30$M30018D71$M31959B41$M32F59A01 $M3301B435$M35ED9A01$M37298838$M38019801$M3919883A$M3A019801$M3B070A08$M3C068A09$M3DE7B239$M3EE7B239$M3F068A105.2运行结果与分析执行指令CLR R0，将R0清零的运行结果图：执行自减指令DEC R1，R1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
19、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
20、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。附 实验连接线路图-