组成原理课程设计 20092102750 包满卓
内蒙古师范大学计算机与信息工程学院
《计算机组成原理》 课程设计报告
题目:复杂模型机的组成与程序运行
姓 名 包满卓 学 号 班 级 指导教师 日 期 20092102750 09计科师范蒙 松云 2012.07.5 1
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1 任务描述
设计题目名称:复杂模型机的组成与程序运行
要求:综合运用所学计算机组成原理知识，设计并实现较为完整的计算机
2 设计设备
PC机一台，TD-CMA实验系统一套
3 设计原理和方法 3.1 数据格式
模拟机采用定点补码表示法表示数据，字长8位，8位全用来表示数据。
3.2 指令设计
模拟机设计三大类指令共十五条，其中包括运算类指令，控制转移类指令，数据传送类指令。运算类指令包含三种运算，算术运算、逻辑运算和移位运算、设计有6条运算指令，分别为；ADD、AND、INC、SUB、OR、RR，所有运算类指令都为单字节，寻址方式采用寄存器直接寻址，控制转移类指令有三条HLT、JMP、BZC，用以控制程序的分支和转移，其中HLT为单字节指令，JMP和BZC为双字节指令。数据传送类指令有IN、OUT、MOV、LDI、LAD、STA共六条，用以完成寄存器和寄存器、寄存器和I/O、寄存器好人存储器之间的数据交换，除MOV指令为单字节指令外，其余均为双字节指令。
3.3 指令格式
所有单字节指令（ADD、AND、INC、SUB、OR、RR、HLT 和 MOV）格式如下：
7 6 5 4 OP-CODE 32 RS 10 RD
其中，OP-CODE为操作码，RS 为源寄存器， RD为目的寄存器，并规定： RS 或 RD 00 01 10 11 IN和OUT的指令格式为： 7 6 5 4 （1） 32 （1） 10 （1） 7-0 （2） 选定的寄存器 R0 R1 R2 R3 OP-CODE RS RD P 其中括号中的1表示指令的第一字节，2表示指令的第二字节，OP-CODE为操作码，RS 为源寄存器， RD为目的寄存器，P为I/O端口号，占用一个字节。
系统设计五种数据寻址方式，即立即、直接、间接、变址和相对寻址，LDI指令为立即寻址，LAD、STA、JMP和BZC指令均具备直接、间接、变址和相对寻址能力。
LDI的指令格式如下，第一字节同前一样，第二字节为立即数： 7 6 5 4 （1） 32 （1） 10 （1） OP-CODE RS RD LAD、STA、JMP和BZC指令格式如下：
7 6 5 4 （1） 32 （1） 10 （1）
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7-0 （2） data 7-0 （2） 组成原理课程设计 20092102750 包满卓
OP-CODE M RD D 其中M为寻址模式，具体见表如下，以R2作为变址寄存器RI。 寻址模式M 00 01 10 11 有效地址E E=D E=(D) E=(RI)+D E=(PC)+D 说明 直接寻址 间接寻址 RI编制寻址 相对寻址 3.4 指令系统
本模型机共有 有基本指令，下面列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。 指令描述
助记符号 AND RD,RS STA M D,RS JMP M D BZC M D IN RD,P OUT P,RS LDI RD,D HALT 指令格式 0001 RS RD 1101 M RD D 1110 M ** D 1111 M ** D 0010 ** RD D 0011 RS ** P 0110 ** RD D 0101 ** ** 指令功能 RD与RS->RD RD->E E->PC E->PC [P]->RD RS->[P] D->RD 停机 3.5 总体设计
模型机的数据通路框图
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根据机器指令系统要求，设计微程序流程图及确定微地址，如图所示。
按照系统建议的微指令格式，见表，参照微指令流程图，将每条微指令代码化，译成二进制代码表，见表，并将二进制代码表转化为联机操作时的十六进制格式文件。
表 微指令格式 23 M23 22 CN 21 WR 20 RD 19 IOM 18-15 S3-S0 14-12 11-9 8-6 C字段 5-0 UA5-UA0 A字段 B字段
A字段 14 13 12 选择 0 0 0 NOP 0 0 1 LDA 0 1 0 LDB 0 1 1 LDRi 1 0 0 保留 1 0 1 LOAD 1 1 0 LDAR 1 1 1 LDIR
B字段 11 10 9 选择 0 0 0 NOP 0 0 1 ALU-B 0 1 0 RS-B 0 1 1 RD-B 1 0 0 RI-B 1 0 1 保留 1 1 0 PC-B 1 1 1 保留 4
C字段 8 7 6 选择 0 0 0 NOP 0 0 1 P<1> 0 1 0 P<2> 0 1 1 P<3> 1 0 0 保留 1 0 1 LDPC 1 1 0 保留 1 1 1 保留 组成原理课程设计 20092102750 包满卓
NOP 01 PC-?AR PC加1 03 MEM?IR 30 P<1> IN 32 PC?AR PC加1 08 MEM?AR 09 IO?RD LDI 36 PC?AR PC加1 11 MEM?RD AND 31 RD?A STA 3D PC-?AR PC加1 1E MEM?AR 1F MEM?A OUT 33 PC?AR PC加1 0A MEM?AR 10 RS?IO RD?A 12 A减1?RD MEM?A 1D 01 MEM?AR 0C 01 P<2> BZC 0F NOP 00 RD? MEM 0B Y 1B A?PC N NOP P<3> 0B A?PC JMP DEC 37 PC?AR PC加1 1C 直接 3C NOP HL06 RS?B 307 A与B?RD 01 01 01 20 MEM?AR 0C P<2> 00101 微程序流程图
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