计算机组成

东莞理工学院

课程设计

课程计算机组成与结构

题目具有访存及有条件转移功能的

复杂模型机设计

院系名称计算机学院

班级计算机科学与技术4班

学生姓名何花学号 201141402411 组员陈佳

指导教师黄仁泰

时间 2012.06.20-2012.06.23

[1] 设计要求及目的

要求：具有访存及有条件转移功能的复杂模型机的设计?机器指令程序如下：

?START: IN 01,R1 ；（R1)=13H / 09H设计时同学们可以给R1送入其它数值

?LDA 00,20H,R2 ；将[20H]存储单元的数据15H送R2

?SBC R1,R2

?OUT 10,R2

?COM R1

?OUT 10,R1

?BZC 00,START

?HALT

目的：

通过实验课加深对理论知识的学习，使对计算机系统的基本原理有一个清晰的概念和认识，掌握设计计算机系统的原理与方法，能更好的培养独立分析问题、解决问题和创新意识的能力，同时对计算机体系结构有一个比较深的认识和理解。综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。

[2] 机器指令设计文档

根据指令格式、功能、助记符编写机器指令，具体如下：

1.指令格式

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

设计九条算是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：

其中，OP-CODE为操作码，RS为原寄存器，RD为目的寄存器，并规定：

（2）访问指令及转移指令。

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（BZC），格式指令如下：

其中，OP-CODE为操作码，rd为目的寄存器地址（LDA/STA指令使用）。D为位移量（正负均可），M为寻址模式，其定义如下：

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（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令，其格式如下：

其中，addr=01时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为输入设备，addr=10时，选中“OUTPUT DEVICE”中的数码块作为输出设备。

（4）停机指令。

停机指令格式如下：

HALT指令，用于实现停机操作。

2.指令系统

本模型机共有16条基本指令，其中算术逻辑指令七条，移位指令两条，访问内存指令和程序控制指令四条，输入/输出指令两条，其他指令一条。表1列出了

各条指令的格式、助记符和功能。

根据题目给出的机器指令程序及表1，写出机器指令：

程序助记符

$P0045 START:IN 01, R1 （R1)=13H

$P0102 LDA: 00, 20，R2

$P0220

$P03A6 SBC: R1, R2

$P045A OUT: 10, R2

$P05D5 COM: R1

$P0659 OUT: 10, R1

$P070C BZC: 00, START

$P0800

$P0960 HALT

$P2015

（2）.解释如下：

$P0045 0100 0101 将13H送R1

$P0102 0000 0010 以直接寻址方式取出30H地址中的数据11H存入寄存器R2中。$P0230 0011 0000

$P03A6 1010 0110 R1-R2+CY->R2(R1减去R2再加CY然后送到R2)

$P045A 0101 1010 输出显示R2

$P05D5 1101 0101 R1 R1

$P0659 0101 1010 输出显示R1

$P070C 0000 1100 转移条件，不足的返回START

$P0800

$P0960 0110 0000 停机

$P2015 0001 0001 将15H存入地址20H 中

[3] 设计微程序流程图及确定微地址

设计微程序流程图如下图所示，其中微地址在图中用八进制表示：

本模型机的数据通路图如图所示

数据通路框图

按照系统建议的微指令格式，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，并将二进制代码表换为联机操作时的十六进制格式文件，见表2：

表2

对表2的解释：

S3、S2、S1、S0、M、Cn：微运算器74LS181芯片的控制信号及移位控制信号，详见表3.

WE：对RAM和OUT进行写操作信号，高电平有效。

A9A8：为外部设备（RAM、OUTPUT、INPUT）地址进行译码，A9A8=00时，INPUT 选中，A9A8=01时，RAM选中，A9A8=10时，OUTPUT选中， A9A8=11时，外部设备不选中。

表3：

A 字段

LDRi:寄存器输入选中。

LDDR1:暂存器DR1选中。

LDDR2:暂存器DR2选中。

LDIR:指令寄存器IR选中。

LOAD:总线数据直接装载到PC计数器。

LDAR:地址寄存器AR选中。

B字段

RS-B:为源寄存器输出选中。

RD-B:为目的寄存器输出选中。

RI-B:为变址寄存器选中。

299-B:移位寄存器输出选中。

ALU-B:逻辑运算单元输出选中。

PC-B:PC计数器输出。

C字段

P(1)、P(2)、P(3)、P(4)：分支判断1、2、3、4。

AR:进行算术运算时是否影响进位和判零标志的控制位。选中时进行带进位运算。LDPC：为PC计数信号选中。

根据数据通路和微指令格式,编写二进制微代码如下，然后译成微指令：

根据上表，写出微程序如下：$M00018108

$M0101ED82

$M0200C050

$M0300A004

$M0400E0A0

$M0801ED8A

$M0901ED8C

$M0A00A03B

$M0B018001

$M0C00203C

$M1001ED83

$M14001001

$M15030401

$M1A01B22C

$M1D01A236

$M20009001

$M230180E4

$M24018001

$M2C01A42D

$M2D65AB6E

$M2E0D9A01

$M3405DB81

$M360D9A01

$M3B070A08

$M3C068A09

[5] 画接线图

复杂模型机课程设计的实验接线图如下：

[6] 完整的调试步骤和结论

1按照接线路图连接实验线路，检查无误后接通电源。

2联机写程序。把编写的机器指令和微指令保存到题目11+33.TXT文件中。

打开实验软件，装载已经写好的机器指令和微指令文件题目11+33.TXT，装载机器指令及微指令后，选择【运行】→【通路图】→【复杂模型机】功能菜单打开相应动态数据通路图。拨动实验箱的总清零开关CLR清零（1-0-1）。

3检测完成后，拨动实验箱的总清开关CLR清零（1→0→1）后，使程序首地址及微程序地址为00H。程序可从头开始运行。

4选择单步运行微指令选项，按动一次，则运行一条微指令。以下是指令运行的过程：

自己验证程序的运算结果：

IN 01,R1： R1=05H

LDA 00,20,R2： R2=0AH

SBC R1,R2： R1=05H R2=FBH

OUT 10,R2: R2=FBH

COM R1: R1=FAH

OUT 10,R1: R1=FAH

BZC 00,START: R1=FAH

[7]心得体会：

都说万事开头难，我们一开始不知道要从何处入手。后来通过问同学知道需要我们自己做的东西。就是平时做实验老师已经给我们的机器指令和微程序代码、流程图等需要我们自己写。我们以为很难，真正做就会发现其实不难，按照老师给的样板对应的进行计算就可以做出来了。然后我们去实验进行连线，一开始我们连完电路在进行调试的时候发现pc出现错误，后来我们又重新插了那一部分的线，然后我们成功了。然后开始装载，运行复杂通路图，理解每一步的功能和作用。

经历重重考验，我们终于完成了该课程设计。。看图，连接电路，调试电路，提高动手实践的能力，设计微程序，提高了我们的设计思考水平，观察运行过程，让我们拓展思维。课程设计给了我们锻炼自己思维能力和动手操作能力的平台，通过课程设计，我们学习并设计了计算机，在设计中更好地理解了计算机运行的核心原理。课程设计不仅教会我们怎么去学习计算机组成，更教会我们怎样去做人，怎样互助，怎样去沟通，怎样培养一种团体合作精神。我们不仅要为自己负责，更要为团队负责。