组成原理课程设计-设计一台模型计算机VIP专享VIP免费

计算机组成原理课程设计一、基本要求：设计一台模型计算机具体内容：1.数据格式和指令系统2.数据通路3.时序系统4.微指令格式5.微程序控制器6.微程序流程图7.微程序代码表二、模型机设计1.数据格式和指令系统的约定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：76543210符号数据其中:第7位为符号位，数值表示范围是：-1≤X＜1。2)指令系统模型机设计四大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令（9条）、I／O指令（4条）、访内及转移指令（2条）和停机指令（1条）。因为指令系统共16条指令，所以操作码是4位。由于模型机机器字长为8位，故设计单字长指令和双字长指令供使用。(1)算术逻辑指令设计9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：76543210OP-CODERsRd其中，OP-CODE为操作码，Rs为源寄存器，Rd为目的寄存器，并规定：9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式。(2)访内指令及转移指令模型机设计2条访问指令，即存数(STA)、取数(LDA)，2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)，指令格式为：7654321000XOP-CODERdD其中，OP-CODE为操作码，Rd为目的寄存器，D为位移量(正负均可)，X为寻址方式，其定义如下：寻址方式有效地址说明00011011E=DE=(D)E=(R2)+DE=(PC)+D直接寻址间接寻址R2变址寻址相对寻址(3)输入输出指令格式如下：76543210OP-CODEaddrRd其中，addr=01时，选中“INPUTDEVICE”中的开关组作为入设备，addr=10时，选中“OUTPUTDEVICE”中的数码快作为输出设备。(4)停机指令格式如下：76543210OP-CODE0000这类指令只有一条，即停机指令HALT(5)模型机指令系统指令类型操作名称及用法功能指令格式算术逻辑指令MOVRs,Rd传送(Rs)->Rd1000RsRdADDRs,Rd加法(Rs)+(Rd)->Rd1001RsRdSUBRs,Rd减法(Rs)-(Rd)->Rd1010RsRdINCRd自增(Rd)＋1→Rd101100RdANDRs,Rd与(Rs)&&(Rd)->Rd1100RsRdCOMRs,Rd比较(Rd)-(Rs)的结果影响状态位：若N=1，则Rs>Rd1101RsRdCLARd清零0->Rd111000RdRRCRd带进位右循环一位0->MSB->MSB-1->…->LSB->C-1111100RdRLCRd带进位左循环一位C<-MSB<-MSB-1<-…<-LSB<-0011100Rd访内及转移指令STAX,D,Rd存数(Rd)->E00X00RdDLDAX,D,Rd取数E->Rd00X01RdDJMPX,D无条件跳转E->PC00X1000DBZCX,D若条件位Z=1或C=1，则跳转E->PC00X1100DI/O指令INaddr,Rd输入(addr)->Rd010001RdOUTaddr,Rd输出Rd->(addr)010110Rd停机指令HALT停机011000002.数据通路简单的模型计算机是由运算器、控制器、存储器、总线、输入输出和时序产生器组成。在模型机中，我们将要实现RAM的读写指令，寄存器的读写指令，跳转指令，ALU的加、减、与、或指令。把通用寄存器作为累加器A，进行左、右移等指令，整体构成一个单累加器多寄存器的系统。运算器模块主要由四片74LS181、暂存器两片74LS273等构成。其中74LS181可通过控制器相应的控制指令来进行某种运算，具体由S0、S1、S2、S3、M、CN来决定。T4是它的工作脉冲，正跳变有效。寄存器堆模块为实验计算机提供了2个8位通用寄存器。它们用来保存操作数及其中间运算结果，它对运算器的运算速度、指令系统的设计等都有密切关系。在该运算器中，有两片74LS181组成算术和逻辑运算。数据的来源由74LS273寄存器提供，74LS273产生16位数据分别送入到74LS181运算器中进行相应的运算。主存储器单元电路主要用于存放实验机的机器指令，它的数据总线挂在外部数据总线EXD0～EXD7上；它的地址总线由地址寄存器单元电路中的地址寄存器74LS273（U37）给出，地址值由8个LED灯LAD0～LAD7显示，高电平亮，低电平灭；在手动方式下，输入数据由键盘提供，并经一三态门74LS245（U51）连至外部数据总线EXD0～EXD7，实验时将外部数据总线EXD0～EXD7用8芯排线连到内部数据总线BUSD0～BUSD7，分时给出地址和数据。它的读信号直接接地；它的写信号和片选信号由写入方式确定。该存储器中机器指令的读写分手动和自动两种方式。手动方式下，写信号由W/R`提供，片选信号由CE`提供；自动方式下，写信号由控制CPU的P1.2提供，片选信号由控制CPU的P1.1提供。由于地址寄存器为8位，故接入6264的地址为A0～A7...