計算機硬件復雜模型機課程設計

1、<p><b>　　計算機硬件課程設計</b></p><p><b>　　復雜模型機設計</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、程序設計………………………………………………………………………2</p><p>　　1、設計目的……

2、…………………………………………………………………………….2</p><p>　　2、設計內容…………………………………………………………………………………...2</p><p>　　二、設計原理……………………………………………………………………..2</p><p>　　1、機器指令系統(tǒng)設計………………………………………………………………….2</p&

3、gt;<p>　　2、微操作流程圖設計……………………………………………………………………5</p><p>　　3、微程序設計………………………………………………………………………………6</p><p>　　三、驗證程序………………………………………………………………………6</p><p>　　四、心得體會……………………………………………………

4、…………………9</p><p><b>　　一、程序設計</b></p><p><b>　　1、實驗目的：</b></p><p>　　搭建一臺8位模型機，指令系統(tǒng)要求有10條以上，其中包括運算類指令、傳送類指令、控制轉移類指令、輸入輸出指令、停機指令等。</p><p><b>　　

5、2、設計內容</b></p><p>　　1）確定設計目標：確定所設計計算機的功能和用途。</p><p>　　2）確定指令系統(tǒng)：確定數(shù)據(jù)的表示格式、位數(shù)、指令的編碼、類型、需要設計哪些指令及使用的尋址方式。</p><p>　　3）確定總體結構與數(shù)據(jù)通路：總體結構設計包含確定各部件設置以及它們之間的數(shù)據(jù)通路結構，列出各種信息傳送路徑以及實現(xiàn)這些傳送所需

6、要的微命令。</p><p>　　4）設計指令執(zhí)行流程：數(shù)據(jù)通路確定后，就可以設計指令系統(tǒng)中每條指令的執(zhí)行流程。根據(jù)指令的復雜程度。 </p><p>　　5）確定微程序地址：根據(jù)后續(xù)微地址的形成方法，確定每條微程序地址及分支轉移地址。</p><p>　　6）根據(jù)微指令格式，將微程序流程中的所有微操作進行二進制代碼化，寫入到控制存儲器中的相應單元中</p

7、><p>　　7）組裝、調試：在總裝調試前，先按功能模塊進行組裝和分調，因為只有功能模塊工作正常后，才能保證整機的運行正確。</p><p><b>　　二、設計原理</b></p><p><b>　　1、機器指令系</b></p><p><b>　　1）數(shù)據(jù)格式</b><

8、;/p><p>　　模型機規(guī)定采用定點補碼表示法表示數(shù)據(jù)，且字長為8位，其格式如下：</p><p><b>　　2）指令格式</b></p><p>　　模型機設計四大類指令共十六條，其中包括算術邏輯指令、I/O指令、訪問及轉移指和停機指令。</p><p>　　[1] 算術邏輯指令</p><p

9、>　　設計9條算術邏輯指令并用單字節(jié)表示，尋址方式采用寄存器直接尋址，其格式如下：</p><p>　　其中，OP－CODE為操作碼，rs為源寄存器，rd為目的寄存器，并規(guī)定：</p><p>　　9條算術邏輯指令的名稱、功能和具體格式見表</p><p>　　[2] 訪存指令及轉移指令</p><p>　　模型機設計2條訪存指令――存

10、數(shù)（STA）和取數(shù)（LDA），2條轉移指令――無條件轉移（JMP）和結果為零或有進位轉移指令（BZC），這4條指令長度為2個字節(jié)，其指令格式為：</p><p>　　其中，OP－CODE為操作碼，rd為目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）。D為偏移量（正負均可），M為尋址模式，其定義如下：</p><p>　　本模型機規(guī)定變址寄存器RI指定為寄存器R2。</p><

11、p><b>　　[3] I/O指令</b></p><p>　　輸入（IN）和輸出（OUT）指令采用單字節(jié)指令，其格式如下：</p><p>　　其中，addr＝01時，選中“INPUT DEVICE”中的開關組作為輸入設備，addr＝10時，選中“OUTPUT DEVICE”中的數(shù)碼塊作為輸出設備。</p><p><b>　

12、　[4] 停機指令</b></p><p><b>　　指令格式如下：</b></p><p>　　HALT指令用于實現(xiàn)停機操作。</p><p>　　3）、所設計的機器指令列表</p><p>　　2、微操作流程圖設計</p><p><b>　　3、微程序設計</b

13、></p><p><b>　　1）微指令代碼</b></p><p><b>　　三、驗證程序</b></p><p>　　1）代碼寫成十六進制如下示：</p><p><b>　　機器指令代碼：</b></p><p><b>　　$

14、P0000</b></p><p><b>　　$P0110</b></p><p><b>　　$P0221</b></p><p><b>　　$P0332</b></p><p><b>　　$P0425</b></p>&

15、lt;p><b>　　$P0544</b></p><p><b>　　$P0654</b></p><p><b>　　$P0761</b></p><p><b>　　$P080F</b></p><p><b>　　$P0974<

16、;/b></p><p><b>　　$P0A80</b></p><p><b>　　$P0B90</b></p><p><b>　　$P0C02</b></p><p><b>　　微指令代碼：</b></p><p>

17、　　$M00018001</p><p>　　$M0101ED82PC→AR,PC+1</p><p>　　$M0200C050 RAM→BUS,BUS→IR,</p><p>　　$M10001001INPUT->R0</p><p>　　$M1101A420R0→BUS,BUS→DR1</p>&l

18、t;p>　　$M20058143</p><p>　　$M03019B41(DR1)+1->R0</p><p>　　$M12019201R0→BUS,BUS→R1</p><p>　　$M1301ED84PC→AR,PC+1</p><p>　　$M0400E145RAM→BUS,BUS→AR</p>

19、<p>　　$M05009001AR→BUS,BUS→R0</p><p>　　$M1401A406R0→BUS,BUS→DR1</p><p>　　$M0601B207R1→BUS,BUS→DR2</p><p>　　$M07619A01(DR1)-(DR2)→R0</p><p>　　$M1501A209

20、R1→BUS,BUS→DR1</p><p>　　$M0901B40AR0→BUS,BUS→DR2</p><p>　　$M0A959A01(DR1)+(DR2)->R0</p><p>　　$M1601ED8BPC->AR,PC+1</p><p>　　$M0B009001RAM->BUS,BUS->

21、R1</p><p>　　$M1701A40CR0→BUS,BUS→DR1</p><p>　　$M0C01B20DR1→BUS,BUS→DR2</p><p>　　$M0DE99A01DR1+DR2→R0</p><p>　　$M18070201R0->OUTPUT</p><p>　　$M19

22、01ED8EPC→AR,PC+1</p><p>　　$M0E00D181RAM→BUS,BUS→PC</p><p><b>　　2）實驗結果圖：</b></p><p><b>　　四、心得體會</b></p><p>　　這次實驗完成的是基于微程序的復雜模型機的設計，使我在學習過計算機

23、組成原理、微機系統(tǒng)等課程后，得以將所學的知識簡單地應用到具體的實驗操作中，不僅進一步加深了對書本知識的理解和掌握，而且鍛煉了實際操作應用技能。我具體有以下收獲和體會：</p><p>　　深刻理解了機器指令和微指令的區(qū)別于聯(lián)系。每一條機器指令都被微指令分析器分析后轉化為幾條對應的微指令執(zhí)行，而且這種執(zhí)行對于程序員來說是透明的。這就使我們深刻理解了計算機底層的工作方式。個人感覺本次實驗如何根據(jù)設計好的機器指令編寫出

24、對應的微指令是難點。于是實驗的前期我們花了很大一部分時間用于熟悉微指令的格式以及用法。由于時間有限，在控制轉移指令中只實現(xiàn)了用P(1)無條件跳轉，沒有實現(xiàn)條件轉移。</p><p>　　最有價值和最有意思的環(huán)節(jié)是調試。由于微程序格式中對應的位是自己主觀想出來的，所以必須經(jīng)受實際的檢驗。與試驗臺配套的軟件可視化地模擬了每一條微指令的執(zhí)行過程，直觀地顯示出來。我們不斷地仔細觀察指令執(zhí)行與我們之前畫的微指令流程圖是否一