组成原理课程设计-设计一台模型计算机.doc

文档 计算机构成原理课程设计 一、基本要求： 设计一台模型计算机 详细内容：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 微程序代码表 二、模型机设计 数据格式和指令系统的商定 1) 数据格式 模型机规定采纳定点补码表示法表示数据，且字长为  8 位，其格式以下： 7  6  5  4  3  2  1  0 符号  数  据 此中 :  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，此中包含算术逻辑指令（  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。 因为模型机机器字长为 8 位，故设计单字长指令和双字长指令供使用。 算术逻辑指令 设计 9 条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采纳寄存器直接寻址，其格式如 下： 7  6  5  4  3  2  1  0 OP-CODE  Rs  Rd 此中， 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、功能和详细格式。 文档 访内指令及转移指令 模型机设计 2 条接见指令，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： 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 X OP-CODE Rd D 此中， 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 定义以下： 寻址方式 有效地点 说明 00 E=D 直接寻址 01 E=(D) 间接寻址 10 E=(R2)+D R2 变址寻址 11 E=(PC)+D 相对寻址 输入输出指令格式以下： 7 6 5 4 3 2 1 0 OP-CODE addr Rd 此中，addr=01 时，选中 “INPUT DEVICE” 中的开关组作为入设施， addr=10 时，选中 “OUTPUT DEVICE”中的数码快作为输出设施。 停机指令 格式以下： 7 6 5 4 3 2 1 0 OP-CODE 0 0 0 0 这种指令只有一条，即停机指令 HALT 模型机指令系统 文档 指令种类 操作名称及用法 功能 指令格式 MOV Rs,Rd 传递 (Rs)->Rd 1 0 0 0 Rs Rd ADD Rs,Rd 加法 (Rs)+(Rd)->Rd 1 0 0 1 Rs Rd SUB Rs,Rd 减法 (Rs)-(Rd)->Rd 1 0 1 0 Rs Rd INC Rd 自增 (Rd) ＋ 1→ Rd 1 0 1 1 0 0 Rd 算术逻辑指令 AND Rs,Rd 与 (Rs)&&(Rd)->Rd 1 1 0 0 Rs Rd COM Rs,Rd 比较 (Rd)-(Rs) 的 结 果 1 1 0 1 Rs Rd 影响状态位：若 N=1 ，则 Rs>Rd CLA Rd 清零 0->Rd 1 1 1 0 0 0 Rd RRC Rd 带进位右循 0->MSB->MSB- 1 1 1 1 0 0 Rd 环一位 1-> ->LSB->C-1 RLC Rd 带进位左循 C<-MSB<-MSB- 0 1 1 1 0 0 Rd 环一位 1<- <-LSB<-0 STA X,D,Rd 存数 (Rd)->E 0 0 X 0 0 Rd 访内及转移指令 D LDA X,D,Rd 取数 E->Rd 0 0 X 0 1 Rd D JMP X,D 无条件跳转 E->PC 0 0 X 1 0 0 0 D BZC X,D 若条件位 E->PC 0 0 X 1 1 0 0 Z=1 或 C=1，则跳转 D I/O 指令 IN addr,Rd 输入 (addr)->Rd 0 1 0 0 0 1 Rd OUT addr,Rd 输出 Rd->(addr) 0 1 0 1 1 0 Rd 停机指令 HALT 停机 0 1 1 0 0 0 0 0 文档 数据通路 简单的模型计算机是由运算器、控制器、储存器、总线、输入输出和时序产生器构成。 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。此中 74LS181 可经过 控制器相应的控制指令来进行某种运算，详细