計算機組成課程設(shè)計報告—王樂

1、燕山大學 計算機組成與結(jié)構(gòu)課程設(shè)計報告 學 院 信息科學與工程學院 年級專業(yè) 計算機應(yīng)用1班 學 號 110120010045 姓 名 王樂 一、 設(shè)計目的綜合運用所學的計算機組成原理知識，設(shè)計并實現(xiàn)較為完整的計算機。二、 設(shè)計設(shè)備TDN-CM+計算機組成原理教學實驗箱一臺，排線若干。三、數(shù)據(jù)格式及指令系統(tǒng)1. 數(shù)據(jù)格式模型機規(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：D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0符號尾 數(shù)2. 指令格式模型機設(shè)計四大類指令共十六條，其中包括算術(shù)邏輯指令、I/O指令、訪問及轉(zhuǎn)移指令和停機指令。1) 算術(shù)邏輯指令設(shè)計9條算術(shù)邏輯指令并用單字節(jié)表示，尋

2、址方式采用寄存器直接尋址，其格式如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2D1 D0OPCODErsrd其中，OPCODE為操作碼，rs為源寄存器，rd為目的寄存器，并規(guī)定：rs或rd選定的寄存器000110R0R1R29條算術(shù)邏輯指令的名稱、功能和具體格式見表2) 訪存指令及轉(zhuǎn)移指令模型機設(shè)計2條訪存指令存數(shù)（STA）和取數(shù)（LDA），2條轉(zhuǎn)移指令無條件轉(zhuǎn)移（JMP）和結(jié)果為零或有進位轉(zhuǎn)移指令（BZC），這4條指令長度為2個字節(jié)，其指令格式為：D7 D6D5 D4D3 D2D1 D00 0MOPCODErdD其中，OPCODE為操作碼，rd為目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）。D為偏移量

3、（正負均可），M為尋址模式，其定義如下：尋址模式M有效地址E說明00011011EDE（D）E（RI）DE（PC）D直接尋址間接尋址RI變址尋址相對尋址本模型機規(guī)定變址寄存器RI指定為寄存器R2。3) I/O指令輸入（IN）和輸出（OUT）指令采用單字節(jié)指令，其格式如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2D1 D0OPCODEaddrrd其中，addr01時，選中“INPUT DEVICE”中的開關(guān)組作為輸入設(shè)備，addr10時，選中“OUTPUT DEVICE”中的數(shù)碼塊作為輸出設(shè)備。4) 停機指令指令格式如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2D1 D0OPCODE0000HALT指令用于

4、實現(xiàn)停機操作。3. 指令系統(tǒng)本模型機共有16條基本指令，其中算術(shù)邏輯指令7條，訪存指令和程序控制指令4條，輸入輸出指令2條，其它指令1條，表列出了各條指令的格式、匯編符號、指令功能。表1助記符號指令格式功能CLR rdMOV rs，rdADC rs，rdSBC rs，rdINC rdAND rs，rdCOM rdRRC rs，rdRLC rs，rd011100rd1000rsrd1001rsrd1010rsrd1011rsrd1100rsrd1101rsrd1110rsrd1111rsrd0rdrsrdrs+rd+cyrdrs-rd-cyrdrd+1rdrsrdrdrdrsrdrsrdLDA

5、M, D, rdSTA M, D, rdJMP M, DBZC M, D00M00rdD00M01rd00M00rdD00M00rdDErsrdEEPC當CY1或Z1，EPCIN addr, rdOUT addr, rd010001rd010101rdaddrrdrdaddrHALT011001rd停機四、 總體設(shè)計本模型機的數(shù)據(jù)通路框圖如圖所示。數(shù)據(jù)通路框圖 五、 詳細設(shè)計實驗連接圖和微程序流程圖如下:實驗連接圖微程序流程圖根據(jù)流程圖，確定如下微程序：微程序：$M00018108$M0101ED82$M0200C050$M0300A004$M0400E0A0$M0500E006$M0600A

6、007$M0700E0A0$M0801ED8A$M0901ED8C$M0A00A03B$M0B018001$M0C00203C$M0D00A00E$M0E01B60F$M0F95EA25$M1001ED83$M1101ED85$M1201ED8D$M1301EDA6$M14001001$M15030401$M16018016$M173D9A01$M18019201$M1901A22A$M1A01B22C$M1B01A232$M1C01A233$M1D01A236$M1E318237$M1F318239$M20009001$M21028401$M2205DB81$M230180E4$M24018

7、001$M2595AAA0$M2600A027$M2701BC28$M2895EA29$M2995AAA0$M2A01B42B$M2B959B41$M2C01A42D$M2D65AB6E$M2E0D9A01$M2F01AA30$M300D8171$M31959B41$M32019A01$M3301B435$M3405DB81$M35B99B41$M360D9A01$M37298838$M38019801$M3919883A$M3A019801$M3B070A08$M3C068A09設(shè)計程序：8位二進制乘法X*Y，利用原碼一位乘 先輸入79H用來記錄循環(huán)，然后將輸入的兩個做乘法的數(shù)輸入存入內(nèi)存A

8、0H，A1H，用A3H來記錄結(jié)果。助記符機器碼00 0100 0100 IN 01 R0 輸入被乘數(shù)$P0044010100 0101IN 01 R1 輸入乘數(shù)$P0044020100 0110IN 01 R2 輸入79H作為計數(shù)器 $P0246030000 0100STA00 A0H,R0 R0存入A0H$P0304041010 0000A0地址$P04A0050000 0101STA00 A1H,R1 R1存入A1H$P0505061010 0001A1地址$P06A1070000 0110STA00 A2H,R2 R2存入A2H$P0706081010 0010A2地址$P08A2090

9、111 0010CLR R2 清空R2 $P09720A1111 1010左移R2,使CY=0$P0AFA0B0000 0110STA00 A3H,R2 R2清零后存入A3中作為部分積$P0B060C1010 0011A3地址$P0CA30D0000 0010LDA A3H,R2 取部分積到R2$P0D020E1010 0011A3地址$P0EA30F0000 0001LDA A1H,R1 取乘數(shù)到R1$P0F01101010 0001A1地址$P10A1111110 0101右移乘數(shù) 將最低位存至CY$P11E5120000 1100有進位跳轉(zhuǎn)至22$P120C1322$P132214111

10、0 1010右移R2（部分積）$P14EA150000 0110STA00 A3H,部分積存入A3H中 $P1506161010 0011A3地址 $P16A3170000 0101STA00 A1H,R1 乘數(shù)R1存入A1H $P1705181010 0001A1地址$P18A1190000 0000LDA00 A2H,R0 計數(shù)循環(huán) $P19001A1010 0010A2地址 $P1AA21B1011 0000RO自加1 $P1BC01C0000 0100R0重新存入A2中 $P1C0D1D1010 0010A2地址 $P1DA21E0000 1100有進位時跳轉(zhuǎn)至32 $P1E0C1F3

11、2 $P1F32200000 1000無進位時無條件跳轉(zhuǎn)至0D $P2008210D $P210D220111 0000CLR R0 清零R0 $P2270231111 0000左移R0,使CY=0 $P23F0240000 0000從A0H中取被乘數(shù)到R0 $P2400251010 0000A0地址 $P25A0261001 0010ADC R0,R2 $P2692270000 0110STA00 A3H,部分積存入A3H中 $P2706281010 0011A3地址 $P28A3290000 0000LDA00 A2H,R0 計數(shù)循環(huán) $P29002A1010 0010A2地址 $P2AA

12、22B1011 0000RO自加1 $P2BB02C0000 0100R0重新存入A2中 $P2C042D1010 0010A2地址 $P2DA22E0000 1100有進位時跳轉(zhuǎn)至32 $P2E0B2F32 $P2F32300000 1000無進位時無條件跳轉(zhuǎn)至0D $P3008310D $P310D320111 0000CLR R0 清零R0 $P3270331111 0000左移R0,使CY=0 $P33F0340000 0000從A0H中取被乘數(shù)到R0 $P3400351010 0000A0地址 $P35A0361010 0010SBC R0,R2 $P36A2370000 0110S

13、TA00 A3H,部分積存入A3H中 $P3706381010 0011A3地址 $P38A3390101 1010OUT R2 顯示R2 $P39593A0110 0000停機 $P3A60六、心得體會通過通路圖中數(shù)據(jù)流動的方式和各部件的使用，我看清楚了在復(fù)雜模型機中各部件是如何互相配合工作的，還有如何按照指令工作的。對數(shù)據(jù)的輸入輸出，數(shù)據(jù)如何存入主存和從主存取出，微指令與機器指令的轉(zhuǎn)換，運算器的工作方式，移位寄存器的使用方法，各個寄存器的使用方法，指令系統(tǒng)的含義都有了新的認識。不再是書上那些死死的文字而是直觀地記憶在我的腦海中。在課程設(shè)計的時候遇到的最大問題，應(yīng)該就是指令系統(tǒng)中各個指令是如何實現(xiàn)的。通過將每一條指令都單獨運行一遍，觀察他的完整的數(shù)據(jù)流向，最后都一一弄懂。