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1、课程设计（大作业）报告课程名称： 计算机组成原理 设计题目： 复杂模型机实验 院 系： 信息技术学院 班 级： 09级计算机科学与技术（1）班 设 计 者： 刘兴金 学 号： 20091101120 指导教师： 王玉见 设计时间： 2011-05-312011-06-02 昆明学院昆明学院课程设计（大作业）任务书姓 名：刘兴金院（系）：信息技术学院专 业：计算机科学与技术学 号：20091101120任务起止日期：2011-05-31至2011-06-02课程设计题目：复杂模型机课程设计要求：1熟练掌握计算机原理知识，进一步理解计算机的基本组成，并运用知识实现较为完整的模型计算机。2培养我们的
2、自主学习，自主动手能力，同时认识到团队合作的重要性。3培养我们的理解，运算，操作等能力，并让我们知道做事认真仔细的好处，并要我们知道不懂就要问的道理。4学生分组完成课程设计实践教学课题，每组两人。两人共同完成本次试验。5本次实验主要考察我们的动手能力和对模型机的理解能力，所以两人的沟通和合作至关重要。我们必须根据课程要求，两人一起动手完成本次试验。6我们在实验中不仅要亲自动手，而且还要理解复杂模型机的原理。工作计划及安排：1、学生分组完成课程设计实践课题，每组2人。两人共同完成本次实验。2、两人根据实验接线图连线，连线时必须仔细认真，做到无漏连，无措连。3、两人共同检查连线无误后，开始根据模型
3、机的原理及实验步骤进行实验，并共同解决试验中遇到的问题。4、 当实验完成，并有老师验证无误后，由老师决定我们的成绩，最后完成实验的复原工作。指导教师签字 年 月 日 课程设计报告评语课程设计报告评语：成绩评定：指导教师：复杂模型机实验一.实验目的 综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的模型计算机。二.实验设备 1. ZYE1601B计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。2. PC机一台。三.数据格式及指令系统 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：数据位数D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0用途符号尾数其中第7位为符号位，数值表示
4、范围是：1X1。2. 指令格式 模型机设计四大类指令共十六条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访问存储器、转移指令和停机指令。（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：数据位数D7 D6 D5 D4D3 D2D1 D0用途操作码（OP-CODE）源寄存器（RS）目的寄存器（RD）规定：选中的寄存器（RS或RD）R0R1R2寄存器的编码000110算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表23。 （2）访存指令及转移指令模型机设计2条访存指令，即存数（STA）、取数（LD），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）
5、，指令格式为：数据位数D7 D6D5 D4D3 D2D1 D0D7D0用途00寻址模式M操作码OP-CODE目的寄存器编码RD位移量D其中，OPCODE为操作码，rd为目的寄存器地址（LD、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：寻址模式M有效地址E说明D直接寻址(D)间接寻址(RI)+DRI变址寻址(PC)+D相对寻址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：数据位数D7 D6 D5 D4D3 D2D1 D0用途操作码（OP-CODE）地址（addr）目的寄存器（RD） 其中，在IN 指
6、令中，addr=01，选中“INPUT”中的开关组作为输入设备，在OUT指令中，addr=10时，表示选中“OUTPUT UNIT”中的数码块作为输出设备。（4）停机指令指令格式如下：数据位数D7 D6 D5 D4D3 D2D1 D0值01100000HALT指令，机器码为60H，用于实现停机操作。3. 指令系统 复杂模型机共有16条基本指令，其中算术逻辑指令7条，访问内存指令和程序控制指令4条，输入输出指令2条，其它指令1条。表2-3列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。表2-3 复杂模型机指令系统助记符 指令格式 指令长度(字节数) 指令功能 第一字节 第二字节 CLR rd 01 1
7、0 00 rd 无 1 0RD MOV rs,rd 10 00 rs rd 无 1 RSRD ADC rs,rd 10 01 rs rd 无 1 RS + RD + cy RD SBC rs,rd 10 10 rs rd 无 1 RS - RD - cy RD INC rd 10 11rd 无 1 RD + 1RD AND rs,rd 11 00 rs rd 无 1 RS RD RD COM rd 11 01rd 无 1 RD RRC rs,rd 11 10 rs rd 无 1 RS带进位循环右移一位，然后RSRD RLC rs,rd 11 11 rs rd 无 1 RS带进位循环左移一位，然
8、后rsRD LDA M,D,rd 00 M 00 rd D 2 有效数据E RD STA M,D,rd 00 M 01 rd D 2 RD有效地址E JMP M,D 00 M 10 00 D 2 有效数据EPC BZC M,D 00 M 00 rd D 2 当CY=1或ZI=1时，有效数据EPC IN rd 01 00 01 rd 无 1 INPUT设备的数据RD OUT rd 01 01 10 rd 无 1 RDOUTPUT UNIT HALT 01 10 00 00 无 1 停机 四.总体设计 复杂模型机的数据通路框图如图2-7。根据机器指令系统要求，设计微程序流程图及确定微地址，如图2-
9、8。 图2-7 复杂模型机数据通路框图 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，并将二进制代码表转换为联机操作时的十六进制格式文件。微程序 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 控制信号 S3 S2 S1 S0 M CN RD M17 M16 A B P uA5 uA4 uA3 uA2 uA1 uA0 A字段B字段P字段151413控制信号121110控制信号987控制信号000 000 000 001LDRi001RS_G001P1010LDDR1010RD_G0
10、10P2011LDDR2011RI_G011P3100LDIR100299_G100P4101LOAD101ALU_G101AR110LDAR110PC_G110LDPC五.实验步骤 1. 根据复杂模型机的指令系统，编写实验程序。实验例程如下：本实验完全使用寄存器操作。程序首先从数据输入开关采集数据放入R0中，经循环左移两次放入R1中。然后再次从数据输入开关采集数据放入R0中，经循环右移一次与R1中的数据相加，其结果送到R1中，然后判断加法的结果是否有进位或为全零，若是就循环运行，否则，输出结果到数码管上显示。实验的机器指令程序如下：地址 内 容 助记符说 明00 44 IN R0 ；INPU
11、T数据R0，第一次采集数据（设输入数据为 14H）01 F0 RLC R0, R0 ；R0带进位左循环移位一次02 F1 RLC R0, R1；第二次左移后保存到R1中03 44 IN R0；输入开关数据R0，第二次采集数据（设输入数据仍为14H）04 E0 RRC R0, R0 ；R0带进位右循环移位一次05 91 ADC R0, R1 ；两数据相加06 0C BZC 00；若有进位或结果为零，则跳到00地址单元07 0008 59 OUT R1 ；R1 OUTPUT UNIT 显示；09 60 HALT ；停机 以上程序的机器指令如下：$P0044 $P01F0 $P02F1 $P0344 $P04E0 $P0591 $P060C $P0700 $P0859 $P0960微程序$M00018108 $M0101ED82 $M0200C050 $M0300A004 $M0400E0A
