文档介绍：计算机硬件课程设计
---基于微程序的复杂模型机设计
实验题目:
设计一台有微程序控制的8位模型机,指令系统要求达到10条指令以上。
实验目的:
(1)在掌握部件单元电路实验的基础上,进一步将其组成系统,构造一台复杂模型计算机,建立一台基本完整的整机。
(2)为其定义至少十条机器指令,并编写相应的微程序,通过联机调试,观察计算机执行指令:从取指令、指令译码、执行指令等过程中数据通路内数据的流动情况,进一步掌握整机概念。
实验设备:
TDN-CM+教学实验系统一套、PC微机一台
实验原理与指令设计:
实验原理:
①数据格式
模型机规定数据采用定点整数补码表示,字长为8位,其格式如下:
7
6 5 4 3 2 1
符号
尾数
其中,第7位为符号位,数值表示范围是-27 ≤X≤27-1
②机器指令格式
单字节指令寻址方式采用寄存器直接寻址,其格式如下:
7 6 5 4
3 2
1 0
OP-CODE
RS
RD
双字节指令采用直接寻址,其格式如下
7 6 5 4
3 2
1 0
7 6 5 4 3 2 1 0
OP-CODE
RS
RD
ADDR
其中,OP-CODE为操作码,RS为源寄存器,RD为目标寄存器,并规定:
RS或RD
选定的寄存器
00
01
10
R0
R1
R2
③微指令格式:
24
23
22
21
20
19
18-16
15-13
12-10
9-7
6-1
S3
S2
S1
S0
M
Cn
WE,A9,A8
A字段
B字段
C字段
UA5-UA0
其中,A、B、C三个字段的编码方案如下表:
A字段
B字段
C字段
15 14 13
选择
12 11 10
选择
9 8 7
选择
000
NOP
000
NOP
000
NOP
001
LDRi
001
RS-B
001
P<1>
010
LDDR1
010
BD-B
010
P<2>
011
LDDR2
011
RI-B
011
P<3>
100
LDIR
100
299-B
100
P<4>
101
LOAD
101
ALU-B
101
AR
110
LDAR
110
PC-B
110
LDPC
WE,A9,A8三个字段编码方案如下:
WE
A9
A8
功能
0
0
0
INPUT
0
0
1
RAM读
1
0
1
RAM写
1
1
0
LED,写
0
1
1
无
0
1
0
读接口
运算器逻辑功能表
指令设计:
模型机可设计4大类指令共16条,其中包括算术逻辑指令、访存指令、控制转移指令、I/O指令、停机指令。我们设计的十条指令及其操作码与指令格式如下所示:
指令代码
指令格式
功能
IN Rd
0000 xxRd
input->Rd
MOV Rs,Rd
0001 RsRd
Rs->Rd
MOV Rd,X
0010 xxRd X
X->Rd
LOAD Rd,X
0011 xxRd X
[X]->Rd
ADD Rs,Rd