计算机组成与系统结构课程设计报告

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《计算机组成与系统结构》课程设计报告

目录 TOC \o "1-4" \u 一 概述 PAGEREF _Toc281906576 \h 1二 实验环境 PAGEREF _Toc281906577 \h 1三 设计任务及要求 PAGEREF _Toc281906578 \h 13.1 任务一 PAGEREF _Toc281906579 \h 13.2 任务二 PAGEREF _Toc281906580 \h 13.3 任务三 PAGEREF _Toc281906581 \h 13.4 任务四 PAGEREF _Toc281906582 \h 1四 原理 PAGEREF _Toc281906583 \h 24.1 数据格式 PAGEREF _Toc281906584 \h 24.2 指令格式 PAGEREF _Toc281906585 \h 2五 实验连线图 PAGEREF _Toc281906586 \h 6六 数据通路图及微程序流程图 PAGEREF _Toc281906587 \h 86.1 数据通路图 PAGEREF _Toc281906588 \h 86.2 微程序流程图 PAGEREF _Toc281906589 \h 9七 指令设计 PAGEREF _Toc281906590 \h 11八 课程设计总结 PAGEREF _Toc281906591 \h 12九 参考文献12一 概述此次课程设计要在掌握有关运算器实验、存储器实验、运算器实验原理的基础上，综合本学期计算机组成原理知识，特别是有关CPU设计及指令系统的设计章节，自己动手设计CPU，并在设计好的指令的基础上用机器语言编写具有简单功能的程序的目的。二 实验环境<1> TDN-CM++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 设计任务及要求3.1 任务一设计一台简单模型计算机，实现下列指令系统，并通过给定的工作程序验证指令系统。本设计实现的模型机共包含五条机器指令：IN(输入)、ADD(加法)、STA(存数)、OUT(输出)、JMP(无条件转移)。3.2 任务二 在任务一基础上，增加一条ADD(加法)运算，且与任务一中加法寻址方式不同。3.3 任务三在任务一的基础上，再增加一条与运算(AND)机器指令。3.4 任务四 设计一台复杂模型机，实现减法运算的基础上判断结果的正负，正数输出A、负数输出B、零输出C。应用到的机器指令：IN(输入)、SBC(减法)、BZC(条件转移)、AND(与运算)、OUT(输出)、JMP(无条件跳转)、STA(存储)等。四 原理部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU 从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。4.1 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，其格式如表4-1：

76 5 4 3 2 1 0符号尾数表4-1其中第7 位为符号位，数值表示范围是：-27≤X≤27-1。4.2 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、访问及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，其格式如表4-2：

7 6 5 43 21 0OP-CODE rsrd表4-2其中，OP-CODE 为操作码，RS 为源寄存器，RD 为目的寄存器，并规定表4-3：RS或RD选定的寄存器000110R0R1R2表4-39 条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表4-8。(2)访问指令及转移指令模型机设计2 条访问指令，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)，指令格式为表4-4：7 65 43 21 00 0MOP-CODERDD表4-4其中，OP-CODE 为操作码，RD 为目的寄存器地址(LDA、STA 指令使用)。D 为位移量(正负均可)，M为寻址模式，其定义如表4-5：

寻址模式M有效地址E说