计算机组成课程设计报告—王乐

1、燕山大学 计算机组成与结构课程设计报告 学 院 信息科学与工程学院 年级专业 计算机应用1班 学 号 110120010045 姓 名 王乐 一、 设计目的综合运用所学的计算机组成原理知识，设计并实现较为完整的计算机。二、 设计设备TDN-CM+计算机组成原理教学实验箱一台，排线若干。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：D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0符号尾 数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

2、址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2D1 D0OPCODErsrd其中，OPCODE为操作码，rs为源寄存器，rd为目的寄存器，并规定：rs或rd选定的寄存器000110R0R1R29条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表2) 访存指令及转移指令模型机设计2条访存指令存数（STA）和取数（LDA），2条转移指令无条件转移（JMP）和结果为零或有进位转移指令（BZC），这4条指令长度为2个字节，其指令格式为：D7 D6D5 D4D3 D2D1 D00 0MOPCODErdD其中，OPCODE为操作码，rd为目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）。D为偏移量

3、（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00011011EDE（D）E（RI）DE（PC）D直接寻址间接寻址RI变址寻址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：D7 D6 D5 D4 D3 D2D1 D0OPCODEaddrrd其中，addr01时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为输入设备，addr10时，选中“OUTPUT DEVICE”中的数码块作为输出设备。4) 停机指令指令格式如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2D1 D0OPCODE0000HALT指令用于

4、实现停机操作。3. 指令系统本模型机共有16条基本指令，其中算术逻辑指令7条，访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，表列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。表1助记符号指令格式功能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当CY1或Z1，EPCIN addr, rdOUT addr, rd010001rd010101rdaddrrdrdaddrHALT011001rd停机四、 总体设计本模型机的数据通路框图如图所示。数据通路框图 五、 详细设计实验连接图和微程序流程图如下:实验连接图微程序流程图根据流程图，确定如下微程序：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设计程序：8位二进制乘法X*Y，利用原码一位乘 先输入79H用来记录循环，然后将输入的两个做乘法的数输入存入内存A

8、0H，A1H，用A3H来记录结果。助记符机器码00 0100 0100 IN 01 R0 输入被乘数$P0044010100 0101IN 01 R1 输入乘数$P0044020100 0110IN 01 R2 输入79H作为计数器 $P0246030000 0100STA00 A0H,R0 R0存入A0H$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中作为部分积$P0B060C1010 0011A3地址$P0CA30D0000 0010LDA A3H,R2 取部分积到R2$P0D020E1010 0011A3地址$P0EA30F0000 0001LDA A1H,R1 取乘数到R1$P0F01101010 0001A1地址$P10A1111110 0101右移乘数 将最低位存至CY$P11E5120000 1100有进位跳转至22$P120C1322$P132214111

10、0 1010右移R2（部分积）$P14EA150000 0110STA00 A3H,部分积存入A3H中 $P1506161010 0011A3地址 $P16A3170000 0101STA00 A1H,R1 乘数R1存入A1H $P1705181010 0001A1地址$P18A1190000 0000LDA00 A2H,R0 计数循环 $P19001A1010 0010A2地址 $P1AA21B1011 0000RO自加1 $P1BC01C0000 0100R0重新存入A2中 $P1C0D1D1010 0010A2地址 $P1DA21E0000 1100有进位时跳转至32 $P1E0C1F3

11、2 $P1F32200000 1000无进位时无条件跳转至0D $P2008210D $P210D220111 0000CLR R0 清零R0 $P2270231111 0000左移R0,使CY=0 $P23F0240000 0000从A0H中取被乘数到R0 $P2400251010 0000A0地址 $P25A0261001 0010ADC R0,R2 $P2692270000 0110STA00 A3H,部分积存入A3H中 $P2706281010 0011A3地址 $P28A3290000 0000LDA00 A2H,R0 计数循环 $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有进位时跳转至32 $P2E0B2F32 $P2F32300000 1000无进位时无条件跳转至0D $P3008310D $P310D320111 0000CLR R0 清零R0 $P3270331111 0000左移R0,使CY=0 $P33F0340000 0000从A0H中取被乘数到R0 $P3400351010 0000A0地址 $P35A0361010 0010SBC R0,R2 $P36A2370000 0110S

13、TA00 A3H,部分积存入A3H中 $P3706381010 0011A3地址 $P38A3390101 1010OUT R2 显示R2 $P39593A0110 0000停机 $P3A60六、心得体会通过通路图中数据流动的方式和各部件的使用，我看清楚了在复杂模型机中各部件是如何互相配合工作的，还有如何按照指令工作的。对数据的输入输出，数据如何存入主存和从主存取出，微指令与机器指令的转换，运算器的工作方式，移位寄存器的使用方法，各个寄存器的使用方法，指令系统的含义都有了新的认识。不再是书上那些死死的文字而是直观地记忆在我的脑海中。在课程设计的时候遇到的最大问题，应该就是指令系统中各个指令是如何实现的。通过将每一条指令都单独运行一遍，观察他的完整的数据流向，最后都一一弄懂。