中国计量学院
计算机组成原理课程设计报告书
基本模型机的设计与实现
班
级
0X计算机X班
学
号
XXXXXXX
姓
名
XX
指导教师
XXX
日
期 2008/ 01/
10
一、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地构造一台基本模型计算机。
2、为其定义７条机器指令，并编写相应的微程序，上机调试掌握机概念。
二、实验设备
Ｄais-CMH+/CMH计算器组成原理教学实验系统一台，实验用扁平线、导线若干。
三、实验内容
1、巩固并深刻理解计算机组成原理实验箱整机结构和工作原理，加深对计算机各模块协同工作的认识，以便实现控制。
2、熟悉微程序控制器组成、结构和工作原理，分析水平型与混合型微指令格式及控制字段中每一个微操作的含义，利用系统具备开放的特性，重新设计指令系统，掌握微程序控制器的设计思想和方法。
3、利用Dais-CMB+/CMB实验系统有条件开放特性，设计一台模型计算机，实现下列指令系统，并通过自定义的工作程序验证上述指令系统。本设计要求实现的模型机共包含七条机器指令：IN(输入)、ADD(加法)、SUB(减法)、RL(左移)、STA(存数)、OUT(输出)、JMP(无条件转移)，其指令格式如下(前6位为操作码)：
助记符
机器指令码(二进制)
说明
微程序的入口地址
(八进制)
IN
00100000
“INPUT DEVICE”中的开关状态—>R0
09
(取指令后续微指令默认地址为09)
ADD addr
01000000 XXXXXXXX
RO+[addr]——>R0
0A
SUB addr
11000000 XXXXXXXX
RO+[addr]——>R0
0E
RL addr
11100000 XXXXXXXX
RO+[addr]——>R0
0F
STA addr
01100000 XXXXXXXX
RO——>[addr]
0B
OUT addr
10000000 XXXXXXXX
[addr]——>LED
0C
JMP addr
10100000 XXXXXXXX
addr——>PC
0D
其中IN为单字长(8位)，其余为双字长指令，XXXXXXXX为addr对应的二进制地址码。
1.实验原理
部件实验过程中，各部件单元的控制信号是以人为模拟产生为主，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元的控制信号，实现特定的指令的功能。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.
Dais-CMB+/CMB实验系统有两种外部I/O设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备(INPUT
DEVICE)；另一种作为输出设备(OUTPUT
DEVICE)。例如，输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到外部数据总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不变。输出是，将输出数据送到外部数据总线上，当LDED有效时，将数据打入输出锁存器，驱动LED显示。
2.指令系统设计
在这次课程设计中，我设计了一个手动控制的加法、减法和左移，主要用到IN(输入)、ADD(加法)、SUB(减法)、RL(左移)、STA(存数)、OUT(输出)、JMP(无条件转移)七条机器指令，其指令格式如下：
助记符
机器指令码(二进制)
说明
微程序的入口地址
(八进制)
IN
00100000
“INPUT DEVICE”中的开关状态—>R0
09
(取指令后续微指令默认地址为09)
ADD addr
01000000 XXXXXXXX
RO+[addr]——>R0
0A
SUB addr
11000000 XXXXXXXX
RO-[addr]——>R0
0E
RL addr
11100000 XXXXXXXX
RO+[addr]——>R0
0F
STA addr
01100000 XXXXXXXX
RO——>[addr]
0B
OUT addr
10000000 XXXXXXXX
[addr]——>LED
0C
JMP addr
10100000 XXXXXXXX
addr——>PC
0D
其中IN为单字节(8位)，期于为双字节指令，XXXXXXXX
为addr对应的二进制地址码。
系统涉及到的微程序流程图见图1-1，当拟定“取消”微指令是，该微指令的判别测试字段为P(1)测试。由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P(1)的测试结果出现多路分支。本机用指令寄存器的前3位(IR7~IR5)作为测试条件，出现8路分支，占用8个固定微地单元。
3.模型机数据通路
图1-1
其中：