最终版计算机组成原理课设报告- 复件 - 图文(3)

图2-7 微程序控制器原理图

2.5 输入输出设备结构

IN单元和ＯＵＴ单元原理图

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图2-8 IN单元

图2-9 OUT单元

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2.6复杂模型机预期功能

复杂模型机功能表 助记符号 MOV RD , RS ADD RD , RS SUB RD , RS AND RD , RS RR RD , RS OR RD , RS INC RD LAD M D,RD STA M D,RS JMP M D BZC M D IN RD,P OUT P,RS LDI RD , D HALT TONG 指令功能 RS-->RD RD+RS-->RD RD—RS-->RD RD^RS-->RD RS右环移-->RD RDvRS-->RD RD+1-->RD E-->RD RD-->E E-->PC 当FC或FZ=1时， E-->PC [P]-->RD RS-->[P] D-->RD 停机 RD⊙RS?RD

3 、详细设计

3.1 指令设计

模型机设计三大类指令共十六条，其中包括运算类指令、控制转移类指令，数据传送类指令。运算类指令包含三种运算，算术运算、逻辑运算和移位运算，设计有7条运算类指令，分别为：ADD、AND、INC、SUB、OR、RM（右移）、XOR（异或），所有运算类指令都为单字节，寻址方式采用寄存器直接寻址和寄存器间接寻址。控制转移类指令有三条HLT、JMP、BZC，用以控制程序的分支和转移，其中HLT为单字节指令，JMP 和BZC 为双字节指令。数据传送类指令有IN、OUT、MOV、LDI、LAD、STA 共6 条，用以完成寄存器和寄存器、寄存器和I/O、寄存器和存储器之间的数据交换，除MOV 指令为单字节指令外，其余均为双字节指令。

3.2 指令格式

所有单字节指令（ADD、AND、INC、SUB、OR、RM、XOR、HLT 和MOV）格式如下：

7 6 5 4 OP-CODE 3 2 RS 1 0 RD

其中，OP-CODE 为操作码，RS 为源寄存器，RD 为目的寄存器，并规定：

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IN 和OUT 的指令格式为： 7 6 5 4 OP-CODE 3 2 RS 1 0 RD 7-0 P 其中括号中的1 表示指令的第一字节，2 表示指令的第二字节，OP-CODE 为操作码，RS为源寄存器，RD 为目的寄存器，P 为I/O 端口号，占用一个字节，系统的I/O 地址译码原理见图3-1（在地址总线单元）。

图3-1 I/O地址译码原理图

由于用的是地址总线的高两位进行译码，I/O 地址空间被分为四个区，如表3-1 所示：

表3-1 I/O地址空间分配

系统设计七种数据寻址方式，即立即、直接、间接、变址、相对寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址。LDI 指令为立即寻址，LAD、STA、JMP 和BZC 指令均具备直接、间接、变址和相对寻址能力，ADD、INC、SUB、OR、RM（右移）、XOR（异或）为寄存器寻址，AND为寄存器间接寻址方式。LDI 的指令格式如下，第一字节同前一样，第二字节为立即数。 7 6 5 4 3 2 1 0 7-0 OP-CODE RS RD Data

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LAD、STA、JMP 和BZC 指令格式如下。 7 6 5 4 3 2 OP-CODE M 1 0 RD 7-0 D

其中M 为寻址模式，具体见表3-2，以R2 做为变址寄存器RI。

表3-2 寻址方式

3.3 指令系统

本实验开始给出了15条指令，有一条指令保留，自行设计。我们根据指令格式及微指令设计规则设计了同或指令。本模型机共有 16 条基本指令，表3-3 列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。

表3-3指令系统

Table 3-3 Instruction System 助记符号 MOV RD , RS ADD RD , RS SUB RD , RS AND RD , RS RR RD , RS OR RD , RS INC RD LAD M D,RD STA M D,RS JMP M D BZC M D IN RD,P OUT P,RS LDI RD , D HALT TONG 指令格式 0001 RS RD 0011 RS RD 1011 RS RD 0100 RS RD 0111 RS RD 0110 RS RD 1010 ** RD 1111 M 1RD D 1110 M RD D 1101 M ** D 1100 M ** D 0101 ** RD P 0000 RS ** P 1001 ** RD D 0010 ** ** 1000 RS RD 指令功能 RS-->RD RD+RS-->RD RD—RS-->RD RD^RS-->RD RS右环移-->RD RDvRS-->RD RD+1-->RD E-->RD RD-->E E-->PC 当FC或FZ=1时， E-->PC [P]-->RD RS-->[P] D-->RD 停机 RD⊙RS?RD 3.4 译码原理

复杂模型机实验指令多，寻址方式多，只用一种测试已不能满足设计要求，为此指令译码电路需要重新设计。如图3-2 所示在IR 单元的INS_DEC 中实现。

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