目录
课程设计任务书 ...........................................................................................................................................1 1.设计目的及设计原理 ...............................................................................................................................3
1.1设计目的 ........................................................................................................................................3 1.2设计原理 ........................................................................................................................................3 2.模型机的逻辑框图 ...................................................................................................................................3 3.指令系统及其指令格式 ...........................................................................................................................4
3.1指令系统 ........................................................................................................................................4 3.2指令格式 ........................................................................................................................................6 4.微程序的设计及其实现的方法 ...............................................................................................................7
4.1微指令格式的设计 ........................................................................................................................7 4.2后续微地址的产生方法 ................................................................................................................7 4.3 微程序入口地址的形成 ...............................................................................................................8 5.模型机时序分析 .......................................................................................................................................9 6.指令执行流程 ........................................................................................................................................ 11 7.源程序,程序的指令代码及微程序 ...................................................................................................... 11
7.1 源程序 ........................................................................................................................................ 11 7.2 程序的指令代码 ........................................................................................................................ 12 7.3微程序 ......................................................................................................................................... 12 8.实现过程 ................................................................................................................................................ 13 9.课程设计总结 ........................................................................................................................................ 19
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课程设计任务书
学生姓名： 陈千 专业班级： 物联网1103班 指导教师： 程艳芬 工作单位：计算机科学与技术学院 题 目: 基本模型机的设计——加减法指令的实现 初始条件：
理论：学完“电工电子学”、“数字逻辑”、“汇编语言程序设计”、和“计算机组成原理”课程，掌握计算机组成原理实验平台的使用。
实践：计算机学院科学系实验中心提供计算机、实验的软件、硬件平台，在实验中心硬件平台验证设计结果。
要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
1、基本模型机系统分析与设计，利用所学的计算机组成原理课程中的知识和提供的实验平台完成设计任务，从而建立清晰完整的整机概念。 2、根据课程设计题目的要求，编制实验所需的程序，上机测试并分析所设计的程序。 3、课程设计的书写报告应包括： （1）课程设计的题目。
（2）设计的目的及设计原理。
（3）根据设计要求给出模型机的逻辑框图。 （4）设计指令系统，并分析指令格式。
（5）设计微程序及其实现的方法（包括微指令格式的设计，后续微地址的产生方法
以及微程序入口地址的形成）。
（6）模型机当中时序的设计安排。 （7）设计指令执行流程。
（8）给出编制的源程序,写出程序的指令代码及微程序。
（9）说明在使用软件HKCPT的联机方式与脱机方式的实现过程（包括编制程序中加
减法指令的时序分析，累加器A和有关寄存器、存储器的数据变化以及数据流程）。
（10）课程设计总结（设计的特点、不足、收获与体会）。
时间安排：
周一：熟悉相关资料。周二：系统分析,设计程序。
周三、四：编程并上实验平台调试周五：撰写课程设计报告。
指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日
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模型机的设计——加减法指令的实现
1.设计目的及设计原理
1.1设计目的
运用所学的知识，通过使用软件HKCPT掌握各个单元模块的工作原理，进一步将其组成完整的系统，构成一台基本的模型计算机，并了解程序编译、加载的过程，以及通过微单步、单拍调试理解模型机中的数据流向。
本实验主要是设计加减法指令的实现，将汇编语言程序设计，数字逻辑与或运算原
理以及计算机组成原理3方面的知识结合到一起利用此软件平台实现连续几个数的加减法运算，从而了解逻辑运算运算单元的运行过程。
1.2设计原理
CPU是计算机的核心，它是通过指令和微指令的执行来工作的。指令是计算机要完成
的某一项功能，每一条机器指令对应到执行的过程中是一段微程序。一段微程序含多条微指令，而一条微指令又含多个微命令。一个微命令驱动某个硬件部件执行某种操作。通过这样一个关系，从而达到由计算机指令来驱动计算机各个硬部件的协调工作以实现一条指令的执行。
在之前的各个模块实验中，各模块的控制信号都是由实验者手动模拟产生的。而在
真正的实验系统中，模型机的运行是在微程序的控制下，实现特定指令的功能。在本实验平台中，模型机从内存中取出、解释、执行机器指令都将由微指令和之相配合的时序来完成，即一条机器指令对应一个微程序。
2.模型机的逻辑框图
简单的模型计算机是由算术逻辑单元、微程序单元、堆栈寄存器单元、累加器，启停、时序单元、总线和存储器单元组成。
在模型机中，我们将要实现RAM的读写指令，寄存器的读写指令，跳转指令，ALU的加、减、与、或指令。把通用寄存器作为累加器A，进行左、右移等指令，整体构成一个单累加器多寄存器的系统。
整机的逻辑框图如下：
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3.指令系统及其指令格式
3.1指令系统
本实验平台内采用的是8位数据总线和8位地址总线方式，设计指令系统时，主要考
虑的是指令的类型，寻址方式和编码方式。
指令类型包括算术/逻辑运算类指令、移位操作类指令（带进位或不带进位）、数据传
送类指令、程序跳转指令（有条件或无条件）、存储器操作类指令等。寻址方式包括直接地址寻址、寄存器直接寻址、寄存器间接寻址、立即数寻址等。指令格式的设定一般与机器的字长、存储器的容量以及指令的功能有关。主要包括操作码字段和地址码字段。本实验中操作码为8位，数据的传送单位为8位。
指令系统如下表： 指令助记符 取指微指令 指令功能 指令编码 微周期 微操作 T0 PC->地址总线->RAM RAM->数据总线->IR1 4
ADD A,R0 ADD A,R1 ADD A,R2 ADD A,R3 (A)+(Ri)-> A 0C 0D 0E 0F T0 T1 T2 T3 A->数据总线->DR1 Ri->数据总线->DR2 ALU->数据总线->A、置CY 取指微指令 SUB A,R0 SUB A,R1 SUB A,R2 SUB A,R3 (A)-(Ri)-> A 1C 1D 1E 1F T0 T1 T2 T3 A->数据总线->DR1 Ri->数据总线->DR2 ALU->数据总线->A、置CY 取指微指令 MOV A，R0 （RI）->A MOV A，R1 MOV A，R2 MOV A，R3 MOV R0，A MOV R1，A MOV R2，A MOV R3，A MOV A,#data Data->A 3C 3D 3E 3F T0 T1 RI->数据总线->A 取指微指令 A->（RI） 4C 4D 4E 4F 5F T0 T1 A->数据总线->RI 取指微指令 T0 T1 RAM->数据总线->A 取指微指令 RAM->数据总线->IR2 IR2->地址总线， A->RAM 取指微指令 STA addr （A）->addr 8F T0 T1 T2 HALT
停机 FF T0 停机 本次模型机设计中，涉及到的指令如下： MOV A , #55
数据传送类指令
功能：将立即数55传送到累加器A中
MOV R0 , #66
数据传送类指令
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计算机组成原理课程设计---基本模型机的设计——加减法指令的实现
