湖南工程學(xué)院復(fù)雜模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-24 01:02 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 會(huì) 23八、參考資料 24九、評(píng)分表 25一、課題的主要功能本課題設(shè)計(jì)的主要目的是通過(guò)部件級(jí)的模型機(jī)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，使學(xué)生理解計(jì)算機(jī)由5部分組成，掌握計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程，從“指令—微指令—微操作”概念的理解，從而清晰地建立計(jì)算機(jī)的整機(jī)概念，并培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力。此次課題的目的是完整設(shè)計(jì)一臺(tái)模型計(jì)算機(jī)，進(jìn)一步建立整機(jī)的概念。借助于TDNCM++的內(nèi)部可編程資源，運(yùn)算器單元，控制存儲(chǔ)器，微命令寄存器、地址轉(zhuǎn)移邏輯，微地址寄存器，控制時(shí)序信號(hào)單元，寄存器組，總線，輸入、輸出單元等，用微程序的方式設(shè)計(jì)一臺(tái)的模型計(jì)算機(jī)。設(shè)計(jì)包括模型計(jì)算機(jī)組成的設(shè)計(jì)，指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并用匯編語(yǔ)言完成設(shè)計(jì)并調(diào)試成功因此我們先通過(guò)一個(gè)復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行實(shí)際的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，然后安排了用CPLD 來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)CPU 中的大部分功能的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，接著討論了輸入輸出系統(tǒng)的概念、分類、接口、尋址、基本控制方式等，根據(jù)后續(xù)微地址的形成方法，確定每條微程序地址及分支轉(zhuǎn)移地址。根據(jù)微指令格式，將微程序流程中的所有微指令代碼化，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的二進(jìn)制代碼，寫(xiě)入到控制存儲(chǔ)器中的相應(yīng)單元中。在總調(diào)試前，先按功能模塊進(jìn)行組裝和分調(diào)，因?yàn)橹挥懈鞴δ苣K工作正常后，才能保證整機(jī)的運(yùn)行正確。二、總體設(shè)計(jì)方案 (1) 復(fù)雜模型機(jī)的邏輯框圖 以控制器為中心，首控制器從指令寄存器取得指令，編譯指令，再輸出微控制信號(hào)，控制ALU的運(yùn)算，PC加一，并且從RAM中取出數(shù)據(jù)運(yùn)算，運(yùn)算后再把結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)總線存到RAM，在指令寄存器讀去下一條指令，依次循環(huán)。 圖1 復(fù)雜模型計(jì)算機(jī)邏輯框圖用框圖語(yǔ)言表示模型機(jī)的指令執(zhí)行流程圖2 模型計(jì)算機(jī)邏輯框圖 三、數(shù)據(jù)格式和尋址方式的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)格式模型機(jī)規(guī)定采用定點(diǎn)補(bǔ)碼表示法表示數(shù)據(jù)，且字長(zhǎng)為８位，其格式如下： ７６５４３２１０符號(hào)尾 數(shù)其中第 7 位為符號(hào)位，相對(duì)于十進(jìn)制數(shù)值表示范圍是：－2 7163。X163。2 7－1。 模型機(jī)的尋址方式、操作數(shù)的尋址就是尋找形成操作數(shù)在主存中的地址的方法。設(shè)指令格式如下：操作碼（OP） 尋址特征 形式地址形式地址（D）：指令地址字段中給出的地址。 有效地址（EA）：形式地址經(jīng)過(guò)一定計(jì)算而得到的操作數(shù)的實(shí)際地址。 常用尋址方式如下： (1)隱含尋址：指令中不指出操作數(shù)的地址，而是隱含在累加器或堆棧等，由它們給出操作數(shù)。 (2)立即尋址：指令的地址字段指出的不是操作數(shù)的地址，而是操作數(shù)本身。即數(shù)據(jù) data = D。 (3) 直接尋址：操作數(shù)的地址直接在指令中給出，即操作數(shù)的有效地址為 EA = D。 (4)間接尋址：指令的形成地址 D 在主存相應(yīng)單元中的內(nèi)容是操作數(shù)的地址，即操作數(shù)的有效地址為 EA =（D）。 (5)寄存器尋址：指令中給出的是寄存器號(hào) R，操作數(shù)就是寄存器中的內(nèi)容，即 data=（R）。 (6) 寄存器間接尋址：指令中給出的是寄存器號(hào) R，而操作數(shù)的地址就是寄存器中的內(nèi)容，即 EA =（R）。 (7)相對(duì)尋址：操作數(shù)地址為程序計(jì)數(shù)器 PC 中的內(nèi)容與指令中給出的地址偏移量 D 之 和，位移量 D 通常以補(bǔ)碼形式給出，可正可負(fù)。即 EA=（PC）+D。 (8) 基址尋址：操作數(shù)地址為基址寄存器中的內(nèi)容與指令中給出的地址偏移量 D 之和，即 EA=（R）基址 +D(9)變址尋址：操作數(shù)地址為變址寄存器中的內(nèi)容與指令中給出的地址偏移量 D 之和， 指令格式(p107115)由于本模型機(jī)機(jī)器字長(zhǎng)只有8位二進(jìn)制長(zhǎng)度，故使用單字長(zhǎng)指令和雙字長(zhǎng)指令。根據(jù)要求,設(shè)計(jì)該
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