基本模型机的设计——不带进位的与或运算指令的实现

【基本模型机设计】是计算机组成原理课程设计的一部分，旨在让学生深入理解计算机系统的内部运作机制。设计的主题是实现不带进位的与或运算指令，这涉及到计算机指令系统的扩展和微程序设计。以下是对该设计任务的详细说明： **设计目的**： 1. **模块理解与系统集成**：通过设计，学生需要掌握每个独立单元（如运算器、控制器、存储器等）的工作原理，并能将这些单元整合成一个完整的计算机模型。 2. **软件应用**：利用KKCPT软件，了解程序的编译和加载过程，体验从源代码到可执行程序的转化。 3. **数据流程分析**：通过微单步调试，理解模型计算机中的数据流动路径。 4. **指令系统设计**：分析所需指令类型，设计指令格式，并学习如何构建指令系统。 5. **微程序实现**：设计一个微程序来执行不带进位的与或运算指令。 6. **上机验证**：实际在计算机上调试程序，验证微程序的正确性和在模型机中的运行情况。 **设计原理**： 在模型机设计中，通常需要通过微程序来控制各个模块的运行。微程序是一系列控制信号的集合，它们按顺序执行，以实现特定的机器指令功能。在HKZK-CPT实验平台上，每条机器指令都对应一个微程序，指令的执行过程由伪指令和时序配合完成。 **操作步骤**： 1. **硬件准备**：首先按照实验教材的要求连接HKZK-CPT板的线路。 2. **启动软件**：打开KKCPT软件，创建新文件。 3. **编写汇编代码**：例如，给定的汇编代码示例展示了与或运算指令的应用。 4. **编译与加载**：对代码进行编译和加载，准备执行。 5. **微步执行**：使用F7进行微单步执行，观察结构视图和时序视图中的数据和信号变化。 6. **监测与记录**：查看指令寄存器和微指令单元的内容，记录相关数据。 在设计过程中，学生需要关注以下几个关键点： - **指令格式设计**：确定指令的字长，分配操作码和地址字段，确保能表示所有必要的与或运算操作。 - **微指令格式设计**：定义微指令的字段，如操作字段、控制字段，用于生成控制信号。 - **后续微地址的产生**：确定如何根据当前微指令的执行情况产生下一条微指令的地址。 - **微程序入口地址形成**：设计规则确定微程序的起始位置。 - **时序设计**：设定时钟周期和时序关系，确保指令执行的正确顺序。 - **指令执行流程**：描述从取指、解码到执行的整个过程。 - **软件实现**：使用KKCPT软件的联机和脱机方式，分析与或运算指令的执行时序，以及累加器A、寄存器和存储器的数据变化。 学生需撰写课程设计报告，总结设计特点、不足，分享个人收获和体会。整个设计过程不仅要求理论知识的运用，也强调实践操作能力和问题解决能力的培养。