基于微程序的复杂模型机的设计说明.doc

《基于微程序的复杂模型机的设计》 设计一个基于微程序的复杂模型机是一项综合性的实践任务，旨在深化对计算机组成原理的理解，提升硬件设计能力。在这个过程中，我们需要设计一台8位模型机，并构建一套包括运算类、传送类、控制转移类、输入输出指令以及停机指令在内的多样化指令系统。 我们要明确设计的目标。硬件课程设计的主要目的是通过实际操作，将所学的硬件知识应用到一个完整的系统设计中，从而增强实践操作能力和系统理解能力。在设计过程中，我们需要搭建一台8位模型机，指令系统至少包含10条指令，涵盖基本的运算、数据传输、控制流程以及I/O操作。 指令系统的格式至关重要，它定义了指令的操作码和数据字段。在这个8位模型机中，采用了一种常见的7位操作码和4位地址/数据字段的格式。例如，指令“IN R0”用于将数据输入到寄存器R0，其操作码为0000，表示输入指令；“ADD R0, R1”用于执行R0和R1的加法运算，操作码为0011。 接下来，我们详细阐述每条指令对应的微操作过程。微操作是实现指令功能的最小步骤，它们按特定顺序执行构成微程序。比如，输入指令“IN R0”的微操作包括：更新程序计数器PC到地址寄存器AR，PC加1，然后从输入设备读取数据并存入R0。而加法指令“ADD R0, R1”则涉及到将R0和R1的数据加载到数据寄存器，执行加法运算，再将结果存回R1。 验证程序是检验模型机设计是否正确的重要环节。一个简单的验证程序可能包括：从输入设备读取数据到R0，然后将R0的值复制到R1，再次读取数据到R0并与R1相加，将结果存储到内存地址2C，R0自增，跳转到标号P1，最后输出R0的值。这个程序涵盖了输入、运算、存储、转移和输出等多种指令，可以全面测试模型机的功能。 设计微程序的流程图可以帮助我们清晰地理解每条指令执行的步骤，它将微操作按照时间顺序排列，使得我们可以直观地看到指令如何转化为微操作序列。例如，右移指令“RCR R0”的微操作包括：更新PC，加载指令到IR，执行229位的右移操作并将结果存入R0，最后停止运行。 通过这样的设计，我们可以深入理解计算机内部的工作机制，掌握指令与微操作之间的映射关系，以及微程序如何控制硬件执行指令。同时，这也锻炼了我们的逻辑思维和问题解决能力。设计一个基于微程序的复杂模型机，不仅是一个理论与实践相结合的过程，也是对个人技术能力的全面提升。