计算机组成与系统结构课程设计报告
计算机组成与系统结构课程设计
一、 本课程设计的性质、目的、任务
《计算机组成与系统结构课程设计》是计算机学院各专业集中实践性环节之一，是学习完《计算机组成与系统结构》课程后进行的一次全面的综合练习。其目的是综合运用所学计算机原理知识，设计并实现一台模型计算机，以便巩固所学的知识，提高分析问题和解决问题的能力。
二、本课程设计的基本理论
1、掌握算术、逻辑、移位运算实验，熟悉ALU运算控制位的运用。
2、掌握存储器组织、读写方式及与总路线组成的数据通路，掌握地址总线、数据总线的工作原理。
3、掌握指令结构和指令取指、执行工作过程。
4、掌握CPU的微程序控制原理。
三、题目
综合运用所学计算机原理知识，设计并实现具有以下16条指令的指令集结构的模型计算机：
编号 助记符 机器指令码 说明
0 SUB Rd,Rs 0000 RdRs Rd-Rs→Rd
1 ADD Rd,Rs 0001 RdRs ？ Rd+Rs→Rd
2 AND Rd,Rs 0010 RdRs Rd&Rs→Rd （Rd和Rs相与）
3 DEC Rd 0011 Rd00 将Rd值减1
4 CLR Rd 0100 Rd00 将Rd清零
5 RL Rd 0101 Rd00 Rd循环左移一位
6？ RR Rd 0110 Rd00 Rd循环右移一位
7 MOV Rd,Rs 0111 RdRs Rs→Rd
8 LDI Rd,* 1000 Rd00 XXXXXXXX 将指令中的立即数（第二字节）送入Rd
9 OUT IOH,Rs 1001 00Rs Rs→I/O(数据开关)高字节
10？ LDA Rd,M 1010 Rd00 XXXXXXXX XXXXXXXX [M] →Rd
11？ STA M,Rs 1011 00Rs XXXXXXXX XXXXXXXX Rs→[M]
12 JMP M 1100 0000 XXXXXXXX XXXXXXXX [M]→PC,即跳转到M所指单元
13 JZ M 1101 0000 XXXXXXXX XXXXXXXX 当Z=1时，跳转到M所指单元
14 JC M 1110 0000 XXXXXXXX XXXXXXXX 当CY=1时，跳转到M所指单元
15 HALT 1111 0000 停机
四、微程序流程图
五、模型机微指令表
微址
M23 M22 M21 M20 M19 M18 M17 M16 代码 M15 M14 M13 M12 M11 M10 M9 M8 代码 M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 M0 代码 后续微址 说明
E/M IP MWR R/M o2 o1 O0 OP M CN S2 S2 S0 X2 X1 X0 XP W ALU Iu IE IR Icz Ids
0000 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1
0001 1 1 1 70 1 1 1 1 1 1 1 FB 1 1 1 1 1 1 1 DF +1
0600 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 5F +1
0601 1 1 1 1 1 1 FA 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 1 DF +1
0602 1 1 1 1 F0 1 1 1 1 1 6E 1 1 1 1 4D 0001
0620 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 5F +1
0621 1 1 1 1 1 1 FA 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 1 DF +1
0622 1 1 1 1 F0 1 1 1 1 66 1 1 1 1 4D 0001
0640 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 5F +1
0641 1 1 1 1 1 1 FA 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 1 DF +1
0642 1 1 1 1 F0 1 1 1 1 1 1 EE 1 1 1 1 4D 0001
0660 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 5F +1
0661 1 1 1 1 F0 1 1 1 1 1 D6 1 1 1 1 4D 0001
0680 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 5F +1
0681 1 1 1 1 DE 1 1 1 1 1 1 DE 1 1 1 1 4D 0001
06A0 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 5F +1
06A1 1 1 1 1 F0 1 1 1 1 1 76 1 1 1 1 4D 0001
06C0 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 1 FF +1
06C1 1 1 1 1 1 F1 1 1 1 1 1 5E 1 1 1 1 1 6D 0001
06E0 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 DF +1
06E1 1 1 1 1 F0 1 1 1 1 1 1 1 FE 1 1 1 1 4D 0001
0700 1 1 1 1 F0 1 1 1 1 1 1 1 FB 1 1 1 1 1 1 1 DF +1
0701 1 1 1 1 1 1 1 BF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 E5 0001
0720 1 1 1 1 1 1 F5 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1
0721 1 1 1 1 1 1 1 BF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 ED 0001
0740 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 1 FB 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1
0741 1 1 1 1 1 B9 1 1 1 1 1 1 1 FB 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1
0742 1 1 1 1 1 BC 1 1 1 1 1 1 1 FE 1 1 1 1 1 1 3F +1
0743 1 1 50 1 1 1 1 1 1 1 FB 1 1 1 1 1 1 ED 0001
0760 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 1 FB 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1
0761 1 1 1 1 1 B9 1 1 1 1 1 1 1 FB 1 1 1 1 1 1 1 1 FF +1
0762 1 1 1 1 1 BC 1 1 1 1 1 1 1 FE 1 1 1 1 1 1 3F +1
0763 1 1 1 1 1 1 5F 1 1 1 1 1 1 1 F9 1 1 1 1 1 1 FF +1
0764 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 ED 0001
0780 1 1 1 1 1 1 3F 1 1 1 1 C6 1 1 1 0D 0001
07A0 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 FC 07A3
07A2 1 1 1 1 1 1 1 BF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 EF 07A4
07A3 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 EF 0780
07A4 1 1 1 1 1 1 1 BF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 ED 0001
07C0 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 FD 07C3
07C2 1 1 1 1 1 1 1 BF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 EF 07C4
07C3 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 1 EF 07C0
07C4 1 1 1 1 1 1 1 BF 1 1 1 1 1 1 1 1 FF 1 1 1 1 1 1 ED 0001
07E0 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 F8 1 1 1 1 1 1 3F +1
07E1 1 1 1 1 1 1 3F 1 1 1 1 1 D6 1 1 1 1 2D 0001
五、机器指令程序与运行结果
start:
LDI r0,12h 0000-0001-0001-0700-0701
sta 100h,r0 0001-0760-0761-0762-0763
lda r1,100h 0001-0740-0741-0742-0743
dec r1 0001-0660-0661
rl r0 0001-06A0-06A1
add r0,r1 0001-0620-0621-0622
rr r0 0001-06C0-06C1
add r0,r1 0001-0620-0621-0622
ldi r2,76h 0001-0700-0701
and r2,r0 0001-0640-0641-0642
mov r3,r2 0001-06E0-06E1
add r3,r1 0001-0620-0621-0622
clr r0 0001-0680-0681
out ioh,r3 0001-0720
halt 0001-07E0-07E1
end
SUB R0,R1 01 1 ;R0-R1->R0
ADD R0,R1 11 1 ;R0+R1->R0
ADD R3,R1 1D 1 ;R3+R1->R1
AND R2,R0 28 1 ;R0&R2->R2
DEC R1 34 1 ;R0-1
CLR R0 40 1 ;R0=0
RL R0 50 1 ;1<<R0
RR R0 60 1 ;R0>>1
MOV R3,R2 7E 1 ;R2->R3
LDI R0,* 80 2 ;将立即数（第二字节）送入R0
LDI R2,* 88 2 ;将立即数（第二字节）送入R2
OUT IOH,R3 93 1 ;R0->I/0高字节
LDA R1,* A4 3 ;[M]->R1
STA *,R0 B0 3 ;R0->[M]
JMP * C0 3 ;[M]->PC
JZ * D0 3 ;Z=1时，[M]->PC
JC * E0 3 ;CY=1时,[M]->PC
HALT * F0 1 ;停机
六、实验思考与心得
指令系统和脱机软件（CMstudio，非循环左移需要在实验箱环境下进行，其它功能正常）：https://download.csdn.net/download/weixin_44353970/11438469
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