基本模型机设计
一. 设计目的
1. 在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统构造一台稍微复杂的模型计算机；
2. 为其定义5条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试掌握整机概念
二. 设计内容
部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能，这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。
三．概要设计
为了向RAM中装入程序和数据,检查写入是否正确,并能启动程序执行,还必须设计三个控制台操作微程序.
存储器读操作:拨动总清开关CLR后,控制台开关SWB,SWA 为”0 0”时,按START微动开关,可对RAM连续手动读操作.
存储器写操作:拨动总清开关CLR后,控制台开关SWB SWA置为”0 1”时,按START 微动开关可对RAM进行连续手动写入.
启动程序:拨动总清开关CLR后,控制台开关SWB SWA置为“1 1”时,按START微动开关,既可转入到第01号“取址”微指令,启动程序运行.
上述三条控制台指令用两个开关SWB SWA 的状态来设置,其定义如下
表3-1读写变化
SWB SWA 控制台指令
0 0 1 0
1
1
读内存（KRD）
写内存（KWE）
启动程序（RP）
根据以上要素设计数据通路框图,如图3-1：
表3-2 微代码的定义
微程序24 23 22 21 20- 19 18 17 16 15 14 13 控制信
计算机硬件课程设计报告
——拓展接口的复杂模型机设计
学院：计算机科学与工程学院
专业：计算机科学与技术
班级：
组员1：
组员2：
起止时间：
目录
一、实验目的 (3)
二、实验内容 (3)
三、实验思路 (3)
四、实验原理 (3)
五、实验步骤 (10)
六、实验设计 (11)
七、实验心得 (14)
一、实验目的
经过一系列硬件课程的学习及相关实验后，做一个综合的系统性的设计，这在硬件方面是一个提高，进一步培养实践能力。
二、实验内容
搭建一台有拓展接口的8位模型机，指令系统要求有10条以上，其中包括运算类指令、传送类指令、控制转移类指令、输入输出指令、停机指令等。
三、实验思路
1、确定设计目标：确定所设计计算机的功能和用途。
2、确定指令系统：确定数据的表示格式、位数、指令的编码、类型、需要设计哪些指令及使用的寻址方式。
3、确定总体结构与数据通路：总体结构设计包含确定各部件设置以及它们之间的数据通路结构，列出各种信息传送路径以及实现这些传送所需要的微命令。
4、设计指令执行流程：数据通路确定后，就可以设计指令系统中每条指令的执行流程。根据指令的复杂程度。每条指令所需要的机器周期数。对于微程序控制的计算机，根据总线结构，需要考虑哪些微操作可以安排在同一个微指令中。
5、确定微程序地址：根据后续微地址的形成方法，确定每条微程序地址及分支转移地址。
6、根据微指令格式，将微程序流程中的所有微操作进行二进制代码化，写入到控制存储器中的相应单元中。
7、组装、调试：在总装调试前，先按功能模块进行组装和分调，因为只有功能模块工作正常后，才能保证整机的运行正确。
复杂模型机实验实验报告(共9篇)
_复杂模型机实验报告
计算机组成原理实验报告
实验题目：
一台模型计算机的总体设计之复杂模型机设计
实验目的：
(1)在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统，构造一台复杂模型计算机，建立一台基本完整的整机。
(2)为其定义至少五条机器指令，并编写相应的微程序，通过联机调试，观察计算机执行指令：从取指令、指令译码、执行指令等过程中数据通路内数据的流动情况，进一步掌握整机概念。实验设备
TDN-CM+教学实验系统一套、微型计算机一台、排线若干。
实验原理：
(1)数据格式及指令系统：①数据格式
模型机规定数据采用定点整数补码表示，字长为8位，其格式如下：
其中，第7位为符号位，数值表示范围是－27 ≤X≤27－1 ②指令格式
模型机设计4大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令、I/O 指令、访问及转移指令和停机指令。A．算术逻辑指令
设计九条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直
接寻址，其格式如下：
其中，OP－CODE为操作码，RS为源寄存器，RD为目标寄存器，并规定：
九条算术逻辑指令的助记符、功能和具体格式见表5.2－1。B.访问及转移指令：
模型机设计两条访问指令，即存数(STA)、取数(LDA)，两条转移指令，即无条件转移(JMP)、结果为零或有进位转移(BZC)，指令格式如下：
其中，OP－CODE为操作码，RD为目的寄存器地址(LDA、STA 指令使用)。D为位移量(正负均可)，M为寻址模式，其定义如下：本模型机规定变址寄存器RI指定为寄存器R2。C．I/O指令：输入(IN)和输出(OUT)指令采用单字节指令，其格式如下：
复杂模型机实验报告
篇一：复杂模型机实验报告
信息学院
篇二：复杂模型机的组成与运行实验报告
内蒙古师范大学计算机与信息工程学院
《计算机组成原理》
课程设计报告
题目十五:复杂模型机的组成与运行
目录
1[ 任务描述] ............................................... ................................................... (2)
1.1 题目名称 ................................................ ................................................... ................................... 2 1.2 要求 ................................................ ................................................... ..................................... 2 1.3 实验目的 ................................................ ...................................................
.................................. 2`
2 [设计设备] ............................................... ................................................... ................ 2 3 [设计原理和方法] ............................................... ................................................... . (2)
5.3 复杂模型机设计实验
5.3.1 实验目的
综合运用所学计算机组成原理知识，设计并实现较为完整的计算机。
5.3.2 实验设备
PC机一台，TD-CMA实验系统一套。
5.3.3 实验原理
下面讲述一下模型计算机的数据格式及指令系统。
1．数据格式
模型机规定采用定点补码表示法表示数据，字长为８位，8位全用来表示数据（最高位不表示符号），数值表示范围是：0≤X≤28－1。
2．指令设计
模型机设计三大类指令共十五条，其中包括运算类指令、控制转移类指令，数据传送类指令。运算类指令包含三种运算，算术运算、逻辑运算和移位运算，设计有6条运算类指令，分别为：ADD、AND、INC、SUB、OR、RR，所有运算类指令都为单字节，寻址方式采用寄存器直接寻址。控制转移类指令有三条HLT、JMP、BZC，用以控制程序的分支和转移，其中HLT为单字节指令，JMP和BZC为双字节指令。数据传送类指令有IN、OUT、MOV、LDI、LAD、STA共6条，用以完成寄存器和寄存器、寄存器和I/O、寄存器和存储器之间的数据交换，除MOV指令为单字节指令外，其余均为双字节指令。
3．指令格式
所有单字节指令（ADD、AND、INC、SUB、OR、RR、HLT和MOV）格式如下：
其中，OP-CODE为操作码，RS为源寄存器，
RD为目的寄存器，并规定：
其中括号中的1表示指令的第一字节，2表示指令的第二字节，OP-CODE为操作码，
RS 为源寄存器，RD 为目的寄存器，P 为I/O 端口号，占用一个字节，系统的I/O 地址译码原理见图5-3-1（在地址总线单元）。
计算机组成原理实验
复杂模型机实验的目标是设计和实现一个完整的指令系统和计算机硬件，使之能够执行一定的程序。这个实验要求实现一个有固定指令格式的机器，并在此基础上扩展指令集，实现更高级的功能。
在进行复杂模型机实验前，需要先了解计算机组成原理的相关知识，包括指令系统的设计原理、数据通路的设计原理和控制原理。然后，根据所学知识，设计出一个适合实验的复杂模型机的指令系统。
在指令系统的设计中，需要考虑指令的格式、操作数的寻址方式、指令的执行时间等因素。通过确定指令的格式和操作数的寻址方式，可以确定指令的长度和指令的寻址方式，从而决定了数据通路和控制的设计。
在数据通路的设计中，需要确定寄存器的数量和组织方式，确定数据通路中的各个功能模块以及它们之间的连接方式。数据通路负责存储数据并执行运算操作，它由寄存器、ALU、存储器和输入输出设备等组成。
在控制的设计中，需要确定指令的执行过程和控制信号的产生方式。控制负责根据指令的要求产生相应的控制信号，控制数据通路的工作。它通过解码指令和产生相应的控制信号来实现指令的执行。
在实验中，需要将设计好的指令系统通过硬件电路实现出来，并将其连接到一台计算机上。然后，通过编写程序将指令加载到计算机中，并观察计算机的运行结果。
通过进行复杂模型机实验，可以深入理解计算机的指令系统、数据通路和控制原理。同时，实验还可以培养学生的动手能力和解决实际问题的能力。
总结起来，复杂模型机实验是计算机组成原理实验中的一部分，通过
设计和实现一个完整的指令系统和计算机硬件，来研究计算机的指令系统、数据通路和控制原理。通过这个实验，可以深入理解计算机的工作原理，
实验六：复杂模型机的
设计与实现精编版
MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】
实验五复杂模型机的设计与实现
一、实验目的
综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。
二、实验设备
Dais-CMX16+计算机组成原理教学实验系统一台，实验用导线若干。
三、数据格式及指令系统
1.数据格式
其中第7。
2.指令格式
模型机设计四大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访问及转移指令和停机指令。
⑴算术逻辑指令
设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：
其中，OP-CODE
其中
9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表5-1。
⑵访问指令及转移指令
模型机设计2条访问指令，即存数（STA）、取数（LDA），2条转移指令，即无条件转移（JMP）、结果为零或有进
位转移指令（BZC
指令使用）。D为十
⑶I/O指令
输入（IN）和输出（
⑷停机指令 指令格式如下：
HALT 3. 指令系统
本模型机共有16条基本指令，其中算术逻辑指令9条，访问内存指令和程序控制指令4条，输入输出指令2条，其它指令1条。下表列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。 表5-1
图5-1复杂模型机微程序流程图
按照系统建议的微指令格式，参照微指令流程图，将每条微指令代码化，译成二进制代
四、实验方法
㈠键盘操作
⑴首先卸去实验连接，然后按如下操作，把系统工作方式设为“微控／在线”。
在待命状态0
下按【减址】键，LCD 显示器显示工作模式选项：
评语: 课中检查完成的题号及题数：
成绩: 自评分: 必填/*文件名请使用学号_姓名.doc
如: 2008300001_姓名.doc（2003版）
请大家严格遵守。实验报告提交时请删除本注释*/
实验报告
实验名称：基于复杂模型机两个8位二进制数乘法的实现日期：
本人信息
班级：学号：姓名：
同组同学信息
班级：学号：姓名：
一、实验目的：
1.
2.
3.
二、实验内容：
1.
2.
3.
三、项目要求及分析：
四、具体实现：
1. 画出算法流程图
2.根据算法实现，若需修改指令系统，画出修改后的微程序流程图
3．二进制代码表
4. 编写微程序
5. 编写机器指令验证
联机装入调试
五、调试运行结果：
六、所遇问题及解决方法：
七、实验总结：
1.
2.
3.
复杂模型机的设计与实现
一．课程设计题目：
复杂模型机的设计与实现
二．设计目的
综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。
三．实验环境
1．硬件环境：
A.Dais-CMB+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。
B.PC机
2．软件环境
A.操作系统。
B.Dais-CMB+应用软件。
四．设计要求
1．熟悉Dais-CMB+应用软件的工作环境，掌握各种功能的使用。
2．拟定数据格式及指令系统:
A.数据格式
拟采用定点补码表示数据，且字长为8位，其格式如下：
其中第7-1≤X<1。
B.指令格式
模型机设计四大类指令格式共16条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访问及转移指令和停机指令。
算术逻辑指令:设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：
其中OP-CODE为操作码，RS为原寄存器，rd 为目的寄存器，并规定：
9。
访问指令及转移指令:模型机设计2条访问;指令，即存数（STA）、取数（LDA）,2条转移指令,即无条件转移(JMP)结果为零或有进位转移指令(BZC),指令格式为:
其中)。D为位移量（正负均可），M为寻址模式，其定义如下：
I/O指令:输入（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令，其格式如下：
其中，addr =11时，选中“OUTPUT DEVICE”中的LED作为输出设备。
停机指令:指令格式如下：
HALT
C.指令系统
本模型机共有16条指令，其中算术逻辑指令7条，访问内存指令和程序控制指令4条，输入输出指令2条，其他指令1条。表6-1列出了各条指令的格式、
课程设计报告
课题: 复杂模型机设计
同组姓名：
专业班级：计科1104班
指导教师：牟琦
设计时间：2013-12-31
目录
一、课程设计目的和意义........................................................................................................
二、复杂模型机的设计与实现内容........................................................................................
1.数据格式.............................................................................................................................
2.指令格式.............................................................................................................................
3.指令系统.............................................................................................................................
一．基本知识点
a)计算机的组成和工作原理。
b)计算机执行机器指令的工作过程。
c)微指令，微程序的设计及调试。
二．实验设计方案:
模型机与程序运行实验是一个综合型整机实验。该模型机包含七条指令。他能够依照用户程序执行微程序完成由加，与，非运算以及数据组合的任意复合运算。用户测试程序可通过内存初始化的方式存储在内存中，也可通过强迫写的方式循环写入内存。
该模型机可通过以下两种方式完成：
（1）分模块整合法。此整机实验，由节拍脉冲，数据通路，微控制器，数码管显示4个模块组成。运算器，存储器，数据通路及微程序控制器中的时钟脉冲必须
与时序电路相连。
（2）依据微体系结构图通过VHDL编程设计模型机，由模型机主体，时序电路，显示模块组成。
三．实验流程
实验前先学习如何创建一个工程。
点击create a new project
创建工程路径，工程和顶层文件名称
选择需要添加的子模块
选择实验板类型，然后点击finish。
1.设计时序电路（节拍器）
状态机设计
仿真结果
2.模型机主体
VHDL代码
library ieee;
use Ieee.std_logic_1164.all;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
entity microcomputer is
port( Clr, srd, swe, t1, t2, t3, t4: in std_logic;
sw_in: in std_logic_vector(7 downto 0);
mpcout : out std_logic_vector(4 downto 0);
评语: 课中检查完成的题号及题数：
课后完成的题号与题数：
成绩: 自评分: 92
实验报告
实验名称：基于复杂模型机两个8位二进制数乘法的实现日期：2012/1/9
班级：学号：姓名：
班级：学号：姓名：
一、实验目的：
1. 综合运用所学计算机组成原理知识，设计并实现较为完整的计算机
2. 锻炼动手能力，实践排错能力
3. 进一步理解计算机运行的原理以及微指令架构
二、实验内容：
1. 根据实验指导书提供的复杂模型机电路图连接电路，并校验电路
2. 装载示例程序并运行，分析理解所增加的微指令
3. 根据复杂模型机现有条件设计两个8位二进制相乘的程序
三、项目要求及分析：
实验内容1、2
按照实验指导书进行，略。
实验内容3
分析：
要求利用复杂模型机现有的指令系统以及硬件电路设计一段实现八位二进制数相乘的程序。因为乘法在计算机中有多种算法实现，包括整数乘、小数乘、原码乘、补码乘等等，因为此次实验并不要求给出一个完整的实用乘法程序段，故实验程序只实现两个八位二进制整数无符号相乘运算。
采用算法如下：
乘数 A A7A6A5A4A3A2A1A0
被乘数B
乘积 C = B·A0 +2（B·A1+2（B·A2+ ……2·B·A7））））））
其中A i为0或者1，在机器中使用原码表示2*X是使X左移1位。若不采用循环模式而是直接使用指令将该算法的乘积等式直接表示出来，需要A,B,RL（结果低位）,RH（结果高位）四个通用寄存器；而若使用循环模式，则需要除A、B、RL、RH外的CX（控制循环次数以及高低位相与寄存器）和AD（取中间结果高低位）的辅助。
模型机实验报告
一、实验原理
模型机总结构图如下:
模型机由存储器单元、运算单元构成的数据通路模块和控制器模块、显示模块组成的能够实现一定的运算功能的非常简单的CPU。其中的运算单元、存储单元通过数据总线相连，寄存器、RAM模块便通过数据总线进行数据的传输以实现相应的功能。
CPU的大部分的控制信号均由控制器模块发出。控制单元的核心是指令存储器rom单元，rom指令集有：
控制单元、总线、运算器，都是由vhdl代码编写。
各单元（模块）的功能和相应代码如下（模型机的完整代码见附录）：
①数据存储器ram
ram8:RAM:=(x"20",x"0D",x"c0",x"0A",x"e0",x"08",x"55",x"8A",x"F0",x"0f",x"80",x"a0",x"00 ",x"55",x"8a",x"f0",x"ff",others=>x"00");
ram初始化前16个值分别为x"20",x"0D",x"c0",x"0A",x"e0",x"08",x"55",x"8A",x"F0",x"0f",x"80",x"a0",x"00",x"55",x"8a", x"f0",x"ff"，其余的单元初始化为0x00.
②指令寄存器IR
IR的值存的是ram[ar]的前三位。IR用于选择进行何种运算。
③地址寄存器
即代码中的PC，PC的处置由sw_in赋给，PC中保存的是ram将要访问的地址
when "00000"=>
mpc_t2<="00001";bus_Reg_t2<=sw_in;
---------------------------
实验六：复杂模型机的设计与实现
实验五复杂模型机的设计与实现
一、实验目的
综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。
二、实验设备
Dais-CMX16+计算机组成原理教学实验系统一台，实验用导线若干。
三、数据格式及指令系统
1.数据格式
模型机规定采用定点补码表示数据，且字长为8位，其格式如下：
其中第7位为符号位，数值表示范围是：-1≤X＜1。
2.指令格式
模型机设计四大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访问及转移指令和停机指令。
⑴算术逻辑指令
设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：
其中，OP-CODE
其中
9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表5-1。
⑵访问指令及转移指令
模型机设计2条访问指令，即存数（STA）、取数（LDA），2条转移指令，即无条件转移（JMP）、结果为零或有进
位转移指令（BZC），指令格式为：
其中“0 0 M ”为源码段，2OP-CODE为目的码段（LDA、STA 指令使用）。D为十六位地址段（低八在前，高八随后），M为源寻址模式，其定义如下：
⑶ I/O指令
输入（IN）和输出（OUT
⑷停机指令
指令格式如下：
HALT指令，用于实现停机操作。
3.指令系统
本模型机共有16条基本指令，其中算术逻辑指令9条，访问内存指令和程序控制指令4条，输入输出指令2条，其它指令1条。下表列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。
图5-1复杂模型机微程序流程图
按照系统建议的微指令格式，参照微指令流程图，将每条微指令
代码化，译成二进制代码，并将二进制代码表转换成十六进制格式文件。
