实验六 复杂模型机的设计与实现

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 1 011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 控制信号S3S2 S1 S0 M CN RD M17 M16 A12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1P4BP uA5 uA4 uA3 uA2 uA1 uA0表3-3 A ，B ，P 字段内容A 字段B 字段 P 字段15 14 13 控制信号12 11 10 控制信号 987控制信号 0 0 0 .0 0 0 0 0 0 0 0 1 LDRI 0 0 1 RS_G 0 0 1 P1 0 1 0 LDDR1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 LDDR2 0 1 1 0 1 1 1 0 0 LDIR 1 0 0 1 0 0 P4 1 0 1 LOAD 1 0 1 ALU_G 1 0 1 11LDAR110 PC_G110 LDPC当拟定“取指令”微指令时，该微指令的判别测试字段为P1测试。

实验六复杂模型机的设计与实现本实验旨在介绍复杂模型机的设计与实现，包括硬件设计、软件开发以及测试等环节。

一、实验目的1、了解复杂模型机的原理和结构。

4、学会使用测试工具对复杂模型机进行测试和验证。

二、实验原理复杂模型机是一种灵活多变的系统，其结构和输入规则可以进行修改和扩充。

其原理是通过对输入的逐步处理和变换，获取到相应的输出结果。

复杂模型机的硬件设计包括电路结构和部件选择等方面，需要根据具体的应用场景进行选择和设计。

而软件开发则包括编程语言、算法设计以及接口设计等方面。

最终，测试是对复杂模型机进行验证的过程，通过测试可以发现系统中存在的问题，进行修改和优化。

三、实验内容1、硬件设计硬件设计是复杂模型机设计中一个非常重要的环节。

根据具体的应用场景，需要选择合适的器件和电路结构。

例如，在一些需要大量数据传输的应用场景中，需要选择高速缓存、高速总线等器件，以提升系统处理速度。

此外，还需要注意信号处理、干扰防护、热稳定性等问题。

2、软件开发软件开发包括编程语言的选择、算法设计、接口设计等方面。

在编程语言的选择方面，C、C++、Python等语言都有优缺点，需要根据实际情况进行选择。

算法的设计则是根据具体的应用场景来的。

例如，在图像处理领域中，常用的算法有人脸识别、图像增强等。

接口设计包括输入输出接口的设计，需要实现对多种交互方式的支持，如图形界面、脚本等。

3、测试和验证测试和验证是对复杂模型机进行验证的过程，通过测试可以发现系统中存在的问题，进行修改和优化。

常用的测试工具包括单元测试、集成测试、性能测试等。

四、实验步骤根据实际需求进行硬件设计，选择器件和电路结构。

最终进行硬件搭建和测试。

根据实际需求进行软件开发和实现，包括编程语言的选择、算法设计、接口设计等方面。

最终进行软件测试和验证。

五、实验注意事项1、在进行实验前，需要对硬件和软件进行备份，以免因实验操作失误造成数据丢失或损坏。

2、在进行大规模测试前，需要对系统进行充分的测试和验证，以确保系统的稳定性和性能。

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：其中，addr=01时，选中“INPUT DEVICE”中的开关组作为输入设备，addr=10时，选中“OUTPUT DEVICE”中的数码块作为输出设备。

D．停机指令：停机指令格式如下：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，其中算术逻辑指令七条，移位指令两条，访问内存指令和程序控制指令四条，输入/输出指令两条，其它指令一条。

复杂模型机设课程设计报告一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握复杂模型机的结构组成及其工作原理；2. 学习并运用模型机的编程方法，实现对简单任务的执行；3. 掌握模型机的调试与优化方法，提高模型机的运行效率。

技能目标：1. 能够运用所学知识设计并搭建简单的复杂模型机；2. 能够运用编程语言对模型机进行编程，实现特定功能；3. 能够分析并解决模型机在运行过程中出现的问题，提高实际操作能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生的团队合作精神，学会在团队中分工合作，共同完成任务；2. 增强学生对工程技术的兴趣，激发创新意识，培养探究精神；3. 引导学生关注科技发展，认识到复杂模型机在现代科技领域的重要地位和价值。

课程性质：本课程为实践性较强的学科课程，旨在通过理论与实践相结合的方式，帮助学生掌握复杂模型机的相关知识。

学生特点：学生处于高年级阶段，具备一定的学科基础和动手能力，对新技术充满好奇，喜欢探究和挑战。

教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，强化实际操作训练，提高学生的综合运用能力。

在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行有效的教学设计和评估。

二、教学内容1. 复杂模型机的基本概念与结构：介绍模型机的定义、分类及其工作原理，重点讲解复杂模型机的结构组成和功能。

教材章节：第一章 模型机概述2. 模型机的编程方法：学习编程语言，掌握模型机的编程技巧，实现基本指令的编写与执行。

教材章节：第二章 编程语言与编程方法3. 模型机的搭建与调试：讲解如何设计并搭建复杂模型机，学会使用调试工具，对模型机进行调试与优化。

教材章节：第三章 模型机的搭建与调试4. 实际案例分析：分析典型复杂模型机的应用案例，让学生了解模型机在现代科技领域的实际应用。

教材章节：第四章 复杂模型机应用案例5. 综合实践：组织学生进行小组合作，设计并搭建一个简单的复杂模型机，实现特定功能，提高学生的实际操作能力。

内容摘要本实验利用EL-JY-Ⅱ型计算机组成原理实验系统组建电路，综合运用运算器、控制器、存储器、输入输出系统、总线等部件和辅助电路，完成一个较完整的模型计算机设计和实现，并构造一个指令系统，编写机器指令实现不同的具体功能，如实现数据的输入、输出、加法、减法、移位、自增、自减以及赋值等运算的功能。

关键词：模型机，指令系统，数据输入/输出，算术逻辑运算目录内容摘要 (1)第1章绪论 (4)1.1设计地点 (4)1.2设计目的 (4)1.3设计的意义 (4)1.4课程设计的主要内容和要求 (4)1.5实验的环境 (5)第2章系统设计与实现 (5)2.1模型机结构框图 (5)2.2工作原理 (6)2.2.1 数据格式 (6)2.2.2 指令格式 (6)2.2.3 指令系统 (7)2.2.4 设计微代码 (8)2.2.5 实验微代码 (11)2.3程序代码 (12)2.4实验内容介绍 (12)2.5系统实现步骤 (13)2.6测试用例 (15)2.7硬件连线图 (15)第3章总结 (16)参考文献 (17)课程设计任务书第1章绪论本实验实现的是对复杂模型机组成原理的研究。

1.1 设计地点图书馆五楼机房。

1.2 设计目的本课程设计综合运用运算器、控制器、存储器、输入输出系统、总线等部件和辅助电路，完成一个较完整的模型计算机设计和实现（包括硬件和软件）。

通过课程设计对计算机组成和系统结构的基础知识进行全面的掌握，培养独立分析、研究、开发和综合设计能力。

1.3 设计的意义通过对复杂模型机组成的研究以及对微程序、微代码、机器指令的深入理解，进一步增强对计算机组成的学习，巩固以前所学知识，并对以后的学习打下坚实的基础。

1.4 课程设计的主要内容和要求掌握计算机五大功能部件的组成及功能，熟悉完整的单台计算机基本组成原理，掌握计算机中数据表示方法、运算方法、运算器的组成、控制器的实现、存储器子系统的结构与功能、输入/输出系统的工作原理与功能。

计算机组成原理课程设计一~复杂模型机的设计与实现课程设计2011 年 12 月设计题目 学生姓名学 号 专业班级 指导教师复杂模型机的设计与实现范加林20092697计算机科学与技术09-2郭骏一、课程设计目的与要求设计目的：本课程设计是《计算机组成原理》课程之后开设的实践环节课程。

通过本课程设计，使学生进一步加深对计算机原理系列课程相关内容的理解，掌握CPU设计的基本方法和计算机系统的组成原理，进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；锻炼计算机硬件的设计能力、调试能力；培养严谨的科学实验作风、良好的工程素质及团队协作精神，为今后的工作打下基础。

设计要求：基于计算机组成原理教学实验系统设计并实现一个具有16条机器指令、采用微程序控制器的8位计算机。

并根据设计课题要求，给出模型机的设计方案(包括指令系统和硬件结构)。

画岀所设计计算机的硬件连接图，针对所设计的指令系统编写出相应的微程序。

对所设计的计算机进行安装与调试。

编写测试程序, 对系统进行验证。

编写课程设计报告。

二、指令格式和指令系统(-)指令格式K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:7 6 5 4 3 2 1 0符号尾数其中第7位为符号位, 数值表7K范是：W X<lo2、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。

(1)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:7 6 5 4 3 2 1 0OP-CODE Rs Rd其中，OPCODE为操作码，Rs为源寄存器,Rd为目的寄存器，并规定:Rs 或Rd选定的寄存器00R001R110R211R39条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见7-12-1o⑵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“00 M”为源码段，2OP-CODE为目的码段（LDA、STA指令使用）。

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）。

A1B1A2B2G1N G2NY10N Y20N Y13N Y12N Y11N Y23NY22N Y21N 74L S 139G N DA6A7IOY0IOY1IOY2IOY3图5-3-1 I/O 地址译码原理图由于用的是地址总线的高两位进行译码，I/O 地址空间被分为四个区，如表5-3-1所示：表5-3-1 I/O 地址空间分配系统设计五种数据寻址方式，即立即、直接、间接、变址和相对寻址，LDI 指令为立即寻址，LAD 、STA 、JMP 和BZC 指令均具备直接、间接、变址和相对寻址能力。

模型机设计实验报告模型机设计实验报告一、引言模型机是一种能够模拟真实飞行器运行原理和机械结构的小型飞行器。

通过设计和制作模型机，可以更好地理解飞行器的工作原理，提高对飞行器的认知和掌握。

本实验旨在通过设计和制作一个简单的模型机，展示其基本原理和运行过程。

二、设计思路在设计模型机之前，我们首先需要明确模型机的用途和目标。

本次实验的目标是设计一个能够实现垂直起降和水平飞行的模型机。

为了达到这个目标，我们选择了倾转旋翼飞行器作为设计的基础。

三、模型机结构设计1. 机身设计模型机的机身采用轻质材料制作，如碳纤维和铝合金，以确保机身的强度和轻量化。

机身的设计需要考虑到电池和电子设备的安装位置，以及传感器和控制系统的布局。

2. 旋翼设计倾转旋翼飞行器的旋翼是实现垂直起降和水平飞行的关键部件。

我们选择了四旋翼结构，每个旋翼由一个电动机驱动，并通过控制系统实现旋翼的倾斜，从而实现飞行器的方向控制。

3. 控制系统设计模型机的控制系统由飞行控制器、传感器和执行机构组成。

飞行控制器负责接收传感器数据并进行飞行控制算法的计算，然后通过执行机构控制旋翼的转速和倾斜角度。

四、实验过程1. 材料准备根据设计要求，准备所需的材料和工具，包括碳纤维板、铝合金材料、电动机、飞行控制器等。

2. 制作机身根据设计图纸，使用碳纤维板和铝合金材料制作机身的框架和外壳。

确保机身的强度和轻量化。

3. 安装电动机和旋翼将电动机安装在机身上，并连接旋翼。

确保旋翼能够自由旋转，并通过控制系统进行倾斜控制。

4. 安装控制系统将飞行控制器、传感器和执行机构安装在机身中，并进行连接。

确保控制系统能够正常工作，并能够接收传感器数据并进行飞行控制。

5. 调试和测试完成模型机的组装后，进行调试和测试。

通过遥控器进行模型机的起飞、降落和飞行控制，检查模型机的性能和稳定性。

五、实验结果与分析经过实验测试，我们成功地设计和制作了一个能够实现垂直起降和水平飞行的模型机。

计算机组成原理部分复杂模型机的设计与实现一、设计目的综合应用所学计算机组成原理和汇编语言知识，设计并实现较为完整的模型计算机，培养学生独立分析和设计计算机硬件系统的能力。

二、实验设备1. 硬件环境：Dais-CMB+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干，PC机。

2. 软件环境：操作系统，Dais-CMB+应用软件。

三、设计要求3.1、设计任务1. 熟悉实验环境，即实验中涉及的硬件和软件，掌握这些环境工具的功能和使用方法。

本实验中主要是Dais-CMB+软件及其工作环境。

Dais-CMB+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。

连接方法是：用二芯排线把位于实验装置左上方运算器的左下侧CYCZ接口与位于实验装置红色拨码开关右下方的FCFZ接口相连接。

在联机状态下，首先应打开mXj.abs，然后点击“!”图标进入链接装载，一旦屏幕自动弹出动态调试窗口表示代码及微代码下载已成功，已进入windows在线集成调试环境。

2. 综合应用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的模型计算机。

3. 使用模型计算机指令编制程序完成下列功能之一：（1）乘法运算。

（2）除法运算。

（3）连加和连减运算。

4. 将程序译成二进制代码，并将二进制代码写入主存。

3.2、拟定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：-128≤X≤127（定点整数），-1≤X<1（定点小数）。

2.指令格式模型机设计五大类指令共十六条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访存指令、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为操作码，rs为源寄存器，rd为目的寄存器，并规定：⑵访存指令和转移指令模型机设计2条访存指令、即存数指令（STA）、取数指令（LDA）；2条转移指令，即无条件转移指令（JMP）、结果为零或有进位转移指令（BZC），指令格式为：其中，OP-CODE为操作码，rd为目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）。

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：按【增址】键，将光标移到“MUD ”微程序模式，按【减址】键确定后，系统先询问用户是否使用搭接方式，按【增址】键选择“y ”（搭接）或“n ”（在线），按【减址】键确定：接着系统询问用户是否使用扩展I/O 方式，按【增址】键选择“y ”（扩展I/O ）或“n ”（微控制器关联），按【减址】键确定：确定设置后，系统返回待命状态0。

模型机设计实验报告一、实验目的本次实验的目的是通过设计和制作模型机，掌握机械设计的基本原理和方法，提高学生的机械制图和机械加工能力，培养学生的创新思维和动手能力。

二、实验原理模型机是一种小型机械装置，通常由多个零部件组成，可以模拟真实机器的运行原理。

在设计模型机时，需要考虑机器的结构、功能和材料等因素，以确保机器的稳定性和可靠性。

在本次实验中，我们采用了三维建模软件进行机器的设计，然后使用数控机床进行机器的加工。

在加工过程中，需要注意机器的精度和加工质量，以确保机器的性能和使用寿命。

三、实验步骤1. 设计模型机的结构和功能，确定机器的材料和尺寸。

2. 使用三维建模软件进行机器的设计，包括零部件的设计和组装。

3. 将设计好的模型导入数控机床，进行机器的加工。

4. 对加工好的零部件进行组装和调试，确保机器的性能和稳定性。

5. 对机器进行测试和评估，记录机器的性能和使用情况。

四、实验结果经过设计和制作，我们成功地制作出了一台模型机。

该机器采用了铝合金材料，具有较高的强度和耐腐蚀性。

机器的结构紧凑，功能齐全，可以模拟真实机器的运行原理。

在加工过程中，我们采用了数控机床进行加工，确保了机器的精度和加工质量。

在组装和调试过程中，我们注意了机器的细节和性能，确保了机器的稳定性和可靠性。

经过测试和评估，我们发现该机器的性能和使用情况良好，可以满足实际应用的需求。

五、实验总结通过本次实验，我们掌握了机械设计的基本原理和方法，提高了机械制图和机械加工能力，培养了创新思维和动手能力。

同时，我们也了解了数控机床的加工原理和操作方法，提高了数控加工的技能和水平。

在今后的学习和工作中，我们将继续加强机械设计和制造方面的学习和实践，不断提高自己的技能和能力，为实现自己的梦想和目标做出更大的贡献。

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：HALTC.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、汇编符号、指令功能。

表13.总体设计:模型机的数据通路框图参照图1，要求如下：(1)选用适当软件画出数据通路框图；(2)写出图中选用芯片的逻辑功能，并标出外引脚；(3)说明图中各芯片的作用；(4)列出图中所有微操作信号，说明其功能。

B．写出上图中选用芯片的逻辑功能，并标出外引脚；74LS161N芯片介绍：1.芯片图：2.逻辑功能：74LS161为异步清零计数器74LS161功能表RD LD ET EP CP D3 D2 D1D0Q3Q2 Q1 Q00 ××××××××0 0 0 01 0 ××↑ D C B A D C B A1 1 0 ××××××保持1 1 ×0 ×××××保持1 1 1 1 ↑××××计数74LS181芯片介绍：1.芯片图：2.逻辑功能：74LS181为算术逻辑单元/函数产生器。

计算机硬件课程设计---基于微程序的复杂模型机设计一、实验题目：设计一台有微程序控制的8位模型机，指令系统要求达到10条指令以上。

二、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）为其定义至少十条机器指令，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。

三、实验设备：TDN-CM+教学实验系统一套、PC微机一台四、实验原理与指令设计：（1）实验原理：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≤27－1②机器指令格式单字节指令寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下：双字节指令采用直接寻址，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：③微指令格式：其中，A、B、C三个字段的编码方案如下表：WE,A9,A8三个字段编码方案如下：运算器逻辑功能表（2）指令设计：模型机可设计4大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令、访存指令、控制转移指令、I/O指令、停机指令。

我们设计的十条指令及其操作码与指令格式如下所示：指令代码指令格式功能IN Rd 0000 xxRd input->RdMOV Rs,Rd 0001 RsRd Rs->RdMOV Rd,X 0010 xxRd X X->RdLOAD Rd,X 0011 xxRd X [X]->RdADD Rs,Rd 0100 RsRd Rs+Rd->RdSUB Rd,X 0101 xxRd X Rd-X->RdJZ X 0110 xxxx X 若ZF=1,X->PC若ZF=0,PC+1->PCJMP X 0111 xxxx X X->pc OUT Rs 1000 Rsxx Rs->output STOR Rs,X 1001 Rsxx X Rs->[X] 机器指令的微操作流程图如下0 1代码文件名为test.txt，其内容如下：$P0000 ; IN R0$P0112 ; MOV R0,R2$P0221 ; MOV R1,0$P0300$P0438 ; LOAD R0,[50]$P0550$P0641 ; ADD R0,R1$P0752 ; SUB R2,1$P0801$P0960 ; JZ NEXT2$P0A0D$P0B70 ; JMP NEXT1$P0C04$P0D80 ; OUT R0$P0E90$P0F40 ; STOR R1,[40]$M00018001 ;00->01$M0101ED82 ;PC->AR,PC+1$M0200C050 ;RAM->BUS,BUS→IR $M10001001 ;INPUT->R0$M11019201 ;RS->RD$M1201ED83 ;PC->AR,PC+1$M03009001 ;RAM->BUS,BUS->R1$M1301ED84 ;PC->AR,PC+1$M0400A005 ;RAM->BUS,BUS->DR1$M0501B206 ;RS->DR2$M0695EB47 ;DR1+DR2->AR$M07009001 ;RAM->BUS,BUS->RD$M1401A408 ;RS->DR1$M0801B209 ;RD->DR2$M09959B41 ;[DR1]+[DR2]->RD$M1501ED8A ;PC->AR PC+1->PC$M0A00B00B ;RAM->BUS BUS->DR1$M0B01A40C ;RD->DR2$M0C619B41 ;[DR1]-[DR2]->RD$M1601ED8D ;PC->AR PC+1->PC$M0D00D0E0 ;RAM→BUS,BUS→PC,P(3)$M3000D181 ;RAM->BUS BUS->RD$M20018001 ;空操作$M1701ED8E ;PC->AR PC+1->PC$M0E00D181 ;RAM->BUS BUS->PC$M18030201 ;R0->OUTPUT$M1901EDB1 ;PC->AR PC+1->PC$M3100E032 ;RAM->BUS BUS->AR$M32028201 ;RS->BUS BUS->RAM五、实验步骤：（1）按照下图，在实验联接器件。

硬件课程设计——复杂模型机设计一． 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。

四． 实验原理：4.1指令系统及指令格式：指令系统包括：算术逻辑运算指令、访存指令、控制转移指令、I/O 指令、停机指令。

一般指令格式：指令系统如: ADD RS,RD MOV DATA,RD MOV RS,[ADDR] JZ ADDR IN RD HALT其中RS 、RD 为R0、R1、R2中之一 ，DA TA 为立即数，ADDR 为内存地址。

DATA/ADDROP-CODE RS RD DATA/ADDR00 M OPCODE RD4.2微指令格式：WE A9 A80 0 0 INPUT0 0 1 RAM读1 0 1 RAM写1 1 0 LED,写接口0 1 1 无0 1 0 写接口299移位控制表299-b s1s0m功能0 0 0 任意保持0 1 0 0 循环右移0 1 0 1 带进位循环右移0 0 1 0 循环左移0 0 1 1 带进位循环左移任意 1 1 任意装数4.3微程序地址入口的形成：P（1）是用来译码指令寄存器的I7、I6、I5、I4 ,用于一般指令,微程序入口址为OP+10HP（2）是用来译码指令寄存器的I3、I2 ,用于不同寻址方式指令，入口地址转OP+20HP（3）是用来译码判断标志位C、Z ,用于条件转移指令,条件成立转OP+30H,条件不成立转OP+20HP（4）是用来译码控制台操作的SWB、SW A ,用于手动操作。

实验报告时间：2011.5.31
复杂模型机的设计与实现
一、目的要求
(1)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、实验仪器与试剂
计算机组成原理实验箱。

三、实验原理
1、实验中所用的复杂模型机数据通路原理如图1所示。

图1 复杂模型机数据通路原理框图
四、实验步骤
1、写程序。

方法一：手动写入
①将机器指令对应的微代码正确写入2816中。

②使用控制台KWE和KRD进行机器指令的装入和检查。

方法二：联机读/写程序（略）
2、运行程序。

单步运行程序、连续运行。

五、实验现象、结果记录及整理
六、分析讨论与思考题解答（自己可以修改填写）
这次实验是对前几次实验所学的知识的一个综合应用。

难度当然也增加了，因为这个实验连线很多并且这个实验还要求编写一个程序运行来实现其功能。

刚开始自己忙了很久还是不明白其原理，不懂得怎样去编这个程序，后来听了老师的讲解后才明白和了解指令功能，终于还是把所有的问题都解决了。

总得来说这实验收获很大，感觉自己学到了知识。

实验六 基本模型机实验一、 实验目的1. 掌握微程序执顺序强制改变的原理2. 掌握机器指令与微程序的对应关系。

3. 掌握机器指令的执行流程。

4.掌握机器指令的微程序的编制、写入。

二、 实验设备TDN －CM ＋计算机组成原理教学实验系统。

三、 实验原理E 1E 2E 3E 4E 5E 6242322212019181716D R i D R 1D R 2D R I R D A D D A RS -B D -B J -B 99-B L U -B C -BC （1）C （2）C （3）C （4）R D P C图1：微控器原理图部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，如运算器实验中对74LS －181芯片的控制，存储器实验中对存储器芯片的控制信号，以及几个实验中对输入设备的控制。

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段微程序。

1. 微程序执行顺序强制改变原理如图2 所示，后继地址是由6片正沿触发的双D 触发器（74）构成，它们带有清“0”和置“1”端，可以让CLR 有效（低电平）使MA0～MA5置0，也可以让SE1～SE5有效（低电平），使对应的触发器置1。

在微程序的运行过程中，在T2时刻，将当前运行的微指令中的µA5～µA0置入对应的触发器中，作为下条执行微指令的地址，如果在T2后的T4时刻，可能会使SE1～SE5中的某一位或者几位有效，将强制的置对应触发器为“1”，从而改变由µA5～µA0指定的微地址，改变微程序执行流程。

SE2SE1SE3SE4SE5SE6后继微地址输出图2：后继地址逻辑图注：CLR ：清零信号 T2：时钟信号µA5～µA0：对应微指令中µA5～µA02. 机器指令与微程序的对应关系每条机器指令由多条微指令按一定的顺序完成，如MOV 指令（从存储器到存储器）需要6条微指令的执行才能完成，其执行流程为：将完成某条机器指令的这些微指令的第一条指令放置在微控器的存储器的固定位置，通过对机器指令的编码，当读到某条机器指令后，能将微程序的执行流程转入该指令对应的微程序位置。

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（OUT⑷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。

源编码目的编码实验所用的机器指令程序：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：按【增址】键，将光标移到“MUD ”微程序模式，按【减址】键确定后，系统先询问用户是否使用搭接方式，按【增址】键选择“y ”（搭接）或“n ”（在线），按【减址】键确定：Dais-CMX16+ ’XXX KLD MUD PLD选择手动模式接着系统询问用户是否使用扩展I/O 方式，按【增址】键选择“y ”（扩展I/O ）或“n ”（微控制器关联），按【减址】键确定：确定设置后，系统返回待命状态0。