摘要
本次計算機組成原理課程設計課題是基本模型機的設計與實作。利用CPU與簡單模型機來實作計算機組成原理課程設計，編寫指令的應用程式，用微程式控制器實作一系列的指令功能，最終達到将理論與實踐相聯系。本次設計完成了相關指令的格式以及編碼的設計，實作了機器指令微代碼，完成具有一定功能的程式。
在基本模型機的基礎上建構一組能實作輸入、輸出、加、減、邏輯與、邏輯或、邏輯非、轉移指令等8個功能的指令,這些指令的助記符不得與指導書上相同。指令包括立即數尋址、寄存器直接尋址、存儲器直接尋址三種尋址方式。利用新建構的指令系統程式設計，實作交換兩存儲單中繼資料的功能。
關鍵字：指令系統，尋址方式，算術邏輯
目錄
摘要1
目錄2
1系統分析4
1.1 設計背景4
1.2 設計目标6
2系統設計7
2.1 模型機的指令系統設計7
2.2 模型機的微指令設計8
2.3實作除法功能的程式設計11
3系統實作13
4總結16
5參考文獻17
1系統分析
1.1 設計背景
一台計算機所能執行的各種指令集合稱為指令系統或指令集。一台特定的計算機隻能執行自己指令系統中的指令。是以，指令系統就是計算機的機器語言。指令系統表征着計算機的基本功能和使用屬性，它是計算機系統設計中的核心問題。指令系統的設計主要括指令功能、操作類型的設計，尋址方式和指令格式的設計。
計算機的性能與它所設定的指令系統有很大的關系，指令系統反映了計算機的主要屬性，而指令系統的設定又與機器的硬體結構密切相關。指令是計算機執行某種操作的指令，而指令系統是一台計算機中所有機器指令的集合。通常性能較好的計算機都設定有功能齊全、通用性強、指令豐富的指令系統，而指令功能的實作需要複雜的硬體結構來支援。
本課程設計的模型機的指令碼為8位，根據指令類型的不同，可以有0到2個操作數，指令碼的最低兩位用來選擇R0-R3寄存器。在微程式控制方式下，用指令碼作為微位址來尋址微程式存儲器，找到執行該指令的微程式。在本模型機中，一條指令最多分為四個狀态周期，一個狀态周期為一個時鐘脈沖，每個狀态周期産生不同的控制邏輯，實作模型機的各種功能。模型機有24位控制位以控制寄存器的輸入輸出，選擇運算器的運算功能，存儲器的讀寫。
簡言之，這次設計，計算機資料通路的控制将由微程式控制器來完成，CPU從記憶體中取出一條機器指令到指令執行結束的一個指令周期，全部由微指令組成的序列來完成，即一條機器指令對應一條微程式，一條微程式又有若幹微指令組成，一條微指令的功能由24位操作信号(即控制位)實作。
本設計是在DJ-CPT816計算機組成原理實驗儀和仿真軟體上進行的
24位控制位分别介紹如下：
XRD：外部裝置讀信号，當給出個外設的位址後，輸出此信号，從指定外設讀資料。
EMWR：程式存儲器EM寫信号
EMRD：程式存儲器EM讀信号
PCOE：将程式計數器PC的值送到位址總線ABUS上
EMEN：将程式存儲器EM與資料總線DBUS接通，有EMWR和EMRD決定是将DBUS資料寫入EM中，還是從EM讀出資料到DBUS
IREN：将程式存儲器EM獨處的資料打入指令寄存器IR和微指令計數器uPC
EINT：中斷傳回時清除中斷響應和中斷請求标志，便于下次中斷。
ELP：PC打入允許，與指令寄存器的IR2.，IR3位結合，控制程式跳轉。
MAREN：将資料總線DBUS上資料打入位址寄存器MAR
MAROE：将位址寄存器MAR的值送到位址總線ABUS上
OUTEN：将資料總線DBUS上資料送到輸出端口寄存器OUT裡
STEN：将資料總線DBUS上資料存到堆棧寄存器裡
RRD：讀寄存器組R0-R3，寄存器R？的選擇由指令的最低兩位決定
RWR：寫寄存器組R0-R3，寄存器R？的選擇由指令的最低兩位決定
CN：決定運算器是否帶進位移位，CN=1帶進位，CN=0不帶進位
FEN：将标志位存入ALU内部的标志寄存器
X2，X1，X0三位組合來譯碼選擇将資料送到DBUS上的哪個寄存器，見表1
WEN：将資料總線DBUS的值打入工作寄存器W中
AEN：将資料總線DBUS的值打入累加器A中
S2,S1,S0三位組合決定ALU做何種運算，見表2
表1 選擇具體的寄存器
X2 X1 X0輸出寄存器0 0 0IN_OE 外部輸入門0 0 1IA_OE 中斷向量0 1 0ST_OE 堆棧寄存器0 1 1PC_OE PC寄存器1 0 0D_OE 直通門1 0 1R_OE 右移門1 1 0L_OE 左移門1 1 1沒有輸出
表2 ALU運算
S2 S1 S0功能