《计算机组成原理》
课程设计指导书
简单模型机的微程序设计
2010年4月
f第一部分基本模型机的硬件、指令系统及其微程序的设计一、模型机的CPU及系统硬件
基本模型机的CPU及系统硬件组成如图1所示：
图1模型机的CPU及系统硬件组成各部件的功能及控制信号如下：
运算器由算逻部件ALU（8位）、暂存器DR1、DR2及通用寄存器等组成。ALU的功能控制信号为S3、S2、S1、S0、M、CN，可以实现48种算术和逻辑运算功能，如图2所示。
运算器为单总线结构，其输入端分别连接到暂存器DR1和DR2，其装入数据的微命令分别为LDDR1和LDDR2，当它们为1电平时由节拍脉冲T4将数据总线上的数据装入相应的暂存器。R0、R1、R2为通用寄存器。R0的装入数据的微命令为LDR0，R1的装入数
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f据的微命令为LDR1，R2的装入数据的微命令为LDR2。299为实现移位运算的装置，当299B微命令有效时，其数据端和数据总线连接。
控制器由程序计数器PC、指令寄存器IR、地址寄存器AR、时序电路、控制存储器及相应的译码电路组成。
图274LS181功能表程序计数器PC的功能是存放下一条指令的地址，其输出是向地址寄存器提供要将执行的指令在存储器中的地址。在提供地址后立即加1，指向指令的下一个字节或下一条指令的地址。其控制微命令有三个。当LOAD0而LDPC1时，由T4的正跳变将数据总线上的数据装入PC；当当LOAD1而LDPC1时PC的内容加1；当PCB1时，PC中的地址信息送到数据总线上。指令寄存器IR用于存放当前执行的指令。当微命令LDIR1时，由节拍脉冲T3将数据总线上的数据装入。地址寄存器AR存放要从存储器中读出的数据或指令的地址或要向存储器写入数据或指令的地址。当微命令LDAR1时，由节拍脉冲T3将数据总线上的数据装入。存储器RAM用于存放程序和数据。当片选信号CE0时，如果WR为0，则根据AR中的地址，从存储器中读出数据并送到数据总线上；如果WR为1，则根据AR中的地址，
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f向存储器中写入数据总线上的数据。片选信号CE是由微指令中的有关字段（B1B0）译码产生的。
模型机有两个外部设备：输入设备是置数开关SW，用于设置数据或地址，当微命令SWB0时，设置的数据送到数据总线上；SWB也是由微指令中的有关字段（B1B0）译码产生的。输出设备是两位LED数码管，当微命令LEDB1时，数据总线上的数据送到数码管显示。
二、基本模型机的指令设计
根据基本模型机的硬件设计五条机器指令：外设输入指令IN、二进制加法指令ADD、存数指令STA、输出到外设指令OUT、无条件转移指令JMP。指令r