CISC模型机设计：嵌入式CPU实现最大负数绝对值计算

本篇文档是关于计算机组成原理课程设计报告，学生麦健豪，专业网络工程，针对设计一台采用CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）模型机的任务进行深入探讨。课程设计的核心目标是构建一个能够处理特定机器语言源程序的系统，该程序功能为接收5个8位二进制补码表示的有符号整数，计算并输出其中最大负数的绝对值。 首先，课程设计的关键部分包括定长CPU周期的采用以及联合控制方式的实施。为了实现这个功能，设计者需要设计一个单数据总线的运算器，利用符号标志位如SF来判断数的正负，并通过转移指令如JS和JNS进行条件分支。具体指令集包括 MOV (数据移动)、TEST (测试并锁定FS标志)、JNS (跳转非负)、INC (递增)、IN (输入)、CMP (比较)、MOV2 (简单移动)、JMP (无条件跳转)、NEG (取反) 和 OUT (输出) 等，每个指令都有明确的对象和功能。 系统设计分为几个步骤： 1. **系统总体设计**：设计涵盖了整个系统架构，强调了微指令的生成和控制过程，即在特定时间（T4）形成微指令的微地址，并由控制存储器在指定时机读取放入微指令寄存器。 2. **控制器逻辑设计**：涉及微地址形成和微指令执行的细节，如微指令存放器、微地址存放器的使用，以及T2上升沿触发的微指令处理机制。 3. **机器指令和指令系统**：详细列出了每条机器指令的结构和功能，包括操作对象和对应的机器指令码。 4. **时序产生器**：设计用于协调各个部件操作的时序逻辑，确保指令执行的正确顺序。 5. **微程序流程图**：展示了微程序执行的步骤和控制流程，是理解系统内部工作原理的重要视觉工具。 6. **操作控制器单元**：负责解析和执行微指令，将机器指令转化为实际操作，这部分设计了微指令格式、微指令代码表，采用全水平型微指令结构。 在整个设计过程中，特别强调了数据表示采用定点整数补码，单字长为8位，并规定了Rs和Rd寄存器的使用规则。通过这样的课程设计，学生得以深入理解计算机组成原理，包括处理器架构、指令系统设计、微程序控制等关键概念。